烧结矿适宜冷却条件的模拟计算.doc
《烧结矿适宜冷却条件的模拟计算.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《烧结矿适宜冷却条件的模拟计算.doc(80页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、70东北大学继续教育学院毕业设计(论文)东北大学毕业设计(论文) 东北大学继续教育学院教务处 毕业设计(论 文) GRADUATE DESIGN (THESIS) 设计(论文)题目 烧结矿适宜冷却条 件的模拟计算 学 号 C76340111030006 学 生 朱建 教学中心山东省莱芜市莱钢奥鹏学习中心 专 业 冶金工程 指导教师 董建宏 二一三年 三月 十四 日毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目: 烧结矿适宜冷却条件的模拟计算基本内容:本研究试图通过建立烧结矿冷却模型,探究不同冷却条件下(鼓风冷却)烧结矿层的温度场及流场的分布情况。研究的重点在于动态的描述烧结冷却过程中烧结矿与冷却流
2、体的热交换过程。严格说来,此次的研究是一次探索性的研究。其结果可以为改善烧结冷却工艺、冷却后烟气余热回收提供指导,还可作为研究冷却过程对烧结矿冶金及物理性能影响的参考依据。 指导教师:董建宏 2013年3月14日 摘 要烧结矿是我国钢铁工业高炉炼铁的主要原料,烧结冷却作为烧结工艺的一环,其研究对于提高烧结矿成品率,改善烧结矿质量以及提高能源利用率都是十分重要的。烧结过程余热资源的高效回收与利用是进一步降低烧结矿工序能耗的主要措施之一,而将温度较高的烧结余热用于动力发电或其它环节是整个余热回收与利用的核心与关键。本研究利用仿真软件建立了简单的烧结矿冷却二维模型,研究了鼓风速率、烧结矿粒径以及烧结
3、矿排列方式对烧结冷却效果的影响。模型结果显示:冷却30min后,大部分烧结矿温度由初始的800下降到接近室温;出口风温在横向上的分布与烧结矿的粒径和排列方式有关;而平均风温的高低除与上述两个因素有关外,还受到鼓风速率的影响;当使用小粒径烧结矿并在横向上错位排列时,风温在横向上的波动较为平缓,此条件下冷却1s后出口气体的温度为190440不等;气流湍流强度对冷却效果有重要影响,湍流强度越大,则涡流热导率越大,冷却效果越好;一定范围内提高鼓风速率可以改善冷却效率,但同时会使废气温度随冷却时间的下降速率增大,因而从能源利用率的角度考虑,存在一个适宜的鼓风速率范围。相对于规则排列,错位排列、低孔隙率以
4、及使用小粒径的烧结矿都可以改善烧结冷却的效果。特别地,使用小粒径的烧结矿并采用错位排列时,15m/s的鼓风速率就可以取得和较大粒径、规则排列时使用25m/s鼓风速率相当的冷却效果,且冷却过程中的废气温度更高。模型结果直观的表征了烧结冷却过程中的流场及温度场的变化情况,可以为改进实际烧结冷却工艺提供指导。关键词:烧结,冷却,二维模型,流场,温度场4IPREFACEThe sinter is the main raw material of the blast furnace of iron and steel industry in China, sintering and cooling as
5、 a part of the sintering process, the research for improving sinter yield, improve sinter quality and improve the energy efficiency is very important. With the use of efficient recovery of waste heat of sintering process is one of the main measures to further reduce the energy consumption of sinter
6、process, the sintering waste heat of high temperature used for power generation or other aspects of the waste heat recovery and utilization of the core and key.A simple 2-dimentional model for cooling process of sinter ore was established with the commercial simulation software COMSOL. Several facto
7、rs including blowing rate, the size of sinter ore and its distribution in the cooling machine, 6IIwhich will contribute to the cooling procedure, were investigated with the model. As a result, most of the sinter ore had been cooled down from the initial 800 to room temperature within 30min. The gas
8、temperature at the outlet had a various values which were influenced by the size of sinter ore and its distribution in the cooling machine. A better distribution of gas temperature was achieved in the condition of disordered smaller size sinter ore and lower blow rate of air. At this situation, the
9、gas temperature at the outlet range from 190 to 440 after 1 second cooling. It was proved that the turbulent energy of air had a great impact on the cooling process and the one with a greater turbulent energy works more effectively. Otherwise, the efficiency of the cooling process can also be improv
10、ed by using larger blowing rate. Comparing with regular arrangement mode, it tend 8IIto be more effective when using smaller size or lower porosity sinter ore and have a un-regular arrangement in the cooling procedure. Specially, when using un-regular sinter ore in smaller size, same cooling efficie
11、ncy could be achieved with a blowing rate of 15m/s, compare to 25m/s while the sinter ore was regular and in a bigger size.The model could intuitively present the flow and temperature fields during the cooling process of sinter ore. And these results are useful when we trying to improve the process.
12、Key words: sintering, cooling, 2-dimentional model, flow field, temperature field.70I目 录前言IPrafaceII绪论31.1 研究背景32 国内外研究现状72.1 国外研究现状72.2 国内研究现状93 烧结矿冷却过程实验研究133.1 任务与目的134 数值模拟基础134.1 流体力学154.2 热传导164.3 计算流体动力学(CFD)185 建模基础及其软件215.1 烧结矿层结构215.2 多孔介质235.3 COMSOL简介246 模型的建立286.1 物理过程及问题分析286.2 假设条件及模型
13、选择336.3 模型控制方程描述356.4 几何模型的建立386.5 参数及边界条件的设定406.6 网格剖分457 模拟结果及分析487.1 烧结矿层中的流场及温度场分布487.2 鼓风速率对冷却效果的影响547.3 烧结矿层结构对冷却效果的影响578 结束语64参考文献661.绪 论1.1 研究背景能源是国民经济发展的物质基础,是经济发展的原动力。可靠的能源供应和高效、清洁的利用能源,是实现经济持续发展的基本保证。我国总能耗在国际上居第二位,仅次于美国,而人均能源消费量不到世界平均水平的一半,不足美国的112。经过几十年的发展,我国的工业逐步形成了体系,然而落后的技术和粗放式管理,使得我国
14、的能源利用率一直比西方发达国家低很多,国内吨钢能耗是国外的149倍。随着我国经济快速发展,人口增加、工业化和城镇化进程加快,特别是重化工业和交通运输的快速发展,能源需求大幅度上升,能源约束矛盾愈显严重。寻求新的能源或可再生能源,以及合理的综合利用现有的宝贵能源将是我国今后如何确保经济可持续发展的关键所在1。钢铁工业是我国新型工业化进程中的基础产业,而且是基础产业中的重要支柱产业。“十五期间中国钢铁工业高速发展,粗钢产量从2000年的12850万吨增至2007年的48924万吨,增长了2807(图1.1),是世界最大的钢材生产、消费国。钢铁工业的快速发展,对我国国民经济的发展起到了有效的支撑作用
15、。但同时,钢铁工业也是资源能源密集型产业,2005年,我国能源消耗总量为222亿吨标准煤,其中重点大中型钢铁企业能源消耗超过3亿吨标准煤,占中国能源消费量的135左右2。 图1.1 我国租钢产量变化趋势图钢铁工业面临的能源形势十分严峻。一方面,能源供应不足,价格不断上涨,随着能源价格与国际市场的接轨,成本的压力已成为制约钢铁工业进一步发展的因素之一。另一方面,我国钢铁工业的能耗明显高于世界主要产钢国。2007年底,国务院印发关于国家环境保护“十一五规划的通知,表示当前,我国经济社会发展与资源环境约束的矛盾日益突出,环境保护面临严峻的挑战。其中节能减排是“十一五”规划的一项重要任务。钢铁工业的能
16、源消耗总量占全国能源消耗总量的比例一直在12以上,仅次于电力工业,钢铁工业单位增加值能耗比我国工业平均水平值的3倍还要多。其中,烧结工序能耗约占钢铁企业总能耗的15,仅次于炼铁工序。回收利用烧结工序的余热能对钢铁企业节能减排具有重要的意义。目前我国烧结工序的工序能耗较高,每吨烧结矿的平均能耗比国外先进指标高出19以上,其主要原因之一是烧结余热资源的回收利用率低(仅为10-40),而发达国家平均在60-一903。钢铁工业能源消耗的大户,而烧结工序能耗占吨钢能耗的10%左右4。考虑到烧结矿的产量巨大且仍然有增长的趋势,研究烧结工艺的节能无疑是很重要的。钢铁研究总院的张春霞等人在2004年的全国能源
17、与热工年会上的报告认为烧结过程可作为回收利用的二次能源,即热烧结矿的显热和废气带走的显热约占烧结过程总支出的50%5。这相当于每生产1t的生铁消耗的烧结矿,其生产过程可回收利用的能量相当于64.3kg标准煤。2009年我国生铁产量达54374. 8万吨,以此计算,则09年烧结过程可作为二次能源回收的量达0.34963亿吨标准煤,而据相同的文献表明当前我国钢铁企业对这部分能源的利用率仅为10.5%,可见烧结机余热利用的潜力极大。关于烧结过程的能流问题,不少学者作了研究。胡长庆等人6。对烧结过程的能量流进行了分析计算。从烧结机尾部卸出的烧结矿温度平均为500800,其显热占总热耗的3545%,热烧
18、结矿在冷却过程中其显热变为冷却废气显热。烧结热平衡计算表明,热烧结矿的显热和废气带走的显热约占总支出的60%。他们得到的能流图如图1.2所示。另据据攀钢炼铁厂3号烧结机热平衡测定7,而烧结过程热矿带走的热量占总热量支出的51.71%。烧结矿在环冷机中冷却时,由冷空气带走的热量占总热支出的29.29%。综合两者可知,烧结过程总能耗的20%30%可以在烧结冷却过程中加以回收利用。 图1.2 烧结能量流分析示意图归纳起来,烧结冷却的研究至少有两个有益的前景: 烧结冷却的研究有助于改善烧结冷却工艺,为烧结冷却余热回收提供理论依据,从而提高能源利用率; 研究冷却方式对烧结矿的组织变化、冶金及物理性能的影
19、响,可以为生产更优良烧结矿,强化高炉冶炼提供理论支撑。近些年来,国内不少钢厂都对烧结冷却工艺进行了改善,然而这些研究和实践都有局限性,很难加以推广;另一方面,采取实验测量的方法,实验过程复杂且不易于系统的研究冷却过程对烧结矿性能的影响。2 国内外研究现状2.1 国外研究现状国外最早开始使用抽风式冷却机来进行烧结矿的冷却是在20世纪60年代初期。60年代以来,国外盛行环式和带式二种冷却机,同时又以抽风冷却为主,到了60年代中后期开始以及70代初期开始大量发展鼓风冷却技术。从70年代至今,国外大部分冷却机采用鼓风冷却技术,其中以鼓风环式冷却机的采用最为广泛8。国外对烧结余热回收利用的研究起步较早,
20、特别是能源十分匮乏的同本,对烧结余热利用技术的研究与开发取得了很好的成绩。世界上最早利用冷却机废气产生蒸汽用于发电的是日本钢管公司的扇岛厂和福山厂9,其余热回收方式是在环冷机高温段鼓入100的循环空气,该部分空气经环冷机后温度可达350,再经过余热锅炉产生14 MPa的蒸汽用于发电。表1是日本部分烧结厂余热回收系统情况(八十年代中期),日本烧结厂的余热回收技术就已经应用得比较广泛,其中冷却机排气利用的普及率达到57,而烧结机废气利用的普及率为26。目前,日本烧结厂的余热回收技术从用途来看,可分为用于预热混和料;用于点火保温;用于产生蒸汽以及用于压差发电等几种。在用余热产生蒸汽的工厂中,冷却机废
21、气余热回收量最高的是日本住友公司的小仓厂,其平均回收率为1043kg蒸汽t烧结矿,压力为0883-1275MPa,温度为273。C;烧结机废气余热回收是新同铁公司的大分2号机为最好,平均回收蒸汽为328kgt烧结矿,压力为098MPa,温度为213。表2.1 日本部分烧结厂余热回收系统情况前苏联马凯耶夫钢铁厂烧结车间利用点火后料层表面的辐射热加热空气10,进行烧结料层表面热处理,即利用点火表面余热进行热风烧结。该方法既可改善表层烧结矿的质量,又可利用换热器的热空气(300-一400。C)进行热风烧结,节省固体燃料256。德国蒂森钢铁公司施韦尔根厂利用冷却机废气余热预热烧结点火助燃空气11。具体
22、做法是在3号烧结机的卸矿处和冷却机排气罩上装有三级循环冷却器,出口与电除尘相连,除尘器的气流量为285000m3h,平均温度为200。C,粉尘含量低于30mgm3。该冷却机排出的废气通过风管进入2、3和4号烧结机点火器作助燃空气用,每台烧结机可节约热量平均为30MJt烧结矿,整个系统回收的总热量为40GJt烧结矿。2.2 国内研究现状目前,国内烧结厂的余热回收利用途径大不相同,有用于点火保温炉作助燃空气和精矿解冻的,有用于热风烧结和小球团烧结干燥的,也有用于生产热水供浴室、采暖、生石灰消化和加入混合机的,但更多的是通过余热锅炉生产蒸汽,送入管网或发电,以获取更大的经济效益。国内包钢、莱钢等在烧
23、结厂应用了热风烧结技术,即将预先加热的空气抽入料层进行烧结。热风烧结有以下好处:由于热风带入部分物理热,可大幅度节约固体燃料;烧结料层的温度分布均匀,克服了上层热量不足的缺点;由于固体燃料用量减少,烧结气氛得到改善;由于抽入热风,料层受高温作用的时间较长和冷却速度缓慢,有利于液相的生成和液相数量的增加,有利于晶体的析出和长大,各种矿物结晶较完全,减少急冷而引起的内应力;热风烧结改善了上层烧结矿质量,有利于提高烧结矿的成品率。热风烧结所用固体燃料减少,由燃料带入的灰份降低了,烧结矿Si02含量也相应降低,烧结矿的TFe品位升高12。热管技术是近年来发展起来的一项余热回收利用新技术。它的主要特点是
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 烧结 适宜 冷却 条件 模拟 计算
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。