敞開(kāi)式陽(yáng)極焙燒爐數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、陽(yáng)極炭塊一直被公認(rèn)為電解槽的“心臟”，隨著現(xiàn)代鋁工業(yè)的飛速發(fā)展，電解槽對(duì)陽(yáng)極炭塊質(zhì)量的要求不斷提高。焙燒是陽(yáng)極生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)之一，陽(yáng)極焙燒質(zhì)量的好壞將直接影響到鋁電解生產(chǎn)的能耗，因此如何提高陽(yáng)極炭塊的質(zhì)量是鋁電解工業(yè)的重要課題。鑒于焙燒爐工藝的復(fù)雜性，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)焙燒爐內(nèi)熱工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，改進(jìn)焙燒爐的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)，是一項(xiàng)既有理論意義又有實(shí)用價(jià)值的工作。
　　 本文以國(guó)內(nèi)某炭素廠34室敞開(kāi)式陽(yáng)極焙燒爐為研究對(duì)

2、象，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)化，確定了物理模型并利用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行了區(qū)域離散化，建立了焙燒爐適用的數(shù)學(xué)模型。以現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT6.3為計(jì)算平臺(tái)對(duì)焙燒爐進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　 數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在火道中隔墻和拉磚的背風(fēng)區(qū)有一定的回流區(qū)域，陽(yáng)極炭塊中的溫度梯度較大的地方主要出現(xiàn)在炭塊的左部以及靠近爐底、爐項(xiàng)的部位，陽(yáng)極炭塊中的溫差最大值為137℃。利用現(xiàn)場(chǎng)采集的11個(gè)點(diǎn)的溫度對(duì)數(shù)值模擬結(jié)

3、果進(jìn)行了驗(yàn)證，相對(duì)誤差最大值為8.2％，表明本文所建立的物理模型、數(shù)學(xué)模型是可靠的，可用來(lái)對(duì)焙燒爐進(jìn)行模擬和研究。
　　 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)陽(yáng)極焙燒爐熱工制度進(jìn)行了研究：
　　 1)給出了火道結(jié)構(gòu)優(yōu)化的4個(gè)方案。經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的焙燒爐火道中的回流區(qū)域有一定程度的減小甚至消失，陽(yáng)極炭塊的平均溫度升高，溫差降低，溫差降低最大達(dá)到38℃；
　　 2)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，以焙燒爐的助燃空氣溫度、助燃空氣流量、兩個(gè)燃料入

4、口燃料流量比例為變量對(duì)焙燒爐進(jìn)行了操作參數(shù)的優(yōu)化研究。計(jì)算結(jié)果顯示，隨著助燃空氣溫度的增加，火道中流速均勻性、陽(yáng)極炭塊中的溫度均勻性均變好，溫差降低；隨著助燃空氣流量的增大，第一個(gè)燃料入口噴入的燃料的燃燒溫度降低，陽(yáng)極中的高溫區(qū)域向右移動(dòng)并增大，但是陽(yáng)極炭塊中的溫差隨著助燃空氣流量的增加而升高，火道流速均勻性以及陽(yáng)極炭塊溫度均勻性都變差；兩個(gè)噴嘴燃料流量的比例對(duì)陽(yáng)極炭塊的溫度場(chǎng)影響很大，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)左右兩個(gè)燃料入口處燃料的流量比例為6