烧结环冷机分层布料的数值模拟与优化

基于局部非热平衡换热理论,建立多孔介质内气体-颗粒两相非平衡换热的能量双方程模型,并通过计算流体动力学软件(FLUENT)和自编程序的结合,对三维环冷机内的换热过程进行仿真计算,研究环冷机内各层物料粒径对换热的影响.研究结果表明,采用分层布料工艺,将大粒径物料分布于环冷机底层,小粒径物料分布于中层,可以增加约14％的余热利用量,且有助于实现环冷机内温度场分布的均匀性,研究结果对环冷机分层布料以及余热利用具有参考作用.     

基于热载体焓?的环冷机余热回收段仿真优化

以环冷机余热回收段为研究对象,基于多孔介质和局部非热力学平衡理论,建立环冷机二维稳态数值计算模型。借助多物理场耦合仿真软件COMSOL,研究并分析进口风速及余热回收段长度对环冷机内烧结矿冷却过程的影响规律。以环冷机出口热载体的焓?为判据,采用全工况分析方法,获得提高环冷机余热回收效果的有效方法。研究结果表明:对于某企业年产量390万t烧结矿的环冷机,适宜冷却气体进口标况流量72万m3/h;最佳余热回收段长度63.00 m。在满足生产工艺的条件下,减小进口风标况流量并同时延长余热回收段长度,可获得更佳的余热回收效果。     

环冷机内球团矿热过程数学模型

根据能量守恒、流动和传热传质等原理及定律,建立了球团矿冷却和氧化过程的数学模型,采用三对角矩阵算法对模型进行了求解,基于VisualBasic6.0开发了仿真计算软件.依据现场实测数据对建立的数学模型进行了验证,计算值与实测值之间的最大相对误差为4.8%,说明模型正确可信.利用开发的计算软件对球团矿在环冷机内的热过程进行了仿真计算,得到了环冷机内球团料层的温度分布.仿真研究表明,冷却一段风速、料层厚度、球团粒度和环冷机机速是影响环冷机内部球团料层冷却过程的主要因素.在本文研究条件下,合理操作条件为:料层厚度550～800mm,球团粒度7～16mm,冷却一段风速1.2～2.5m.s-1,环冷机机速1.0～1.5m.min-1.     

高温烧结矿气-固换热过程数值模拟及参数分析

在详细分析了高温烧结矿冷却过程传热机理的基础上,根据能量守恒定律建立了高温烧结矿气--固换热过程的一维非稳态热过程数学模型,并利用现场实测数据对所建立的数学模型进行了验证.结果表明:所建立的数学模型是正确可信的.在此基础上,重点研究了冷风风速和台车移动速度等主要热工参数对环冷机内冷却过程的影响,并针对某环冷机的实际生产情况提出了具体的操作建议.     

布料方式对竖冷炉内烧结矿偏析及气流分布的影响

为优化梅钢竖冷炉的布料方式，采用离散单元法和多孔介质模型研究中间布料和边缘-中心布料对炉内烧结矿的偏析、空隙率分布、气流分布以及气体压力的影响.结果表明，对比中间布料，采用边缘-中心布料时，大颗粒偏析区域由中心区和上部边壁区变为中间区，且烧结矿偏析得到改善.床层空隙率虽有下降，但沿宽度方向分布更均匀.中间布料条件下，气体流速主要呈沿边壁区向中心区逐渐增大的分布，且气体压力较小.边缘-中心布料时，气体流速呈中间区较大、中心区和边壁区较小的“Λ”型分布，但上述区域间的流速差值减小.气体压力增幅较大，但能够沿高度方向同步下降.综合上述因素，推荐使用边缘-中心布料.     

烧结余热发电高温烟气阀门设计

烧结工序的能耗指标与先进国家相比差距较大,每吨烧结矿的平均能耗要高20千克标准煤,节能潜力很大.烧结工序的能耗约占冶金总能耗的10%～12%.而其排放的余热约占总能耗热能的49%.在烧结矿生产过程中,特别是烧结矿由鼓风式环冷机冷却过程中会排出大量温度为250～400℃的低温烟气,其热能量大约为烧结矿热耗量的30%左右.实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析,余热发电是最为有效的余热利用途径,平均每吨烧结矿产生的烟气余热回收可发电20千瓦时,折合吨钢综合能耗可降低8千克标准煤.余热发电烟气阀门烧结余热发电重要的辅机设备,直接影响烧结和余热电站运行稳定、废气的充分利用以及整个系统运行效率和可靠性,做好高温烟气阀门对烧结余热发电具有重要意义.     

烧结气流布料的力学原理

通过理论分析和气流布料实验研究气流布料改善烧结料偏析状态的力学原理。研究结果表明:气流布料能够改变具有不同物化性质的颗粒下落速度及运动轨迹,使混合料沿烧结料层达到有序堆积,进而使烧结料产生较好的粒度偏析及固体燃料偏析;在最佳喷吹角度为10·的条件下,当气流速度达到34m/s时,物料开始发生有效偏析;当气流速度达到50m/s时,偏析效果最优。     

烟气循环烧结的数值仿真

通过对铁矿烧结过程流动、传热、传质的分析,建立烧结过程热质分析计算的数学模型,并验证计算模型的可靠性。根据常规烧结工艺烟气温度和成分含量的分布特点,基于余热利用和减量排放侧重点的不同提出相应的烟气循环烧结方案,通过模拟计算对比分析烟气循环烧结对于常规烧结工艺的改善作用。研究结果表明:烟气循环烧结工艺能提高上部料层最高温度,使料层最高温度在高度方向上更加稳定,能提高烟气余热利用量,降低烟气脱硫处理量和脱硫负荷,提高烟气脱硫效率。     

溜槽角度对混装布料过程的影响

分析了定点布料方式下溜槽角度对混装布料规律的影响.首先对混装布料方式进行了物理实验模拟,获得了不同溜槽角度下的料流轨迹、料堆结构等重要信息,分析了不同粒度的混装物料在下落过程中存在的偏析现象.其次利用离散单元法(DEM)数学模型对布料过程进行了模拟研究,并对模拟结果进行了详细分析.结果表明:模型结果与物理实验结果吻合较好.其中模型获得的料堆结构和径向空隙度分布的信息的结果可为现场调节煤气流分布提供一定的参考依据.     

90m^2环冷机中固定筛的改进

链篦机-回转窑-环冷机工艺在氧化球团的应用越来越广泛,作为这一系统的三大主机之一-环冷机,在整个球团生产线上起着至关重要的作用。环冷机的主要作用就是将回转窑氧化的球团进行充分的冷却,进一步提高氧化球团的质量。其环冷机的主要组成为：传动装置、回转体部分、支承辊、压轨装配、机架装配、罩子装配、风箱及灰斗装配、烟囱、卸料槽、卸料斗、侧挡辊、润滑系统、给料斗、固定筛等。作为环冷机与回转窑相连接的部件,固定筛的作用尤为突出。因其位置特殊（在回转窑的窑头罩里）,该区域温度相当高,可达1250℃及以上,是一般材料所不能承受的。另外在球体从窑头出来进入环冷机通过固定筛时,固定筛本身还受到较大的压力冲击。因此固定筛的材质和结构直接影响到固定筛的使用寿命。     

环冷机台车内置横管结构及数值模拟研究

对环冷机台车内置横管结构进行了研究,利用Fluent模拟了台车内置横管结构内烧结矿区域的温度场与速度场的分布,并研究了不同进口风速v对冷却时间与余热回收利用热量的影响.研究结果表明:内置横管结构的台车冷却效果要优于传统结构的台车,在进口风速范围为0.60 m/s~1.50 m/s内,内置横管结构的台车在余热回收利用段的冷却时间相对于传统结构的台车减少了65%左右,在冷却结束时的冷却时间减少了48%左右;且当冷却空气的最优进口速度为v=1.05 m/s时,余热回收利用热量最多.     

钒钛烧结料床竖向不均匀烧结

通过对钒钛烧结料床的不同料层进行测温,研究了不同深度烧结料成矿过程的温度变化曲线,利用火焰前锋速度和成矿前锋速度两个参数评价了台车竖向烧结的不均匀程度.结果表明:随着料层深度的增加,火焰前锋和成矿前锋迁移速度下降,说明台车下部料床的结构变化大,烧结透气性恶化;加强偏析布料效果,增大台车下部料粒的平均粒度和热态强度,对提高钒钛矿烧结利用系数至关重要.同时,对不同深度处的烧结矿进行矿相分析表明,钒钛烧结矿由磁铁矿、赤铁矿、铁酸钙、硅酸钙、钙钛矿和玻璃相六种主要矿物组成,随着料层深度的增加,磁铁矿、硅酸钙和钙钛矿含量增多,铁酸钙和赤铁矿含量下降.     

烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析

以烧结矿环冷机末端出口流量为7.6×105 m~3/h、平均温度为170℃的冷却废气为研究对象,基于低温余热有机朗肯循环系统,采用R123,R245fa和R600作为循环有机工质,研究工质蒸发温度、过热度和冷凝温度对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功率和总的不可逆损失随工质蒸发温度、过热度和冷凝温度的增大而逐渐减小;系统热效率随蒸发温度增大而增大,而随冷凝温度增大而减小,工质过热度增大对系统热效率的影响不大;当系统操作工况一定时,工质R600的净输出功率最大,而工质R123的系统热效率最高,且总不可逆损失最小;在实际操作过程中,为了获得较大系统净输出功率,应选择R600作为循环有机工质,设定蒸发器出口工质为饱和蒸汽状态,并采用较低的工质冷凝温度。     

基于三维离散元法的无钟高炉装料行为

利用三维离散元法建立了无钟高炉布料模型,分析了料罐、旋转溜槽中的颗粒流动行为以及颗粒离开溜槽后的下落轨迹和料堆形成,可视化再现了装料过程.结果发现:炉料在流动过程中始终存在粒度偏析,料罐排料流为漏斗流,小颗粒由于偏析而倾向于后期排出;溜槽倾角对颗粒流动行为和料堆形成影响较大;溜槽内颗粒流由于溜槽旋转而向侧上部偏离和翻动,小颗粒因靠近壁面而位于料流内侧,大颗粒因聚集在溜槽上部而处在料流外侧,炉料颗粒偏析、偏转翻动和速度分布影响下落轨迹;在炉料下落到料面的堆积过程中,大颗粒易于向炉喉中心和边缘偏析,小颗粒因位于料流内侧和渗透作用而分布在堆尖下方且偏向中心侧.结合激光网格炉内测量技术料流轨迹测量结果,验证了模型的适用性.     

基于产热量优化的烧结余热回收操作参数设定

针对钢铁烧结余热回收过程中的热交换效率优化问题，引入锅炉有效产热量的概念，用于评价余热发电系统的整体运行效率，提出基于中压锅炉有效产热量优化的余热回收过程操作参数设定方法.首先应用BP神经网络对中压锅炉有效产热量进行预测，基于热力学原理建立有效产热量优化模型；然后采用一种改进的粒子群优化算法求解优化模型，得出有效产热量最大时中压蒸汽温度和环冷机速度的优化设定值.基于工业运行数据的仿真结果表明，所提方法可以使烧结余热回收系统的有效产热量平均提高5%左右，从而提高余热发电效率.     

烧结矿冷却过程的实验研究

建立了烧结矿冷却过程的实验平台,研究了烧结矿冷却过程的基本规律及其影响因素.结果表明,冷却空气流量与烧结矿料层厚度是影响冷却过程的主要因素.保持料层厚度一定,随着冷却空气流量的增加,流经料层的热空气温度逐渐下降,热空气所携带的热量开始增加,而后达到峰值,之后逐渐降低,即冷却空气流量存在一适宜值,在这一流量下,热空气所携带的热量最大.保持鼓风机开启度不变,随着料层厚度的增加,热空气的温度逐渐增加,且料层厚度存在一适宜值适宜料层厚度与适宜冷却风量相互影响和制约     

无钟高炉螺旋布料料面预测与优化控制研究

为实现无钟高炉布料精准化,提出了一种螺旋布料料面预测与优化控制算法。根据炉料在高炉炉喉内的堆积规律,建立了适用于非接触式料面测量技术的炉喉料面预测模型。在螺旋布料工艺特点研究的基础上,建立了螺旋布料操作优化控制数学模型,并设计了粒子群算法进行模型求解。最后,该模型采用有效容积为2 580 m~3的无钟高炉进行了试验验证,结果表明,采用基于粒子群算法的螺旋布料优化控制模型能够准确地获得期望的炉料分布,充分发挥无钟高炉布料灵活的优势。     

DEM模拟解析二元混合颗粒粒径偏析分布规律

颗粒粒径偏析分布是高炉炉顶布料过程中不可避免的现象,易造成炉喉处局部料层的空隙度降低和压差升高,影响煤气流的均匀分布,继而间接影响炉况的顺行。通过DEM离散单元法模拟研究二元混合颗粒的偏析分布规律,同时,提出一个偏析指数T,用以表征粒径偏析分布的相对程度。研究结果表明:同一T值图中,相邻区域颗粒的T值相差越大,则该区域颗粒的粒径偏析程度越大;不同T值图中,所有相邻T值之差的平均绝对值越大,则颗粒堆积整体粒径偏析程度越为严重。     

新型DRI-挡板布料器布料过程的数值模拟

COREX熔化气化炉炉顶布料设备由煤-溜槽和DRI-挡板两种布料器组成,其中DRI-挡板属于新型布料器,布料规律尚不明晰.通过离散单元法(DEM)建立了DRI-挡板布料过程的数学模型,通过该模型分析了DRI-挡板的操作参数对布料过程带来的影响.其中包括考察了挡板角度对布料落点位置的影响,获得了布料档位与挡板角度的对应关系.还考察了料堆的形成过程和单一物质多粒度混合布料形成的料堆内部偏析情况,获得了不同档位半径物料的粒度偏析信息.同时也考察了矿石和焦炭混合布料过程,获得了矿焦的径向分布规律.研究结果为COREX现场合理调节布料模式提供参考依据.     

铁矿烧结中燃料合理分布研究

以我国某钢铁公司烧结原料为对象,对烧结过程的自动蓄热热平衡进行分析和计算,提出料层蓄热及燃料合理分布的计算模型,并按3层进行燃料分层布料烧结试验.计算结果表明,当料高为600 mm时,烧结各料层可利用蓄热率为35%左右;当焦粉配加量上层、中层和下层分别为4.9%,4.3%和3.4%时,在不降低烧结矿产质量的同时,固体燃耗降低3.69 kg/t.