回轉(zhuǎn)窯多種工況模擬仿真的研究.pdf

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1、第27卷第1期有色礦冶Vol_27．№12011年2月NoN—FigRR0USMⅡNGANDMETALLURGYFebruary2011文章編號(hào)：1007—967X(2011)Ol一0025一o4回轉(zhuǎn)窯多種工況模擬仿真韻研究支4吉，支0牙q，史玉娟(1．東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110013；2．遼寧高科節(jié)能熱電設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110141)摘要：借助流體力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)的熱工況進(jìn)行模擬，通過模擬結(jié)果可以了解窯內(nèi)的燃燒狀況、溫度分布、氣流速度分布以及氧和可燃成分的濃度分布，為回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯；模擬仿真；多

2、種工況中圖分類號(hào)：TF355．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A內(nèi)溫度更趨于平均，更有利于煅燒質(zhì)量的提高。1前言本文主要是借助流體力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)熱工況的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行模擬，其中對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行數(shù)值模擬的目的是在炭素煅燒回轉(zhuǎn)窯熱工測(cè)試的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建合適的數(shù)學(xué)物理模型并求解，促進(jìn)回轉(zhuǎn)窯熱工數(shù)值模擬研究的發(fā)展；通過模擬結(jié)果可以了解窯內(nèi)的燃燒狀況、溫度分布、氣流速度分布以及氧和可燃成分的濃度分布，為回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)；對(duì)回轉(zhuǎn)窯操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變后的窯內(nèi)工況進(jìn)行數(shù)值模擬，求得最佳供圖1炭素回轉(zhuǎn)窯的基本物理模型風(fēng)位置以及供風(fēng)量；考察優(yōu)化后的窯內(nèi)工況，在保證產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下，

3、尋求節(jié)能途徑。3炭素回轉(zhuǎn)窯模型網(wǎng)格的劃分整個(gè)模擬主要分為三個(gè)過程¨：首先對(duì)所研究一般來說，數(shù)值計(jì)算對(duì)網(wǎng)格的生成有貼體性、光的回轉(zhuǎn)窯建立幾何模型；第二，對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確定邊界條件類型；第三，運(yùn)用模擬軟件進(jìn)行滑性、合理的疏密分布和正交性的要求[2]。本文為了提高計(jì)算精度、保證模擬的效果，回轉(zhuǎn)模擬計(jì)算；第四，對(duì)于模擬結(jié)果進(jìn)行比較分析。窯模型的網(wǎng)格劃分是采用結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化相結(jié)合2建立炭素回轉(zhuǎn)窯的幾何物理模型的方式來進(jìn)行網(wǎng)格劃分的，并對(duì)風(fēng)管區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)建立炭素回轉(zhuǎn)窯的三維結(jié)構(gòu)模型(如圖1)，回行了適當(dāng)?shù)募用?，最終網(wǎng)格數(shù)為30．1萬。轉(zhuǎn)窯模型的基本參數(shù)為：4炭素回轉(zhuǎn)窯數(shù)學(xué)模型的

4、假設(shè)條件和窯長(zhǎng)：55000mm；窯內(nèi)徑：2300mm；物料厚度：主要控制方程306mm；煙氣出口直徑：1500mm；一次風(fēng)進(jìn)口：200×200mm；二、三次風(fēng)管內(nèi)徑：170mm。在建立其熱工過程的數(shù)學(xué)模型時(shí)，根據(jù)回轉(zhuǎn)窯傳統(tǒng)的送風(fēng)方式如圖1所示，優(yōu)點(diǎn)是送風(fēng)管道的工作特點(diǎn)進(jìn)行如下假設(shè)：布置方便，但回轉(zhuǎn)過程中造成偏心，且高溫區(qū)集中對(duì)(1)假設(shè)回轉(zhuǎn)窯的工作過程處于連續(xù)、穩(wěn)定狀窯內(nèi)襯的破壞較為嚴(yán)重；若采用風(fēng)管分方向送風(fēng)，即態(tài)，即窯內(nèi)的熱工過程視為穩(wěn)態(tài)。將風(fēng)管分散到窯體的圓周上，就回轉(zhuǎn)窯在回轉(zhuǎn)過程(2)假設(shè)物料均勻平鋪，且恒處于窯體底部。中的偏心問題可以得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q，由于送風(fēng)方向(3)由

5、于物料在窯體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，為簡(jiǎn)的變化使得窯內(nèi)空氣與揮發(fā)分的混合更為充分，窯化模型而忽略窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)。收稿日期：2OLO一12—16作者簡(jiǎn)介：劉吉(198O一)，男，碩士，工程師，從事有色冶金工藝設(shè)計(jì)工作。有色礦冶第27卷(4)忽略窯體外壁散熱損失和窯內(nèi)襯的傳熱。(5)假設(shè)物料揮發(fā)分全部揮發(fā)，且與溫度成一窯頭三二蘭二二二二====三二二二蘭二二二耋二二二二二二]窯尾定的函數(shù)關(guān)系(揮發(fā)分及其物料的溫度在以下的?！芏物L(fēng)管道擬計(jì)算過程中采用自定義函數(shù)的方法進(jìn)行設(shè)定)。圖2回轉(zhuǎn)窯模型風(fēng)管位置示意圖(6)假設(shè)物料的炭質(zhì)燒損為5％?；谏鲜黾僭O(shè)條件，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)氣體流動(dòng)、燃燒及傳熱等熱

6、工過程均可用基于守恒定律的微分方程進(jìn)行描述，主要控制方程為連續(xù)性方程、動(dòng)量方圖3回轉(zhuǎn)窯工況8的物理模型程、能量方程、標(biāo)準(zhǔn)k—s湍流模型、組分方程和輻射模型。7多工況模擬結(jié)果的對(duì)比與分析5回轉(zhuǎn)窯模型的邊界類型7．1多工況窯內(nèi)溫度場(chǎng)分析圖4為回轉(zhuǎn)窯模擬工況1、工況2和工況3下沿進(jìn)風(fēng)口：包括一次風(fēng)、二次風(fēng)和三次風(fēng)入口，選窯長(zhǎng)方向平均溫度的曲線對(duì)比圖。由圖可以比較取速度入口邊界類型，適用于不可壓縮性流動(dòng)問題。出，工況1窯頭煙氣溫度較工況2、3要高些，煅燒帶煙氣出口：選擇壓力出口邊界類型，該邊界條件溫度高且集中；工況2窯頭處的溫度梯度大，工況2只能用于模擬亞音速流動(dòng)，給定流動(dòng)出口邊界上的

7、的煅燒帶溫度與工況1時(shí)相當(dāng)，但相對(duì)工況1要集靜壓。中些；工況3窯頭處的溫度梯度大，并且由于風(fēng)管間揮發(fā)分氣體及燒損的固定碳人口：選擇質(zhì)量人距加大，使得煅燒帶溫度偏低?？谶吔鐥l件，給定人口邊界上的質(zhì)量流量，且揮發(fā)分的析出量和析出溫度采用自定義函數(shù)進(jìn)行處理。壁面邊界：采用無滑移固壁條件即固體表面上流體的速度和紊流參數(shù)為零，在近壁面區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)一一壁面函數(shù)法。贈(zèng)6回轉(zhuǎn)窯的模擬仿真工況通過對(duì)實(shí)際回轉(zhuǎn)窯模擬工況的分析可知，對(duì)于一3O一2O-100102030窯內(nèi)的熱工工況影響較大的條件有空氣消耗系數(shù)、長(zhǎng)度