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1、 . 本科毕业论文题目： 干熄焦炉固-气流动与传热数值模拟学 院:材料与冶金学院专 业:材料成型与控制工程学 号:8学生:明廷勇指导教师:常庆明日 期:二一五年六月 / 摘 要干熄焦技术相对传统的熄焦工艺具有节能、环保和提高焦炭质量等优点，在国外得到了广泛的应用，各大钢厂都非常重视对干熄焦技术的研究。随着干熄焦技术的不断发展，传统的研究方法已不能满足新的工艺要求。本文以某厂140t/h的干熄焦炉为研究对象，建立了干熄焦炉的三维几何模型，采用多孔介质理论建立了干熄焦炉固-气流动与传热的数学模型。基于FLUENT软件中的多孔介质模型，利用UDS和UDF将FLUENT中的单能量方程改写为双能量方程，
2、模拟干熄焦炉固-气流动与传热情况，为干熄焦炉提供设计提供依据。在此模型基础上，通过改变气体入口温度和速度，观察气体出口和焦炭出口温度的变化情况，分别分析气体入口风温和入口风速对干熄焦生产工艺的影响。研究发现，气体从底部进入干熄焦炉后在斜道和环形气体发生了偏流，越靠近气体出口，气体流速越大；气体压降主要发生在冷却室，气压在斜道和环形气道达到最低；在炉同一位置，焦炭温度恒比气体温度高，冷却室周边的换热比中心区域更充分。气体入口风温对干熄焦生产工艺影响不大，气体出口和焦炭出口温度随气体入口风速的增大显著降低。关键词： 干熄焦； 多孔介质； FLUENT； 数值模拟AbstractThe Coke D
3、ry Quenching(CDQ) technology have more advantages in energy saving, environmental protection and improving the quality of and coke over the traditional coke quenching process.This technology has been widely used both at home and abroad.And the major steel mills attach great importance to the study o
4、f coke dry quenching technology. With the continuous development of dry quenching technology, traditional methods can not meet the requirements of new challenges.In this paper, a three-dimensional geometric model of a 140t/h coke dry quenching unit is established and a mathematical model for quenchi
5、ng flow and heat transfer between gas and coke is established by using the theory of porous media. Based on the porous medium model in FLUENT software, the user defined scalars(UDS) and user defined functions(UDF) are utilizedto change single-energy equation into double-energy equations, in order to
6、 simulatethe solid-gas flow and heat transfer in dry coke quenching ,whichcan provide a basis for CDQ design. On the basis of this model, different gas-inlet temperature and velocity are given for observing the changes in the gas-outlet and coke-outlet temperature, to analyze how gas-inlet temperatu
7、re and velocity can affect the CDQ production process . The results show that gas in the chute and ring airway has the drift phenomenon, and the closer to the outlet, the faster the velocity is; the loss of gas pressure mainly occurred in the cooling chamber, the lowest gas pressure form in the chut
8、e and ring airway; the coke temperature is higher than the gas temperature in any same position of CDQ and the surrounding of the CDQ has a better heat transfer than the center of it. Gas-inlet temperature makes little different of coke dry quenching process, while the gas-inlet velocity makes much.
9、Key words:CDQ； Porous medium； FLUENT； Numerical simulation目录1 绪论11.1 干熄焦技术11.2 干熄焦工艺流程11.3 干熄焦炉固-气流动与传热的研究现状31.3.1 前联的研究31.3.2 日本的研究31.3.3 国的研究41.4 课题研究的意义与容41.4.1 课题研究的意义41.4.2 课题研究的容52 研究方法-CFD62.1 FLUENT软件介绍62.2 FLUENT软件的二次开发63 干熄焦炉固-气流动与传热的数学模型103.1 几何模型103.2 基本假设103.3 数学模型113.4 边界条件124 模拟结果与分析1
10、34.1 结果分析134.1.1 干熄焦炉速度场分析134.1.2 干熄焦炉温度场分析144.1.3 干熄焦炉压力场分析154.2 不同工艺参数对干熄焦生产的影响154.2.1 气体入口温度对干熄焦生产的影响154.2.2 气体入口速度对干熄焦生产的影响175 结论19参考文献20致221 绪论1.1 干熄焦技术干法熄焦简称“干熄焦”，是相对于用水熄灭炽热焦炭的湿法熄焦而言的，它是利用低温的惰性气体在干熄焦炉与高温的焦炭换热从而使红焦冷却。红焦被冷却后从焦炉底部排出，吸收红焦热量的惰性气体进过一次除尘后将热量传给干熄锅炉，产生高压水蒸汽，被冷却的惰性气体再经过二次除尘，由鼓风机送入干熄焦炉循环
11、使用。在干熄锅炉产生的高压水蒸汽可用于发电或供暖。干法熄焦相对于湿法熄焦具有三大优点1： （1）吸收红焦80%热量，节约能源。 传统的湿熄焦采用喷水降温，红焦的热量浪费费很大。而干熄焦避免了这个缺点，它能吸收红焦80%左右的热量使之产生蒸汽，平均每熄1t 焦炭可回收3.9- 4.0MPa、450蒸汽0.45- 0.55t。（2）提高焦炭的质量。 焦炭在干熄炉的预存室停留过程中相当于进行了再炼焦，且在均匀的下降过程中冷却速度慢,因此焦炭裂纹少，强度高。（3）改善环境，减少污染。 湿熄焦所采用的水主要是化工车间的冷却水，其中含有大量的酚，氰等有害物质。湿法熄焦产生的蒸汽与残留在焦的酚，氰，硫化物等
12、腐蚀性介质，侵蚀周围建筑物，并能扩散到几公里外的围，造成大面积的空气污染2。干熄焦则由于采用惰性气体在密闭的干熄炉冷却红焦, 并配备良好有效的除尘设施, 几乎不产生环境污染。由于本身的先进性，干熄焦技术已经在同行业中占据主导地位。自20世纪80年代以来，干熄焦设备的高效化和大型化成为了必然的发展趋势。建设大型生产设备具有降低运营成本、便于自动化管理和生产率高等优点，而掌握干熄焦固-气流动与传热规律是实现大型化的关键所在3。1.2 干熄焦工艺流程干熄焦装置主要包括干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车与焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、
13、自动控制部分、发电部分等。如图1.1为干熄焦工艺流程图，主要包括焦炭流程、惰性气体循环流程、汽水循环流程和除尘系统流程。图1.1干法熄焦工艺流程图（1）焦炭流程 推焦车将1000左右的高温红焦由炭化室推出，经过拦焦车导焦栅后，由焦罐车上的旋转焦罐接受，在电机车牵引下引至提升塔底部，再由提升机将焦罐提升到提升塔顶部，然后平移到干熄焦炉的顶部，浇灌底部自动打开，开始装焦。红焦进入干熄炉后先在预存室停滞，随着干熄炉底部排焦的进行，焦炭下降到冷却室，在冷却室中与惰性循环气体进行热交换。焦炭被冷却到200以下就会经干熄焦炉底部的平板闸门、电磁振动给料器、旋转密封阀、双岔溜槽排出，并由专用皮带输送机运走。
14、 （2）惰性气体循环流程 循环气体通过循环风机送入，经热管换热器对其再冷却，130左右的低温惰性气体从底部进入干熄焦炉，经周边风道和中央风帽进入冷却室与焦炭进行热交换，升温至800左右，再经过斜道、环形气道从气体出口排出干熄炉。升温后的惰性气体经过一次除尘器，分离气体中带有的粗颗粒焦粉，然后进入干熄焦锅炉将热量传给高压水蒸汽，温度降至约160左右后，进入二次除尘器进一步分离其中的细颗粒焦粉，最后返回循环风机，如此循环使用。 （3）汽水循环流程 低温的锅炉用水被送水泵至干熄焦锅炉的锅筒，与高温的惰性循环气体进行热交换，吸收高温气体的热量；吸热后的锅炉用水经过循环水泵重新进入锅炉，依次经过两个蒸发
15、器，然后再一次在锅筒处与高温气体进行热交换，产生蒸汽；产生的蒸汽依次通过两次过热器，形成高压蒸汽。最后，高压蒸汽被送至干熄焦的汽轮发电站，将热量转化为电能以供使用。而降低了压力和温度的蒸汽又会被送到蒸汽管道中以便循环使用。 （4）除尘系统流程循环气体与焦炭颗粒逆向流动过程中会夹杂着焦粉颗粒，需要采用除尘装置来净化循环气体。惰性气体在一次循环过程中要经历两次除尘。第一次除尘过程采用重力除尘，经一次除尘器分离出的粗颗粒焦粉进入一次除尘器底部的水冷套管冷却，焦粉达到上限后由底部排至刮板机。第二次除尘过程采用多管旋风式除尘，二次除尘分离出的细颗粒焦粉传至灰斗，当焦粉料位达到上限时，灰斗出口排灰阀向刮板机排出焦粉。焦粉料位达到下限时，为以防止从负压排灰口吸入空气，造成气体循环系统压力失衡，应与时停止排除焦粉。经一次除尘器和二次除尘器排到刮板机的焦粉会送至焦粉仓集中，进行再利用。1.3 干熄焦炉固-气流动与传热的研究现状1.3.1 前联的研究早期的干熄炉设计，一般都采用实验中确定的经验关系式来计算气体压降和熄焦时间，从而确定干熄炉的尺寸，以前联所做的工作最具代
