锌精馏炉用蓄热室内热工过程数值计算及优化

论文摘要

热镀锌是目前世界上钢铁材料保护中最基本、应用最广泛、最有效的防腐方法。在这一过程中,需要消耗大量纯锌并产出热镀锌渣。我国热镀锌渣的年产出量达10万吨,热镀锌渣又是锌含量极高的金属锌再生资源。锌渣的回收与利用可以延长锌资源的使用寿命,同时降低生产能耗,减少对环境的污染,增加社会和经济效益。回收锌渣时采用精馏法生产工艺,其主要设备为塔式锌精馏炉。这一设备是成熟设备,在精锌提纯工艺中广范应用。此设备使用传统陶土式换热器,换热效率较低、排烟温度较高、占地面积大。在高温烟气余热回收装置中,蓄热式燃烧技术具有较高的回收效率和较广泛的适用范围。将成熟的蓄热式燃烧技术应用在塔式锌精馏炉中,可极限回收烟气余热,降低炉子排烟温度,提高炉子热效率并减少燃料消耗,具有较大的实际意义。锌精馏炉内部水平温差要求在±5℃,否则内部的SiC塔盘容易损坏。蓄热室出口空气温度波动对燃烧室内温度场分布有较大影响。因此重点对蓄热室进行分析,找到降低蓄热室出口空气温度波动的合理措施。在分析方法上采用Fluent商用软件,对不同蓄热体材料、不同换向时间、不同小球直径、小球材质进行多工况计算,分析蓄热室内部温度场、换热系数、换热功率、余热回收效率等热工参数,最终确定蓄热室的相关结构参数。依据分析计算,将蓄热式燃烧系统应用到锌精馏炉中是可行的,采用蓄热式燃烧技术能够获得稳定均匀的燃烧室温度场分布,满足锌精馏炉内温差在±5℃的工艺要求。同时也进一步扩大了蓄热式燃烧系统的应用范围,适用于其它对温度较为敏感的热工设备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 热镀锌渣回收意义
• 1.1.2 热镀锌渣回收工艺及设备
• 1.1.3 换热室存在的问题
• 1.2 蓄热式燃烧技术简介
• 1.2.1 技术原理
• 1.2.2 实际问题
• 1.3 本论文主要工作
• 第2章 热镀锌渣工艺简介
• 2.1 回收工艺流程
• 2.2 锌精馏塔的主要结构参数及经济指标
• 2.3 塔盘热震性能
• 2.3.1 塔盘组列排布
• 2.3.2 SiC塔盘热震性能
• 2.3.3 塔盘维修工艺
• 2.4 高温烟气预热器简介
• 第3章 国内外蓄热燃烧技术研究概况
• 3.1 国外研究方向
• 3.1.1 燃烧技术多样化
• 3.1.2 低污染排放燃烧器
• 3.2 国内研究动向
• 3.2.1 高效蓄热体研究
• 3.2.2 连续式蓄热燃烧技术研究
• 3.3 本论文研究重点及方法
• 3.3.1 研究内容
• 3.3.2 技术路线
• 第4章 实际工况设计计算
• 4.1 精馏塔设计参数
• 4.2 蓄热室相关尺寸计算
• 第5章 数值计算模型建立
• 5.1 Fluent软件简介
• 5.1.1 Fluent程序的结构
• 5.1.2 Fluent程序求解问题步骤
• 5.2 Gambit设置蓄热室几何形状并生成3D网格
• 5.2.1 建立蓄热室的几何物理模型
• 5.2.2 蓄热室模型网格的划分
• 5.3 蓄热室数学模型的建立
• 5.3.1 蓄热室数学模型的假设条件
• 5.3.2 数学模型的主要控制方程
• 5.3.3 数学模型的建立
• 第6章 数值计算结果分析
• 6.1 蓄热室压降分析
• 6.1.1 空蓄热室压降
• 6.1.2 高度-压降分析
• 6.1.3 流速-压降分析
• 6.1.4 单位换热面积压降
• 6.2 蓄热室内传热分析
• 6.2.1 蓄热小球透热时间
• 6.2.2 蜂窝体透热时间
• 6.3 内部温差分析
• 6.4 换热系数分析
• 6.4.1 理论计算公式
• 6.4.2 数值计算结果
• 6.5 换向时间分析
• 6.6 蓄热体材质的影响
• 6.6.1 高导热蓄热材料选择
• 6.6.2 高导蓄热材料高度
• 6.6.3 高导蓄热材料效果分析
• 6.7 蜂窝体热工参数分析
• 6.7.1 流场分析
• 6.7.2 传热分析
• 6.7.3 换热系数分析
• 6.7.4 预热空气温度变化曲线
• 6.8 换向时间-余热回收效率分析
• 6.8.1 理论最佳换向时间
• 6.8.2 换向时间-余热回收效率研究
• 第7章 蓄热室优化设计
• 7.1 蓄热体选择
• 7.1.1 温度均匀性
• 7.1.2 蓄热室流通性
• 7.2 蓄热小球直径及材质选择
• 7.3 蓄热室过滤层高度
• 7.4 最佳换向时间
• 7.4.1 温度效率-最佳换向时间
• 7.4.2 理论燃烧温度波动
• 7.5 蓄热室结构确定
• 第8章 结论
• 1、蓄热室内热工分析
• 2、最佳换向时间
• 3、降低预热空气温度波动的有效措施
• 参考文献
• 致谢