链条炉炉膛结构对热锗联产锗富集条件影响的CFD模拟

论文摘要

锗是一种非常有价值的稀有金属,在半导体、军工以及医药学等方面都有比较广泛的应用。本文主要针对内蒙古锡林浩特锅炉房的热锗联产项目进行研究,在分析链条炉内燃烧环境的基础上,利用FLUENT软件对链条炉炉膛内的燃烧情况进行模拟,通过改变链条炉的前后拱结构以及燃烧条件,找到最适合炼锗的条件。首先,通过查阅大量文献,了解了锗的一些基本性质和研究情况,以及锗的氧化物的一些性质,因为在链条炉中,锗是以氧化物的形式挥发出来,所以充分了解它们的性质,对于下一步研究会有很大的帮助。另外还了解了炉膛内温度、还原性气氛以及粒子停留时间对于锗挥发的影响。本课题的重点部分,包括链条炉的实地测试和链条炉燃烧情况的CFD模拟。本课题利用的是CFD商用软件FLUENT6.3,该软件的计算方法是利用有限体积法。在软件的定义中,使用了标准k ?ε双方程模型和离散坐标辐射(DO)模型,并且利用prePDF软件,模拟了燃料的非预混燃烧.在模拟的基础上,分析了炉膛内的温度场,还原性气氛和粒子停留时间。在实验中,主要利用铂铑热电偶和光学高温计对炉膛内的温度分布进行了测量,测点1~4的温度分别为1184.8℃、1313.2℃、1014.8℃、643.8℃。并且收集了布袋除尘器、空气预热器和炉渣的样品,进行了分级测试,得出了各个部位的产锗量以及飞灰中不同粒径颗粒的含锗量。通过比较,发现了模拟结果和实验结果的误差,分析了其中的原因,得出了模拟结果是真实有效的结果。从而为下一步的模拟工作做好了准备。最后,分别改变了链条炉前后拱的结构、一次风配比情况和炉膛烟气出口的结构,对炉膛内的燃烧情况进行了模拟。同时分析了在各种条件下,温度场、还原性气氛以及粒子停留时间的变化。通过大量模拟的结果,总结出了一套比较适合链条炉炼锗的炉膛结构以及燃烧条件。该项目的研究成果对于今后的炼锗工作有一定的指导作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锗资源的基本情况概述
• 1.1.1 煤中的锗资源
• 1.1.2 锗的利用价值
• 1.1.3 锗的提取方法
• 1.1.4 锗在自然界中的分布
• 1.1.5 锗的物理性质
• 1.1.6 锗及其氧化物的化学性质
• 1.1.7 内蒙古自锡林浩特热锗联产项目简介
• 1.2 煤的燃烧过程
• 1.2.1 煤的热解
• 1.2.2 煤的燃烧机理
• 1.2.3 煤中矿物质组成
• 1.2.4 煤燃烧过程中飞灰的形成机理
• 1.2.5 内在矿物的演化
• 1.3 课题主要研究内容及意义
• 1.3.1 课题内容和研究方法
• 1.3.2 课题主要意义
• 第二章 链条炉燃烧数值模拟
• 2.1 链条炉的结构和燃烧过程
• 2.1.1 链条炉的结构
• 2.1.2 链条炉的燃烧过程
• 2.2 链条炉物理模型
• 2.2.1 链条炉结构基本参数
• 2.2.2 利用GAMBIT软件建立模型
• 2.3 数学模型的建立
• 2.3.1 湍流粘性系数模型
• 2.3.2 辐射传热模型
• 2.3.3 煤燃烧模型
• 2.3.4 边界条件的设置
• 2.4 数学模拟计算
• 2.4.1 FLUENT软件简介
• 2.4.2 FLUENT软件在锅炉模拟方面的应用
• 2.4.3 计算方法
• 2.4.4 网格划分
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验测试
• 3.1 燃烧系统
• 3.2 现场测试仪器
• 3.3 测点的布置
• 3.4 炉膛内温度测试
• 3.5 灰样的分析
• 3.5.1 飞灰粒径分级
• 3.5.2 煤及煤灰中锗含量分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 模拟结果及实验验证
• 4.1 炉膛温度分布
• 4.2 烟气成分分布
• 4.3 颗粒物的分布
• 4.4 本章小结
• 第五章 燃烧环境改造及其模拟
• 5.1 影响锗挥发的因素
• 5.1.1 炉膛温度对于锗挥发的影响
• 5.1.2 还原性气氛对于锗挥发的影响
• 5.1.3 粒子停留时间对于锗挥发的影响
• 5.2 链条炉结构的改造及模拟
• 5.2.1 链条炉前拱结构对锗挥发的影响
• 5.2.2 链条炉后拱结构对锗富集的影响
• 5.2.3 锅炉炉室出烟口的构造对锗富集的影响
• 5.2.4 一次风分配方式对锗富集的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢