反应塔炉壁三维温度场及内壁挂渣数模仿真研究

论文摘要

在铜闪速熔炼过程中,反应塔炉衬温度及内壁挂渣状况对炉衬使用寿命影响极大。然而到目前为止,在实际生产中还没有可对反应塔内壁挂渣层进行实时检测的实用技术手段。本研究针对这一急待解决的实际问题,尝试利用计算机仿真技术,以软测量方式实现反应塔炉壁温度场分布和内壁挂渣状况在线实时监测。本研究基于传热学理论和塔壁挂渣消长过程机理,研究建立了三维圆柱坐标下的铜闪速熔炼反应塔炉壁温度场及内壁挂渣数学模型。并在此基础上,选用Visual C#.Net开发语言,SQL Server数据库,研发了具有自主知识产权的铜闪速熔炼反应塔炉壁温度场及内壁挂渣在线仿真系统实用软件(FFHS v1.0)。FFHS利用OPC技术采集现场DCS数据,可在线监测铜闪速熔炼过程,对闪速炉反应塔炉壁温度场及内壁挂渣状况进行实时三维仿真。经试运行测试,其仿真结果(内壁挂渣的形状及分布)与实际情况基本吻合。FFHS也可离线运行。论文作者利用FFHS,在离线状态下仿真研究了反应塔水套间距对炉壁温度场分布的影响以及炉内烟气温度对内壁挂渣厚度分布的影响,分别以数据和图形两种方式定量、形象的描述了其相互关系。针对温度场数值求解算法优化问题,提出了用差分网格中的次相邻节点代替相邻节点来构造差分格式,对有限差分传统算法进行了改进。实例验证表明,该算法收敛速度明显加快。运用计算机图形处理技术,研究了直接从烟气吸收率、发射率曲线簇图中读取数据的智能转化插值算法,解决了在辐射传热计算机运算时,实时查询不同温度、PS积下烟气热辐射吸收率和发射率问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 铜闪速熔炼与计算机仿真技术
• 1.1 铜闪速熔炼技术
• 1.1.1 闪速熔炼工艺
• 1.1.2 奥托昆普闪速炉
• 1.2 计算机仿真技术
• 1.2.1 仿真技术简介
• 1.2.2 仿真建模方法
• 1.3 仿真技术在闪速熔炼中的应用
• 1.4 研究内容与研究意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 第二章 反应塔物料衡算与热量衡算模型
• 2.1 建模理论与描述
• 2.1.1 确定建模理论
• 2.1.2 理论定义与数学描述
• 2.2 模型组成与算法流程
• 2.3 系统参数计算模型[1][6]
• 2.3.1 物料化学组成计算
• 2.3.2 化合物假定计算
• 2.4 熔炼数值衡算模型
• 2.4.1 物料衡算模块
• 2.4.2 热量衡算模块
• 第三章 反应塔炉壁温度场数模研究与建立
• 3.1 建模基本理论与步骤
• 3.1.1 建模基本理论
• 3.1.2 建模基本步骤
• 3.2 模型表述
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 求解区域界定
• 3.4 边界条件及参数确定
• 3.4.1 边界条件确定
• 3.4.2 边界参数确定
• 第四章 反应塔炉壁温度场数值求解及优化
• 4.1 温度场数值求解方法
• 4.1.1 有限差分法
• 4.1.2 有限元法
• 4.1.3 其它方法
• 4.2 导热控制方程的离散求解
• 4.2.1 离散方法确定
• 4.2.2 网格划分
• 4.2.3 网格步长的选择
• 4.2.4 控制方程离散化
• 4.2.5 边界节点温度计算
• 4.2.6 温度场计算流程
• 4.3 有限差分算法优化与改进
• 第五章 反应塔内壁挂渣仿真研究
• 5.1 反应塔内壁挂渣仿真模型
• 5.1.1 塔壁炉衬蚀损形式
• 5.1.2 塔壁冷却与挂渣护炉
• 5.1.3 挂渣界面消长与可移动边界导热
• 5.1.4 挂渣相变温度测定
• 5.1.5 移动边界计算模型
• 5.2 仿真系统计算流程
• 5.3 仿真系统离线应用
• 第六章 反应塔内壁挂渣仿真系统研究与开发
• 6.1 系统设计目标
• 6.2 系统设计基本原则
• 6.3 系统组成与框架
• 6.4 系统程序界面
• 6.5 系统模块的设计与实现
• 6.5.1 模块功能
• 6.5.2 DCS 数据采集
• 6.5.3 主要类设计
• 6.5.4 数据库结构
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢