敞開式陽極焙燒爐數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、陽極炭塊一直被公認為電解槽的“心臟”，隨著現(xiàn)代鋁工業(yè)的飛速發(fā)展，電解槽對陽極炭塊質(zhì)量的要求不斷提高。焙燒是陽極生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)之一，陽極焙燒質(zhì)量的好壞將直接影響到鋁電解生產(chǎn)的能耗，因此如何提高陽極炭塊的質(zhì)量是鋁電解工業(yè)的重要課題。鑒于焙燒爐工藝的復雜性，利用計算流體力學軟件對焙燒爐內(nèi)熱工過程進行數(shù)值模擬研究，改進焙燒爐的結構及操作參數(shù)，是一項既有理論意義又有實用價值的工作。
　　 本文以國內(nèi)某炭素廠34室敞開式陽極焙燒爐為研究對

2、象，對實際生產(chǎn)設備進行了簡化，確定了物理模型并利用非結構化網(wǎng)格對計算區(qū)域進行了區(qū)域離散化，建立了焙燒爐適用的數(shù)學模型。以現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎，利用計算流體力學軟件FLUENT6.3為計算平臺對焙燒爐進行了數(shù)值模擬研究。
　　 數(shù)值模擬結果顯示，在火道中隔墻和拉磚的背風區(qū)有一定的回流區(qū)域，陽極炭塊中的溫度梯度較大的地方主要出現(xiàn)在炭塊的左部以及靠近爐底、爐項的部位，陽極炭塊中的溫差最大值為137℃。利用現(xiàn)場采集的11個點的溫度對數(shù)值模擬結

3、果進行了驗證，相對誤差最大值為8.2％，表明本文所建立的物理模型、數(shù)學模型是可靠的，可用來對焙燒爐進行模擬和研究。
　　 在數(shù)值模擬的基礎上，對陽極焙燒爐熱工制度進行了研究：
　　 1)給出了火道結構優(yōu)化的4個方案。經(jīng)結構優(yōu)化后的焙燒爐火道中的回流區(qū)域有一定程度的減小甚至消失，陽極炭塊的平均溫度升高，溫差降低，溫差降低最大達到38℃；
　　 2)在結構優(yōu)化的基礎上，以焙燒爐的助燃空氣溫度、助燃空氣流量、兩個燃料入

4、口燃料流量比例為變量對焙燒爐進行了操作參數(shù)的優(yōu)化研究。計算結果顯示，隨著助燃空氣溫度的增加，火道中流速均勻性、陽極炭塊中的溫度均勻性均變好，溫差降低；隨著助燃空氣流量的增大，第一個燃料入口噴入的燃料的燃燒溫度降低，陽極中的高溫區(qū)域向右移動并增大，但是陽極炭塊中的溫差隨著助燃空氣流量的增加而升高，火道流速均勻性以及陽極炭塊溫度均勻性都變差；兩個噴嘴燃料流量的比例對陽極炭塊的溫度場影響很大，計算結果表明當左右兩個燃料入口處燃料的流量比例為6