一种利用COMSOLMultiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用COMSOLMultiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，属于优化干熄焦循环风量技术领域，包括以下步骤：首先通过焦化厂干熄炉实际生产测量获得的数据；然后建立目标干熄炉模型，确立模拟工况；通过软件分析干熄炉炉内流场、温度场和反应场，研究正常生产下干熄炉炉内的压力、温度和化学反应的分布。本发明专利技术提出的一种利用COMSOLMultiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，通过将现场采集的数据和COMSOLMultiphysics软件模拟相结合，模拟干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应，究其内部压力场、温度场以及反应场的分布，同时研究不同循环风量对干熄炉内传热和焦炭烧损的影响，提出一个适合目标干熄炉的循环风量优化工况。工况。工况。

【技术实现步骤摘要】
一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法


[0001]本专利技术涉及优化干熄焦循环风量
，特别涉及一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法。

技术介绍

[0002]干熄焦技术是指炽热的红焦与以氮气为主的循环气体产生换热的一种熄焦工艺。在熄焦过程中，高温红焦从焦罐车中缓缓进入干熄炉内，低温循环气体从干熄炉底部进入与红焦进行换热，换热后的低温焦炭从干熄炉底部排出，高温循环气体从干熄炉出口进入一次除尘器后进入余热锅炉，与锅炉中的水换热产生高温蒸汽，高温蒸汽输送到汽轮机发电站进行发电。冷却过后的循环气体经过二次除尘器、循环风机和换热器后温度降至160℃左右，再次进入干熄炉中与焦炭换热，如此不断的循环进行，直至焦炭冷却到200℃以内。
[0003]COMSOL Multiphysics大型高级数值仿真软件，以有限元法为基础，通过对偏微分方程或偏微分方程组的求解来实现物理现象的仿真，随着对软件不断的更新与发展，目前已经应用于各领域的科学研究和工程计算中，被当今科学家称为“最专业的多物理场仿真分析软件”。COMSOL提供多个专业模块，模块与模块之间能够不限物理场数量进行任意组合，能够被用来模拟科学和工程领域的各种物理过程，目前在全球领先的数值模拟领域得到广泛的应用。
[0004]干熄炉作为干熄焦系统的主体结构，其中的物料流动、气固对流传热和气固反应是研究整个干熄焦传热效率和焦炭烧损的关键，也是决定整个干熄焦系统的运行效率和经济效益的关键。干熄炉内的物流主要分为气固两股：一是固体物料红焦在重力作用下的下降运动；一是循环气体在风机压力下自下而上穿过焦炭层的运动，两股物流的相互作用和能量传递是干熄炉问题的核心所在。通过现场测试可以获得大量的干熄炉生产运行参数，分析计算数据对于了解干熄炉问题有着巨大的作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，运用软件模拟干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应，优化干熄焦循环风量的技术，以满足干熄炉排焦温度要求，均匀分布冷却段温度，优化干熄炉冷却室熄焦效果，充分运用干熄炉处理能力，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，包括以下步骤：
[0007]S1：对正在稳定运行的干熄焦为研究对象，测定与分析干熄焦系统的运行参数、干熄焦的烧损率，获得干熄炉实际生产数据和干熄炉结构；
[0008]S2：模型假设；
[0009]S3：采用COMSOL Multiphysics对二维干熄炉模型的计算域建立几何模型，忽略斜
道和环形风道的具体结构，以预存段和冷却段为主，用氮气作为填充材料，冷却段和预存段归为多孔介质域，以焦炭作为填充材料；
[0010]S4：模型网格化；
[0011]S5：模型验证：利用现场实测数据与干熄炉模拟结果相对比的方法验证干熄炉模型的准确性；
[0012]S6：对不同循环风量下的干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应进行分析。
[0013]进一步地，针对步骤S4，用COMSOL Multiphysics软件的Meshing对计算域进行网格划分；
[0014]其中二维干熄炉模型主要分为冷却段和预存段两部分，它们同为多孔介质域，作为多孔介质域的预存段虽然体积很大，但是其结构简单，并且它不是气体流动、换热和焦炭反应的主要区域，对其的网格化可以适当粗化；
[0015]同为多孔介质域的冷却段则大不相同，作为干熄炉内气体流动和换热的主要区域，化学反应也主要发生在其中，所以其上的网格自然需要细化，适当减少预存段多孔介质域网格数，细化冷却段，并对流体出入口边界进行合理细化。
[0016]进一步地，针对步骤S2，干熄炉可以看作是焦块堆积形成的填料床反应器，忽略焦炭本身繁复杂乱的微小孔隙，以堆积孔隙作为多孔介质的孔隙率，将焦炭层看作均匀的多孔介质，从宏观角度研究它的传热和反应问题；
[0017]因此，做出以下假设：
[0018]干熄炉内的焦炭为均匀的多孔介质，具有各向同性；
[0019]忽略焦炭本身孔隙，以焦炭的堆积孔隙为主，将其看作成一个整体；
[0020]焦炭本身温度均匀，忽略其高温形变；
[0021]传热以气固对流传热为主，包含化学反应热，忽略辐射传热，外部壁面皆作绝热壁面处理；
[0022]忽略干熄炉的周期加料，只计算一个周期内地传热和焦炭烧损反应；
[0023]干熄炉各个操作参数恒定，无波动。
[0024]进一步地，针对步骤S5，利用现场实测数据与干熄炉模拟结果相对比的方法验证干熄炉模型的准确性，对比数据包括排焦温度、出口气体温度、预存室下段压力以及出口CO、CO2浓度。
[0025]进一步地，针对步骤S6，对计算结果的干熄炉流场、温度场和反应场进行分析，研究正常生产下干熄炉炉内的压力、温度和化学反应的分布，干熄炉内的压力分布呈现中间高，两边低的分布，冷却室上部和预存室呈现微负压状态；
[0026]干熄炉内气流速度在干熄炉入口处和斜道入口处较大，在冷却室内较为均匀，其中冷却室中部气流速度要略低于周边，更多的气流从干熄炉的四周向上扩散进入斜道中；
[0027]干熄炉内的温度呈现中间高，四周低的分布，冷却室下段接近入口风温，上段则很高有明显的温度分界；
[0028]焦炭的燃烧反应在温度较低的冷却室下段就已发生，焦炭的水煤气反应和溶损反应发生在温度较高的冷却室上段，冷却室内地焦炭反应不断产生CO，其浓度变化可以反映冷却室内的焦炭烧损。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术提出的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，通过将现场采集的数据和COMSOL Multiphysics软件模拟相结合，模拟干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应，究其内部压力场、温度场以及反应场的分布，同时研究不同循环风量对干熄炉内传热和焦炭烧损的影响，从而提出了一种优化后的循环风量的工况范围，满足排焦温度要求且冷却段温度分布均匀，充分运用了干熄炉处理能力。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的COMSOL Multiphysics软件对计算域进行网格划分后的干熄炉网格模型；
[0032]图2为本专利技术的干熄炉中轴位置的温度与高度关系图；
[0033]图3为本专利技术的干熄炉中轴位置的CO浓度与高度关系图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用COMSOLMultiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对正在稳定运行的干熄焦为研究对象，测定与分析干熄焦系统的运行参数、干熄焦的烧损率，获得干熄炉实际生产数据和干熄炉结构；S2：模型假设；S3：采用COMSOLMultiphysics对二维干熄炉模型的计算域建立几何模型，忽略斜道和环形风道的具体结构，以预存段和冷却段为主，用氮气作为填充材料，冷却段和预存段归为多孔介质域，以焦炭作为填充材料；S4：模型网格化；S5：模型验证；S6：对不同循环风量下的干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应进行分析。2.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S4，用COMSOLMultiphysics软件的Meshing对计算域进行网格划分；其中二维干熄炉模型主要分为冷却段和预存段两部分，它们同为多孔介质域，作为多孔介质域的预存段虽然体积很大，但是其结构简单，并且它不是气体流动、换热和焦炭反应的主要区域，对其的网格化可以适当粗化；同为多孔介质域的冷却段则大不相同，作为干熄炉内气体流动和换热的主要区域，化学反应也主要发生在其中，所以其上的网格自然需要细化，适当减少预存段多孔介质域网格数，细化冷却段，并对流体出入口边界进行合理细化。3.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S2，干熄炉可以看作是焦块堆积形成的填料床反应器，忽略焦炭本身繁复杂乱的微小孔隙，以堆积孔隙作为多孔介质的孔隙率，将焦炭层看作均匀的多孔介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔平，王志昊，许明，刘欣明，孙业新，周建峰，凌强，雷昭，赵志刚，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：