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焙烧炉之电解铝阳极焙烧炉模型实验与数值模拟

电焙烧炉          发布日期:2018-1-19    |    加入收藏关注:

      为降低阳极焙烧炉实炉测试的成本与难度,搭建阳极焙烧炉模型试验平台,采用试验的方法获得了焙烧炉模型内阳极炭块与火道的温升曲线,试验结果表明沿炉体方向火道温度由高到低分布,同时阳极炭块的升温速率呈先提高后下降的趋势。采用CFD数值模拟的方法模拟了焙烧炉模型内的温度分布情况,并获得了四个温度监测点随时间变化的升温曲线。将实验模型与数值模拟结果进行对比,表明数值模拟的结果与实际升温过程基本相符,因此可将模型算法推广到实际应用中去。
[关键词] 阳极焙烧炉; 模型试验; 数值模拟; 温升曲线

阳极焙烧炉外形庞大,实炉测试工作较为复杂[1]。因此,采用模型试验的方法可以降低焙烧炉测试工作的难度,提高测试效率[2]。焙烧炉模型试验是用模型试验方法研究焙烧炉的焙烧过程,摸清焙烧炉内的温度分布状况,获得温度分布曲线[3]。同时引入数值模拟的方法研究焙烧炉的焙烧过程,通过对比试验模型测试结果和计算机数值模拟结果[4-5],可验证计算机数值模拟的准确性,进而提出更好的数学模型,重新进行计算,并且可将该数学模型推广到实际生产中去,减少因实炉试验投入的巨额费用[6]。通过数值模拟与试验相结合的方法来研究焙烧炉的焙烧过程,试验与修正工作反复进行,最终获得最佳优化设计与操作方案[7]。
1 模型试验

1.1 试验模型
试验模型与实际焙烧炉的料箱及火道尺寸相同,加热过程相似。该焙烧炉模型共拥有2个火焰系统,有34个炉室,每个炉室有9个火道和8个料箱,每个料箱分三层装料,每层可装7块预焙阳极炭块。模型全长4.3 m,宽2.8 m,高3 m,整个模型由火道、料箱及排烟系统组成[8]。本次模型试验使用三块单重为1 050 kg的生阳极炭块以及500 kg石油焦。
1.2 测点布置
首先将燃烧器分别安装在火道头部预先设置的位置上。火道温度测点布置在2火道,料箱温度测点布置在与1火道相靠近一侧,测点布置如图1所示。共布置10个测点,其中t2, t3, t4, t7, t8, t9测量阳极炭块表面及中心的温度;t1, t10测量火道温度;t5, t6测量料箱温度。
1.3 结果分析
1.3.1 火道升温状况分析
加热22 h以后,2火道头部与尾部的温度随加热时间的变化曲线如图2所示。在燃烧22 h以后,1火道头部与尾部两个不同位置温度相差仍较大。从炉体结构来看,这是因为1号热电偶布置在火道内燃烧器附近,此处属于燃料燃烧区,热流较大,火道墙温度上升也较快;而10号热电偶测的是火道尾部温度,即从火道头部排过来的烟气温度,烟气的热量随着流动逐渐传递给火道墙,温度降低,因此t1较高。燃烧开始一段时间后,焙烧炉利用烟气加热火道墙,当烟气到达火道尾部时,其温度已很低,因此10号热电偶所测温度较1号低;加热一段时间后,由于火道墙内积蓄了一定热量,此时10号热电偶附近烟气温度上升较快。因此,两个位置的火道温差呈逐渐减小的趋势。到了测试末期,焙烧炉火道温度趋于平稳,这是因为加热到一定时间后,整个系统达到热平衡状态,火道温度分布也趋于稳定。
1.3.2 阳极升温状况分析
在本次试验中对阳极炭块的水平温差进行了分析。图3描述了阳极炭块左侧系列测点的升温曲线。可以看出,靠近1火道的阳极炭块边侧测点t2的温度略低于另一侧测点t4的温度,主要是测点t2到阳极炭块中心线的距离小于测点t4到阳极炭块中心线的距离所致。

阳极炭块吸收从火道传递过来的热量而使其自身温度不断上升。在沿焙烧炉炉长方向,阳极炭块的温度由高到低分布,即头高尾低;在沿焙烧炉炉宽方向,阳极炭块的温度按两边高、中心低分布。

      我公司专业生产焙烧炉的厂家,公司主要产品有电焙烧炉模壳焙烧炉硅碳棒电炉精密铸造电炉等。


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