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链条炉炉膛结构对热锗联产锗富集条件影响的CFD模拟

作　者: 许凯
导　师: 张欢
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 热锗联产链条炉结构数值模拟分析结果
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-23
  1.1 锗资源的基本情况概述  8-16
    1.1.1 煤中的锗资源  8-9
    1.1.2 锗的利用价值  9-10
    1.1.3 锗的提取方法  10-13
    1.1.4 锗在自然界中的分布  13-14
    1.1.5 锗的物理性质  14
    1.1.6 锗及其氧化物的化学性质  14-16
    1.1.7 内蒙古自锡林浩特热锗联产项目简介  16
  1.2 煤的燃烧过程  16-21
    1.2.1 煤的热解  17-18
    1.2.2 煤的燃烧机理  18-20
    1.2.3 煤中矿物质组成  20
    1.2.4 煤燃烧过程中飞灰的形成机理  20
    1.2.5 内在矿物的演化  20-21
  1.3 课题主要研究内容及意义  21-23
    1.3.1 课题内容和研究方法  21-22
    1.3.2 课题主要意义  22-23
第二章链条炉燃烧数值模拟  23-40
  2.1 链条炉的结构和燃烧过程  23-25
    2.1.1 链条炉的结构  23-24
    2.1.2 链条炉的燃烧过程  24-25
  2.2 链条炉物理模型  25-27
    2.2.1 链条炉结构基本参数  25-26
    2.2.2 利用GAMBIT软件建立模型  26-27
  2.3 数学模型的建立  27-33
    2.3.1 湍流粘性系数模型  28-29
    2.3.2 辐射传热模型  29-30
    2.3.3 煤燃烧模型  30-32
    2.3.4 边界条件的设置  32-33
  2.4 数学模拟计算  33-39
    2.4.1 FLUENT软件简介  33-35
    2.4.2 FLUENT软件在锅炉模拟方面的应用  35-36
    2.4.3 计算方法  36
    2.4.4 网格划分  36-39
  2.5 本章小结  39-40
第三章实验测试  40-50
  3.1 燃烧系统  40-41
  3.2 现场测试仪器  41-44
  3.3 测点的布置  44-45
  3.4 炉膛内温度测试  45-46
  3.5 灰样的分析  46-49
    3.5.1 飞灰粒径分级  46-47
    3.5.2 煤及煤灰中锗含量分析  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章模拟结果及实验验证  50-56
  4.1 炉膛温度分布  50-52
  4.2 烟气成分分布  52-53
  4.3 颗粒物的分布  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章燃烧环境改造及其模拟  56-80
  5.1 影响锗挥发的因素  56-58
    5.1.1 炉膛温度对于锗挥发的影响  57
    5.1.2 还原性气氛对于锗挥发的影响  57
    5.1.3 粒子停留时间对于锗挥发的影响  57-58
  5.2 链条炉结构的改造及模拟  58-78
    5.2.1 链条炉前拱结构对锗挥发的影响  58-63
    5.2.2 链条炉后拱结构对锗富集的影响  63-67
    5.2.3 锅炉炉室出烟口的构造对锗富集的影响  67-71
    5.2.4 一次风分配方式对锗富集的影响  71-78
  5.3 本章小结  78-80
第六章结论与展望  80-82
  6.1 结论  80-81
  6.2 前景展望  81-82
参考文献  82-85
发表论文和科研情况说明  85-86
致谢  86

链条炉炉膛结构对热锗联产锗富集条件影响的CFD模拟

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