大型蓄热式金属镁还原炉炉内热过程的模拟与应用

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.03.007大型蓄热式金属镁还原炉炉内热过程的模拟与应用任玲，夏德宏，任春晓（北京科技大学热能工程系，北京100083）摘要：将蓄热燃烧技术的优点与金属镁还原工艺的特点相结合，开发了具有66支还原罐的大型蓄热式金属镁还原炉。应用FLUENT软件对炉膛内流动、燃烧及耦合换热过程进行模拟。结果表明，将蓄热燃烧技术应用于金属镁还原炉，可以形成均匀的流场和温度场，从根本上解决了传统倒焰式还原炉炉内流场不均匀及上下排还原罐温度不一致的问题

2、。将新型还原炉应用于工程实际，取得了良好的应用效果，较传统还原炉炉温均匀性提高70%，单炉产量提高1倍以上，还原周期缩短1.5h，还原罐的使用寿命延长30天，吨镁能耗降低60%。关键词：硅热法；镁；还原炉；蓄热燃烧技术中图分类号：TF822文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）03-0000-00NumericalSimulationandApplicationofLargeMagnesiumReductionFurnaceBasedonRegenerativeCombustio

3、nTechnologyRENLing,XIADe-hong,RENChun-xiao（DepartmentofThermalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China）Abstract:Incombinationoftheadvantagesofregenerativecombustiontechnologyandthefeaturesofthermalreductionprocessforpro

4、ducingmagnesium,alargemagnesiumreductionfurnacewith66reductionjarswasdeveloped.Theflow,combustion,andheattransferprocessinthefurnacechamberweresimulatedbyFLUENTsoftware.Theresultsshowthattheuniformflowfieldandtemperaturedistributionareobtained,thenon

5、-uniformflowfieldintraditionaldraftfurnacechambersanddifferenttemperaturesdistributionbetweenupperandlowerjarsaresolved.Thisnewtypefurnaceisappliedwellinengineeringpractices.Comparedwithtraditionalfurnaces,theuniformityoftemperaturedistributioninthef

6、urnacechamberisenhancedby70%,theproductionofsinglefurnaceincreasestomorethanonetime,thereductionperiodshortsby1.5h,thelife-spanofreductionjarsprolongs30days,andthecoalconsumptionofpertonmagnesiumreducesby60%.Keywords:silicothermicprocess;magnesium;re

7、ductionfurnace;regenerativecombustiontechnology随着镁及镁合金应用的快速发展，其需求量正逐年攀升[1]。我国98%以上的镁生产采用硅热还原法[2]，但是硅热法还原炉单炉可排布还原罐的数量少、排烟温度高、热效率低、资源和能源浪费严重、污染环境，不利于我国镁还原工业的可持续发展[3]。因此实现镁还原炉的大型化，大幅度节能降耗，对提升我国炼镁水平、推动我国由镁资源大国向镁产业强国的跨越式发展具有重要意义。我国的金属镁还原炉主要以传统倒焰式炉为主[4]，燃烧

8、室和传热室相分离，燃料在燃烧室中燃烧，还原罐位于传热室中，烟气与还原罐通过对流进行换热。由于还原罐中的炉料在升温时吸热和镁再发生还原反应时吸热，将会导致烟气温度在沿流动方向上逐渐降低，炉膛内上排还原罐的温度总是高于下排还原罐的温度，且靠近烟道处的烟气流量总是大于远离烟道处的烟气流量，因此无法形成均匀的炉温。故传统还原炉的还原罐中镁还原率差别较大，还原出的镁品质低。保证还原炉产镁率及产镁质量首先要保证炉温的均匀性，还原炉的大型化必须做到炉温均匀。针对现有镁还原炉存在的问题，利用钢铁行业取得良好节能