数值模拟方 法在余热锅炉结构优化中的应用

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1、·50·中固有色冶4t-A卷生产实践篇·设备及自动化数值模拟方法在余热锅炉结构优化中的应用张冬洁L，徐建炎，蔡宁生，王岗(1．清华大学，北京100084；2．中国恩菲工程技术有限公司，北京100038)[摘要】随着计算机技术和计算流体力学的快速发展，数值模拟研究方法已成为工业设计中有效而经济的手段之一。余热锅炉是冶金炉尾气余热回收设备，为非标设计且运行工况不稳定，数值模拟正是实现其优化设计的有力工具。本文采用数值模拟方法对某铜冶炼厂底吹炉余热锅炉进行结构优化．用以指导工程设计。[关键词】数值模拟；余热锅炉；

2、有色冶炼；结构优化[中图分类号】TK229．929[文献标识码]B【文章编号]1672—6103(2013)04—0050—050前言步设计方案进行烟气侧模拟，通过对其内部烟气速目前在有色金属冶炼行业中，余热回收和利用度场及温度场的分析，找出辐射室结构的不足之处，受到普遍重视。工程中一般在冶金炉后安装余热锅并进行改善，优化后的结构经数值模拟方法验证，换热及流动效果均较好，为工程设计提供了依据。炉回收冶炼烟气余热，在提高能源利用的同时，也沉降一部分烟尘，使烟气温度降低，为后续除尘和制酸1工程概况_T艺创造条件

3、。因此，在冶金系统中，余热锅炉是实某铜冶炼厂规模为年产10万t铜，采用底吹炼现节能减排的关键设备n叫。铜技术，进人熔炼炉余热锅炉的烟气性质如下：烟气数值模拟方法是在设备设计和生产前期常用的量54000m。／h；烟气温度850~C；烟气含SO：19．12％、方法，它利用计算机平台，应用程序或软件建模，进SO0．39％、H：O18．8％、N：51．1％、CO：0．46％，烟尘含行数值模拟，对设备内部的流动和换热特性进行预量30g／m。测，为设备的设计和制造提供合理化建议，这种方法工程设计阶段，先利用热力计算程序

4、完成余热周期短，节省资金。随着计算机技术的发展以及计锅炉的防腐蚀计算，各个受热面基本尺寸设计。余算流体力学学科的飞速前进，数值模拟已经成为传热锅炉总图如图1所示，采用含上升通道和水平段热学领域必不可少的研究方法。很多大型商用软的两通道锅炉。受热面包括与底吹炉相连的炉罩、件，如FLUENT，GAMBIT，ICEMCFD，ANSYS等为研上升烟道、辐射室和含4组对流管束的对流段。究者提供了良好的操作平台，在满足一些基本操作2数值方法预测的基础上，可以加入自编程序进行二次开发，实现复杂流动换热问题和多场耦合问题的

5、求解。近年来，结合锅炉烟气侧的传热过程对模型进行如下简化：数值模拟方法被用于进行炉内的换热及流场预测，进行锅炉寿命、热效率及烟气排放成分预测圳，结(1)只进行烟气主要流动区域的建模，忽略锅炉人孔门等较小流动区域的建模；果表明数值模拟方法对于设备设计和效果预测而言(2)忽略由于漏风造成的烟气流量的增加；是一种行之有效的方法。(3)将对流管束的蛇形管简化成厚度与蛇形管本文采用数值模拟方法对某冶炼厂余热锅炉初直径相等的平板n。[作者简介】张冬洁(1972一)，女，河北遵化人，工学博士，主要从事简化后模型如图2所示

6、。热能动力工程设计及计算传热的研究工作。数值模拟时，模型各个边界条件设置如下：[收稿日期】2012—11-14[修订日期]2012一l1—23(1)入口边界：空气入口温度、速度为定值；给定基金项目：北京市博士后工作经费资助项目资助·54·中固有色冶金A卷生产实践篇·设备及自动化[7]K．S．Kaer，Numericalmodelingofastraw—firedgrateboiler[J]，]．中国工程热物理学会学术会议．Fuel，2004，83：1183—1190．崔成云，孟晓冬，段跃非．余热锅炉人口烟道

7、流场优化『J1．锅炉[8】IJ_I．Diez，C．Cortes，A．Campo，Modelingofpulverizedcoal制造，2006，(1)：26—27．boilers：reviewandvalidationofon-linesimulationtechniques[J]．杨卫宏，赖亚欣，萧泽强．余热锅炉流场温度场数值计算AppliedThermalEngineering，2005，25：1516—1535．fJ1．2000，10(2)：278—281．[9】M．Rahimi，A．Khoshhal

8、，S．M．Shariati．CFDmodelingofaboiler’S[14]宋冬根，丁晟，鞠霞，钟崴．铜冶炼闪速炉余热锅炉辐射tubesrupture[J]．AppliedThermalEngineering，2006，26：2192—室的仿真与优化【JJ．有色冶金设计与研究，2010，31(3)：19—22．2200．[15]陶文铨．数值传热学【M]．西安：西安交通大学出版社，2001．【10】J．J．Be