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立式冷却机流场均匀性仿真研究

2018/1/12    来源:互联网    作者:温荣耀  刘克俭  张震      
关键字:烧结  立式冷却机  CAE模拟  
立式冷却机为固定式罐体结构,没有运动部件,漏风率低,烧结矿余热高效回收而受到广泛关注。立式冷却机的风流均匀性,对冷却效果至关重要。本文配套115m2烧结机的立式冷却机采用EDEM对布料过程进行模拟计算,得到了罐体内烧结矿的孔隙率分布,将孔隙率分布传递给FLUENT软件,采用UDF编程,以多孔介质模型模拟固相烧结矿,以k-s模型模拟气相冷却风,分析不同给风方案对罐内流场均匀性的影响。

0 引言

    烧结余热资源的高效回收利用是降低烧结工序能耗乃至炼铁工序能耗的主要方向与途径之一。基于环式冷却机的传统余热回收存在冷却系统漏风率高、热载体品质较低、余热回收等难以克服的弊端,致使烧结矿余热回收率偏低。针对传统余热回收方式存在的不足,借鉴干熄焦系统,东北大学蔡九菊等提出了一种变革性的工艺流程-罐式余热回收系统。

    倪鲲鹏等研究了环冷机内部流场分布,曾琦等研究了鼓风环式冷却机的流场分析。以上的文献,对于烧结矿的冷却过程,都是当成固定床研究,其中,烧结矿的粒度和空隙率均简化为固定的同一数值,但实际上,烧结矿的粒度分布范围广,孔隙率分布很不均匀,这些因素都对气流分布具有重要影响。

    本文利用离散元软件EDEM,模拟立式冷却机布料过程罐体内的孔隙率分布,并将得到的孔隙率分布传递给计算流体力学软件FLUENT,采用UDF编程,以多孔介质模型模拟固相烧结矿,以k_e模型模拟气相冷却风,分析不同给风方案对罐内流场均勻性的影响。

1 立式冷却机离散元模型

1.1 接触力学模型

    接触模型是离散元法的重要基础,本文采用Hertz-Mindlin接触模型,如图1所示。该模型假设离散元为刚性体,离散单元之间为点接触,其接触特性为软接触,即刚性离散单元在接触点处允许有一定的重叠量,在所有时间中任何离散单元所受合力可由与其接触的离散单元之间的相互作用确定。

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    图1 接触力学模型

1.2 建模与运动仿真

    烧结矿的形近似于梅花状,其粒度范围为0-180mm。其中,0_5mm(取3mm)占25%,5-25mm(取10和15mm)占30%,25_60mm(取40和50mm)占25%,60-120mm(取80和100mm)占15%,120mm以上(取200mm)占5%。

    烧结立式冷却机塔体结构如图2所示。在顶部布料口,以一定速度,根据不同粒度比,设置多个颗粒工厂生成烧结矿。烧结矿经过喉管下落,在塔内通过颗粒间的自然堆积,布满塔体。

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2.3 仿真结果

    布满烧结矿后,塔体内形成的烧结矿堆积情况如图3所示,可见塔内烧结矿存在一定的偏析,塔壁处大颗粒偏多,塔中心小颗粒偏多,具体孔隙率分布如图4所示。以EDEM得到的孔隙率分布作为基础,传递给FLUENT,进行UDF编程孔隙率分布,采用多孔介质模型模拟烧结矿。

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3 立式冷却机流体模型

3.1 仿真结果

    图5为立式冷却机的物理模型,烟气通过中心风和边环风两种给风方案进入罐内,其中,中心风共有六个进风口,风流进入罐内冷却烧结矿后,由塔体侧部的出风口排出进入余热锅炉。烧结矿由顶部入口进入,在罐体内以0.OOlm/s的速度下落,经风流冷却后,以低于150°C的温度,从六个出料口排出。

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责任编辑:张纯子
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