烧结矿冷却过程数值仿真与优化

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］ ３ ５ － 。 重要 ［
化 工 学 报
第６ ２卷
的影响 ， 因此只对环冷机余热利用区进行分析 。 本文针对单个台车建立物理模型 ， 其尺寸为实 测值 。 考虑到网格的边界正交性和光滑性对于计算 精度和收敛的影响 ， 为了提高网格的品质 ， 采用分 区结构化网格对计算区域进行网格划分 ， 在换热较 剧烈 、 各个变量梯度较大的区域进行网格加密 ， 而 对于其他区域 ， 则可以适当减小网格密度 。 网格系 统如图 １ 所示 。
引 言
钢铁企业烧结工序的能耗为钢铁企业总能耗的
［ ］ １ ０％ ～１ ５％ １－２ 。 在烧结 工 序 总 能 耗 中 ， 有 近 ５ ０％ 的热能被烧结机烟气和冷却机废气带走 ， 因此充分
合理回收烧结工艺的余热对钢铁企业节能减排至关
０ １ ０－１ ２－２ ８ 收到初稿 ，２ ０ １ １－０ ７－１ ０ 收到修改稿 。 ２ ， 男， 博 士 研 联系人 ： 张家 元 。 第 一 作 者 ： 张 小 辉 （ １ ９ ８ ２—） 究生 。 ） 。 基金项目 ： 湖南省节能减排重大科技专项 （ ０ ８ ｓ ｋ １ ０ ０ ３
者只建立 了 一 维 或 者 二 维 模 型 对 环 冷 机 进 行 了 研
［ １ ０］ 究。 Ｊ ａ ｎ ｇ 等 建立 了 三 维 模 型 ， 模 拟 了 环 冷 机 内
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２卷 第１ １期 第６ ０ １ １ 年１ １月 ２
化 工 学 报 Ｉ Ｅ Ｓ Ｃ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ Ｃ
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台车内气 、 固态采用局部非热力学平衡的双能量方程 模 型 分 别 建 立 能 量 方 程 ， 基 于 计 算 流 体 力 学 软 件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ并 结合其二次开发平台 ， 建立了适用于烧结矿冷却过 程 的 数 学 模 型 。 利 用 该 模 型 对 影 响 冷 却 过 程 的 ５ 个 主 要 参 数 进行了模拟计算 ， 并通过正交实验的方法对各参数 进 行 了 优 化 ， 得 到 了 以 提 高 环 冷 机 的 余 热 利 用 量 为 目 标 的 最 优运行参数的组合 ， 通过与测试数据的对比验证了该模型的可靠性 。 关键词 ： 烧结矿 ； 多孔介质 ； 数值模拟 ； 正交实验 ：１ ／ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ４ ３ ８ Ｄ Ｏ Ｉ ０ ． ３ ９ ６ ９ １ １ ５ ７ ． ２ ０ １ １ ． １ １ ． ０ １ ５ － ｊ 中图分类号 ：Ｔ Ｆ ０ ４ ６ ． ４ 文献标志码 ：Ａ ）１ 文章编号 ：０ ４ ３ ８－１ １ ５ ７（ ２ ０ １ １ １－３ ０ ８ １－０ ７
以评估用空气冷却的固体烧结床的换热 ， 该仿真模 型将固体烧结床作为一个交叉流换热器来处理 ， 并 采用 通 用 的 关 系 式 来 计 算 对 流 传 热 系 数 。Ｐ ｅ ｌ ａ －
［ ］ ａ ｅ等 ７－８ 提出 二 维 的 热 交 换 模 型 以 分 析 最 有 利 ｇ ｇ ｇ 用价值的 余 热 回 收 解 决 方 案 ， 通 过 实 际 环 冷 机 和 ［］ Ｍ ｉ ｎ ｏ ｕ ｒ ａ等 ９ 提出的更复杂的模型的实验数据的 对 比从而验证该模型的有效性和广泛性 。 以上这些学
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一直以来对环冷机的热工过程缺乏系统研究和 分析 ， 以致对该系 统 的 操 作 和 改 进 主 要 依 靠 经 验 ， 缺乏相应的理论指导 。 目前国内外对环冷机冷却过 程的数值模拟研究不多 ， 少数几位学者做了这方面 的 研 究 。Ｃ ａ ｕ ｔ ｏ等 ｐ
［ ６］
提 出 了 一 维 稳 态 数 学 模 型，
１ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ Ｅ ｎ ｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｃ ｈ ａ ｎ ｓ ｈ ａ４ １ ０ ０ ８ ３，Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｆ ｇ ｙ ｇ ｇ， ｙ， ｇ
研究论文
烧结矿冷却过程数值仿真与优化
张小辉１ ， 张家元１ ， 戴传德２ ，谢东江１
２ （ 中南大学能源科学与工程学院 ， 湖南 长沙 ４ ） 中冶长天国际工程有限公司 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３； １ ０ ０ ０ ７
２ 摘要 ： 以某钢铁企业 ３ 环冷机为研究对象 ， 以多孔介质模型为基础 ， 对 动 量 方 程 源 项 加 以 修 正 ， 对 环 冷 机 ６ ０ｍ