阳极焙烧炉火道燃烧过程模拟
阳极焙烧炉内煤气流动和燃烧的数值模拟
阳极焙烧炉内煤气流动和燃烧的数值模拟
姚成军;徐明厚
【期刊名称】《工业加热》
【年(卷),期】2007(036)003
【摘要】采用计算燃烧学的原理和模型以及CFD软件对燃烧煤气的阳极焙烧炉炉内的流动和燃烧过程进行了数值模拟计算,讨论了炉内温度场、流场、O2浓度场的分布规律,分析了这些因素对阳极炭块焙烧质量的影响.研究表明,在设计阳极焙烧炉时应考虑对气流分布有影响的各种因素.
【总页数】3页(P41-43)
【作者】姚成军;徐明厚
【作者单位】广东海洋大学,工程学院,广东,湛江,524088;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TF061.1
【相关文献】
1.圆筒炉内燃烧器出口湍流流动和燃油燃烧的三维数值模拟 [J], 周桂娟;毛羽;王娟
2.对冲燃烧高炉煤气锅炉炉内燃烧的数值模拟 [J], 肖江飞
3.对冲燃烧高炉煤气锅炉炉内燃烧的数值模拟 [J], 肖江飞;
4.空气分级技术对焙烧炉内煤气燃烧NOx生成的影响 [J], YANG Xiehe;CAI Runxia;ZHANG Yang;ZHANG Jiansheng;ZHANG Hai;LYU Junfu
5.高压焦炉煤气为燃烧介质在预焙阳极焙烧系统的实际应用 [J], 鞠永伟
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阳极焙烧
第四篇阳极焙烧第一章焙烧工艺一．概述阳极焙烧工艺过程，把阳极升温到到1100O C，保温并冷却的过程。
阳极焙烧必须满足下列三个目标：1.保证需要的产量2. 优良的焙烧，质量满足电解使用的要求。
3．最低的成本保证需要的产量火焰周期取决于所需的产量和每个炉室的焙烧阳极的平均吨数，也就是说当一个焙烧炉建成以后，焙烧的产量直接取决于合理的火焰周期，火焰周期通常是24小时—30小时，通常为26－28小时。
其次是火焰系统的构成。
焙烧炉的年产量=火焰系统数×炉室数×每个炉室的装炉量（t）×365天×24小时÷火焰周期良好的焙烧良好的焙烧，即焙烧后的阳极必须满足电解车间质量的要求，焙烧的过程目的在于使沥青焦化，以便达到：1. 阳极成为良好的导电和导热体2. 提高阳极的机械性能3.较低的氧化反应率焙烧产品最大的均匀性，即对于同一炉室的不同料箱，同一料箱中不同位置的阳极，焙烧的阳极品质的均匀性。
也就是所有的阳极应基本上按相同的升温和冷却曲线的，焙烧到同样的温度。
这与炉室及火道的结构有关。
最低的成本它涉及到全部价格的所有领域。
产品的合格率、燃料的消耗、火道耐火材料的使用寿命（维护费用）二．焙烧过程中的现象特征：阳极焙烧过程中可以分为三个不同的范围：20 O C—200 O C 200 O C—550 O C 550 O C—1100 O C从20O C—200O C在生阳极焙烧期间，其内部应力得以释放。
通常情况下，所用的沥青的软化点为110O C，阳极从开始（室温）升高到约200O C时，有一个塑性的状态，在这一阶段，阳极变软，炉室内的填充料保证阳极的不变形。
升温速度一般低于10O C/H。
从200O C—550O C 在这个间，沥青的挥发份将散发出来，在350O C—550O C 期间，最大限度的挥发份排出，重质物质经过连续不断的分解，透过填充料，及耐火砖逢，挥发份将在火道中燃烧，其条件：氧气含量是充分的；火道温度为750O C；火道中有必须的烟气混合物。
阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因分析与对策研究
阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因分析与对策研究摘要：阳极焙烧炉烟气净化系统是将生阳极焙烧过程中产生的有害有毒气体进行净化处理后排出，而气体污染物的成分及含量根据原料和燃料的不同有所差别。
阳极焙烧炉烟气净化系统的安全运行核心在于防，关键在于管理。
要坚持不断完善、强化管理的理念，大大降低着火发生的概率，使设备在各种状态下操作不会受到冲击和损坏，抗干扰能力强，工作稳定可靠，烟气排放达到国家标准。
关键词：阳极焙烧炉；烟气净化系统；着火原因；对策研究1阳极焙烧炉净化系统概述阻火器的作用是：在生产中由于主排风机的负压作用下会有一部分的填充料颗粒透过炉墙进入到主烟道中，通过蒸汽降温和金属丝网，防止大颗粒的料进入除尘系统，引起着火。
特别是生产一段时间后，随着炉室火道强墙的变形加重，这种现象更加的明显。
预除尘的作用是：通过重力沉降作用，把进入的大颗粒除去，同时防止静电场着火。
喷淋冷却系统的作用：水从特制的喷头流出时，在压缩空气的作用下雾化，对高温烟气降温，控制沥青烟气的温度在90±2℃；同时，提高沥青烟气和焦油的比表面积，使焦油颗粒荷电均匀，提高静电场的捕集效率。
高压静电场的作用是：在72KV的高压作用下，正负电荷分别向电场的两个极板运动，在极板上放电，形成沥青的颗粒，沉积在极板上。
最后沉积在加热漏斗中，由人工定期的排放。
主排风机的作用：在正常生产中为炉面燃烧系统提供足够的负压，保证炉面上的燃烧系统设备正常的工作。
烟囱的作用：在正常生产中排放净化后的气体；当风机故障时，提供足够的负压，保证炉面设备和炉子安全。
2着火原因分析2.1火源在焙烧车间正常生产中，在烟斗1500～2500Pa负压的作用下，部分小于1.0mm的填充料透过立缝进到火道中；当立缝变大后，较大颗粒的填充料通过立缝进入火道中，由于它们颗粒较大，在控制不正常的情况下，被抽到烟斗，沉积在烟斗中。
当烟斗的温度较高时，不能自行熄灭，加上在此沉积物的增多，基体的温度上升一定极限时。
阳极焙烧炉火道的数值模拟及优化
２ ０ １ ７ 年 ０ ３月
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍ ｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
和速 度 ， 总 结 以 往经 验 卜 。 ， 本 文 采 用 Ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ— Ｆ ｒ ａ ｃ ｌ ｉ ｏ ｎ ／ Ｐ Ｄ Ｆ燃烧 模 型 、 标 准 一 湍 流模 型 、 Ｐ一１
关键 词 ： 阳极 焙烧 炉 ； 数 值模 拟 ； 温度 场 ； 火道 ； 均 匀性
中图分 类号 ： Ｔ Ｆ ８ ０ ６
文献 标识 码 ： Ａ
Ｏ 引 言
预 焙 阳极是 电解 铝工 业 中最 主要 的消耗 材 料 ，
其 质量 对 阳极 的消耗 、 电能 的利用 效率 等均 会产 生
进行 了大量的实验和数值模拟研究 Ｊ ， 以寻找优
化 阳极 焙烧 效果 的 方案 。本 文 以某 公 司年 产 量 为 ４万 吨 、 ５ ４室 的 阳极 焙烧 炉 的火 道 为研 究 对 象 ， 利 用ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 对其 进行 数值 模 拟 ， 对 模 拟结 果 进 行
分 析 以查看 火道 内温度场 是否 均匀 ， 并 积极 探索 提
Ｖｏ １ ． ３５ Ｎｏ． ２ Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ７
文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２（ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ２ ３ ６—０ ４
阳极 焙 烧 炉 火 道 的 数 值 模 拟 及 优 化 ①
田瑞娇 ， 亓少青 ， 吴发亮 ， 梁 晓玲
符合 实际情 况 ， 可 以为 实际工 作提供 指 导 ； 该 阳极 焙烧 炉 内的 温度 场 分 布 不 均 匀 ， 有 待 改进 。本
阳极焙烧炉火道的数值模拟及优化
阳极焙烧炉火道的数值模拟及优化田瑞娇;亓少青;吴发亮;梁晓玲【摘要】阳极焙烧炉内温度场越均匀,预焙阳极的焙烧质量越高.本文利用fluent 软件对某阳极焙烧炉进行数值模拟,以观察其温度场是否均匀.模拟结果显示该阳极焙烧炉内的流场分布符合实际情况,可以为实际工作提供指导;该阳极焙烧炉内的温度场分布不均匀,有待改进.本文从改变火道结构以提高炉内温度场均匀性为出发点,增加拉砖数量、改变拉砖尺寸,对优化后的火道进行数值模拟,发现合理改变火道结构可以提高温度场的均匀性.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】4页(P236-239)【关键词】阳极焙烧炉;数值模拟;温度场;火道;均匀性【作者】田瑞娇;亓少青;吴发亮;梁晓玲【作者单位】河海大学文天学院机械工程系,安徽马鞍山243000;河海大学文天学院机械工程系,安徽马鞍山243000;河海大学文天学院机械工程系,安徽马鞍山243000;河海大学文天学院机械工程系,安徽马鞍山243000【正文语种】中文【中图分类】TF806预焙阳极是电解铝工业中最主要的消耗材料，其质量对阳极的消耗、电能的利用效率等均会产生直接的影响[1]，而预焙阳极的质量则直接取决于阳极的焙烧效果。
阳极的焙烧过程主要受火道内流场、温度场和传热的影响。
所以，深入分析火道内的流场、温度场分布，对提高阳极焙烧技术有巨大的实践意义。
近年来，许多学者针对阳极焙烧炉进行了大量的实验和数值模拟研究[2～6]，以寻找优化阳极焙烧效果的方案。
本文以某公司年产量为4万吨、54室的阳极焙烧炉的火道为研究对象，利用fluent软件对其进行数值模拟，对模拟结果进行分析以查看火道内温度场是否均匀，并积极探索提高温度场均匀性的途径。
该焙烧炉年产量4万吨，所用燃料为重油，火道内的挡墙和拉砖的布置方式采用“W”型。
其主要结构参数见表1。
对该阳极焙烧炉进行研究时，只需要对单一的火道进行数值模拟即可，图1为焙烧炉内单个火道的几何模型示意图，火道的纵深长度(厚度)为220 mm。
如何应用阳极焙烧炉燃烧及调节设备判断阳极焙烧工艺的状况
如何应用阳极焙烧炉燃烧及调节设备判断阳极焙烧工艺的状况李广进
【期刊名称】《轻金属》
【年(卷),期】2003()5
【摘要】本文通过分析阳极焙烧车间调节控制设备采集的数据 ,判断焙烧生产工艺状态 ,对指导生产有一定的意义。
【总页数】2页(P31-32)
【关键词】焙烧炉;焙烧工艺;判断;故障
【作者】李广进
【作者单位】青铜峡铝业集团公司三期设备处
【正文语种】中文
【中图分类】TF806.1
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1.阳极焙烧炉伊诺瓦燃烧控制系统理论与应用 [J], 王瑞锋;韩华;丁立伟
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3.基于DH+网的阳极焙烧炉燃烧控制系统的应用 [J], 周士贵
4.阳极焙烧炉废弃炭粉间隙燃烧控制技术及应用 [J], 吴安静;柏登成;张晖;张念炳
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铜阳极精炼炉稀氧燃烧仿真模拟研究
铜阳极精炼炉稀氧燃烧仿真模拟研究魏烈旭【摘要】Temperature field and flow field of dilute oxygen combustion on copper anode refining furnace was simulated by the Fluent software. The combustion properties of the dilute oxygen combustion wereobtained. The result showed that natural gas inclined spray into the furnace, the furnace realize the condition of dilute oxygen combustion. Dilute oxygen combustion could cause extreme high temperature at the topfurnace;this phenomenon accelerated the burning damage of refractory brick. The test result could also offered references for dilute oxygen combustion application on metallurgical furnaces.%利用Fluent软件模拟采用稀氧燃烧的铜阳极精炼炉炉内的温度场和流场，以获取稀氧燃烧的燃烧特性，仿真结果表明，天然气倾斜喷入方式，达到了稀氧燃烧的控制条件，稀氧燃烧会使炉顶等局部区域温度过高，加速炉墙耐火砖的烧损，仿真结果为今后冶金炉窑推广使用稀氧燃烧提供设计依据。
【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】5页(P68-72)【关键词】稀氧燃烧;阳极炉;铜;精炼;仿真模拟【作者】魏烈旭【作者单位】长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410001【正文语种】中文【中图分类】TF806稀氧燃烧是指燃料和浓度大于或等于90%的工业氧气分别通过不同的喷嘴高速射入炉膛，燃料和氧气与在炉膛中已存在的燃烧产物发生卷吸作用而迅速有效稀释，然后再彼此混合燃烧，形成一种非常均匀的加热体系。
阳极焙烧炉内煤气流动和燃烧的数值模拟
Ｙ ｈ ｎ － ｎ，Ｘ Ｍｉｇｈ ｕ ＡＯ Ｃ ｅｇｊ Ｕ ｎ －ｏ ｕ
（． ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｌｇ ，Ｇｕｎ ｄ ｎ ｃａ ｉｅｓｙ ｈ ｊ ｇ５ ４ ８ ，Ｃ ｉａ １ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｏｌ ｅ ｎ ｉ ｅ ａ ｇ ｏ ｇＯ ｅｎＵｎｖｒｉ ，Ｚ ａ ｉ ２ ０ ８ ｈｎ ； ｔ ｎ ａ ｎ
摘要：采用计算燃烧学的原理和模型以及 Ｃ Ｄ 软件对燃烧煤气的阳极焙烧炉炉内的流动和燃烧过程进行了数值模拟计算，讨论了 Ｆ
炉 内温度场 、 流场 、Ｏ浓度场的分布规律 ，分析 了这些 因素对 阳极炭块焙烧质量 的影响。研究表 明，在 设计 阳极焙烧炉时应考虑对 ： 气流分布有影响的各种因素 。 关键词 ：阳极焙烧 炉；计算燃烧学；数值模拟 ；温度场 ；流 场
ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ． Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｃｏ ｓ ｆｅ ｔ ｇ ｔ ｅｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ ｓｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｓ ｏ ｌ ｅｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅｄ ｓｇ ｆ ｅｆ ｒ ａ ｅ ｒ ｌ ｚ ｄ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ａ ｔ ｒ ｃ ｉ ｉ ｔ ｆ ａ ｉ ｉ ｔｏ ｈ ｕ ｄ ｂ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｉ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｃ ． ｎ ｓ ｈ ｆ ａ ｎ ｈ ｅ ｏ ｈ ｔ ｔｂ ｎｈ ｈ ｔ ｕ Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｏ ｅＢａ ｉ ｇｆ ｒ ａ ｅｃ ｍｐ ｔ ｔ ｎ ｌ ｏ ｕ ｔ ｎ ｕ ｒｃ ｌｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｄ ｋ ｎ ｎ ｃ ｏ ｕ ｉ ａ ；ｃ ｍｂ ｓｉ ；ｎ ｍｅ ａ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅｆｅｄ ｌ ｗ ｅｄ ｕ ａ ｏ ｏ ｉ ｍｕ ａ ｏ ；ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｌ ；ｆ ｔ ｉ ｏ ｆ ｌ ｉ
的环节，对 预焙 阳极 的生产 质量 而言，减小炉 内气体 的 温差至关重要…。 而实现这一 目标的最有效方法就是使焙
预焙阳极炭块焙烧质量分析
预焙阳极炭块焙烧质量分析我公司焙烧有54炉室和18炉室两个生产系统，焙烧炉是敞开式、w型环式炉，分别采用煤气和重油做燃料进行加热升温。
54室焙烧炉结构为8火道7料箱，料箱尺寸为：3440×730×4170mm，每炉平装生块84块，有三个火焰系统每个火焰系统为18个炉室。
18室焙烧炉结构为9火道8料箱，料箱尺寸为：5330×703×5240mm，每炉立装生块192块，一个火焰系统。
两系统年生产能力达到8万吨。
二、制定合理的升温曲线焙烧是炭素制品生产中的一个重要工序，生坯炭块的焙烧是生坯炭块在专门设计的加热炉内周围用填充料隔绝空气，按一定升温速度将生坯加热到1000℃---1050℃左右的生产工序。
在焙烧过程中生坯炭块主要是进行粘结剂的分解和聚合反应。
焙烧的升温速度、温度梯度及最高温度对阳极质量都有很大影响。
生坯炭块在焙烧过程中主要是粘结剂的焦化过程，即是沥青进行分解、环化、芳构化和缩聚等反应的综合过程。
具体生坯炭块在焙烧炉内焦化过程与温度加热变化如下表。
我公司根据生坯炭块在焙烧炉内焦化的过程及54室焙烧炉室、18室焙烧炉室的结构和煤气、重油的热值计算，分别对54室焙烧炉室和18室焙烧炉室采用了252小时和168小时的加热炭块升温曲线的生产过程。
移炉周期分别采用36小时和28小时。
低温预热阶段200℃左右制品粘结剂开始软化中温阶段200℃--300℃制品内吸附的水和化合水以及低分子烷烃被排出。
400℃以上变化最为突出500℃--650℃碳环聚合形成半焦高温烧结阶段700℃以上半焦结构分解，逐渐形成焦炭，构成乱层堆积结构基本单位的六角网状平面。
900℃以上这种二维排列的碳原子网格进一步脱氢和收缩，以后就变成了沥青焦。
燃料生产大规格炭块和炭块平装的生产要求，及用重油作为燃料生产大规格炭块和炭块立装的生产要求，该曲线容易操作又安全，尤其在排出挥发份阶段，排出的挥发份不但能充分燃烧，焦化反映比较彻底，而且对低温炉室起到一个很好的预热作用，使系热得到合理利用，烟气进入烟斗后温度平均为200 ℃，到净化系统温度在60℃--130℃，达到技术要求，有利于净化系统对烟气的净化与排放。
环式阳极焙烧炉热工过程的数值模拟
第13卷第6期Vol.13No.6 中国有色金属学报The Chinese Journal of Nonf errous Metals2003年12月Dec. 2003文章编号:10040609(2003)06152806环式阳极焙烧炉热工过程的数值模拟张立麒,郑楚光,徐明厚(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,武汉430074)摘 要:通过对环式阳极焙烧炉的热工过程进行系统理论分析,建立了焙烧炉热工过程的数学模型。
对焙烧炉进行模拟计算的结果表明:焙烧过程中阳极内部温差最大的地方主要集中在炉顶,应采取相应的措施减少炉顶的热损失以保持阳极焙烧温度的均匀性;同时,不同的火焰循环时间和空气渗漏对焙烧的能耗影响较大,降低火焰循环时间将导致能耗增加,而降低空气渗漏量则可极大地降低能耗。
关键词:焙烧炉;热工过程;数值模拟中图分类号:T F803文献标识码:A焙烧是铝电解工业生产预焙阳极的重要工序,也是阳极生产过程中成本最高的生产步骤。
焙烧过程直接决定焙烧阳极的质量,从而影响到电解时阳极的消耗、电流效率、电耗等。
一般电解厂每生产1t铝,要消耗大约0.5t的阳极。
对于年产25万t 铝的电解厂,阳极消耗量每增加1%,每年的经济损失就达142万美元[1]。
因此,对阳极的焙烧过程进行系统理论的研究,进一步提高阳极质量就成为电解厂降低能耗节约成本的重要措施。
阳极的焙烧过程是一个包含许多热工现象的复杂热工过程,包括燃料(煤气或重油)的燃烧、热量的传递(辐射、对流和传导)与损失、挥发分的逸出与燃烧、填充焦的燃烧、烟气的流动以及空气渗漏等。
加上焙烧炉炉体庞大、焙烧周期长(一个月左右),依靠试验测试工作来研究各焙烧参数对阳极质量的影响是十分困难的。
因此,对其进行数值模拟研究就显得格外重要。
国外早在20世纪80年代初就已经开始了这方面的工作[2],并在近20年来发展了两类模型:第一类是火道模型,这类模型侧重借助大型的商业CFD软件对焙烧炉的火道流场结构进行研究优化[3,4];第二类是热工过程模型,这类模型侧重对焙烧的整个过程进行研究[5,6]。
阳极焙烧炉伊诺瓦燃烧控制系统理论与应用
个火焰 系统 ； 机组 、 Ｋ 编解 Ｎ Ｍ多功能天车 、 伊诺瓦燃烧 和控 制
系统、 烟气及净 化系统 、 油输送系统等。 重
１ 伊 诺 瓦 阳 极 焙 烧 炉燃 烧 和控 制 系统 简 介
火焰移动方向
１ １ 阳极焙烧炉 自动火 焰系统的设计结构 ． 阳极焙烧炉燃烧 和控 制系统主 要有排 烟架 、 量架 、 测 燃 烧架 、 零压架 、 风架 、 鼓 冷却架和 中央控制系统组成。 阳极焙 烧操作基本上分为两个对流热交换区， 中间 有一个燃烧区即 预热 、 燃烧和冷 却区。焙烧系统的基本要求是 在这 ３个区域 内控制每个独立的火道。焙烧取决 于阳极相关温度／ 问特 时 性。加热效果取 决于火 道 的温度／ 时间 曲线 ， 由一 套 叫做 并 “ 火焰” 的设备实现。“ 火焰” 在炉 子周 围移动 。在这 个特 殊 的过程 中， 阳极在一个火焰循环和所有 ３个 区域 内（ 预热 、 燃 烧和冷却 区） 是静 止 的， 烧和控 制系统 必须测定 出阳极焙 燃
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２ ７ 第６ １年 期 ３ ０
东 甜枝 谯晨
４ １
装 多余的操作系统 以便进行局 部监 控和燃烧过 程操作 。多
现低负压或温 度低 于点火 温度 ， 燃烧 主机 （ 负压 ） 和 Ｐ ２ 或／ Ｉ Ｊ 将直接关闭相关 火道 的 电磁 阀 （ 负压低 ） 此部分 相关火道 或 的电磁阀（ 低温度 ） 。
要 的烟 气 流 动 。它 由几 个 炉 室 和 可 以 要 求 不 同 烟 量 的 独 立
火道组成。在此阶段控制 系统必须在多种要求 间进行 调解 ， 即在火道和沥青燃烧位置会影响预热 区的含氧量 ， 以要加 所 以小心 。完成此任务 的结构是一个多变量 的模糊逻辑控 制。
铝用预焙阳极焙烧炉节能低排放新技术
95工 艺 与 装 备在铝用预焙阳极焙烧过程中，焙烧炉与燃烧控制技术极为关键。
可以说，焙烧炉与燃烧控制技术直接决定着铝用预焙阳极产品的质量和焙烧能耗。
在今天严峻的资源环境形势下，需要通过优化焙烧炉结构、改进燃烧自动控制技术，提高铝用预焙阳极焙烧炉节能低排放的效果。
1 铝用预焙阳极的工作原理铝用预焙阳极简称为预焙阳极，有着“铝电解槽的心脏”之称。
铝用预焙阳极是铝电解工艺的核心所在，是确保铝电解槽稳定工作的基本条件。
铝用预焙阳极一般都安装于电解槽的上端，强大的直流电流经过阳极导入电解液。
在正常的铝电解过程中，铝用预焙阳极一般会产生消耗导致电压下降，而阳极反应一般发生在铝用预焙阳极与熔融电解液接触的部位。
由于有碳的加入，所以阳极反应的最终产物为CO和CO2。
铝用预焙阳极的主要作用在于铝电解过程中导入直流电，并参加电化学反应。
目前，国内外生产一吨电解铝，大约消耗半吨的预焙阳极。
铝电解就是发挥预焙阳极直流电导入并发生电解反应，同时在氧化性与高温熔盐中产生持续性消耗。
所以，电解铝生产需要数量庞大的预焙阳极作为材料。
同时，预焙阳极的质量好坏，直接关系电解槽能否正常生产以及能否达到工艺标准。
2 铝用预焙阳极焙烧的重要性焙烧是在空气隔离的条件下将填充料放入已经成型的生坯中进行高温加热处理，具有搭桥和加固的作用。
铝用预焙阳极焙烧是阳极生产非常重要的一道工序，关系到铝用预焙阳极的产品质量。
所以，要控制好铝用预焙阳极焙烧过程，优化焙烧炉结构，采用先进的工艺技术，以提高铝用预焙阳极产品质量。
铝用预焙阳极焙烧技术使用的目的主要有五点：一是通过热处理来清除粘结剂中的挥发物；二是通过焙烧来将不同粒度的骨料进行粘结结焦，进而形成一定形状的预焙阳极；三是通过焦炭网格能够确保预焙阳极的几何形状，同时使制品硬化，增加产品的机械强度；四是通过煤沥青聚合和分解反应降低产品的电阻率，使产品成为电流的良导体；五是通过焙烧后产品的抗热性、抗氧化性、导热性以及导电性等功能得到全面优化，进而能够满足电解槽生产要求。
阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因及解决办法
阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因及解决办法
杨辉;曹亮
【期刊名称】《炭素技术》
【年(卷),期】2011(30)5
【摘要】从焙烧烟气净化系统几个着火要素出发,分析着火的原因;从炉型设计、生产操作、工艺参数等几个方面提出解决办法,为设计选型、系统改造、安全生产提供技术支持。
【总页数】4页(P52-55)
【关键词】阳极;焙烧;着火;控制
【作者】杨辉;曹亮
【作者单位】青海黄河水电再生铝业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.11;TF806.1
【相关文献】
1.敞开环式焙烧炉烟气净化系统着火原因分析及预防措施 [J], 郎学春;穆小杰
2.阳极焙烧烟气净化系统控制方法研究与改进 [J], 李丙才;赵国勇;万强;杨书鸿
3.阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因分析与改进 [J], 杨辉
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5.预焙阳极焙烧炉烟气净化系统改进及其效果 [J], 张定永;邓范贵;高海涛;解娟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
敞开式阳极焙烧炉三维数值模拟研究
其 中 ， 火 道 墙 尺 寸（ 长 × 宽 × 高 ）： 6475mm×285mm×8780mm，每个燃烧室有 3 个挡墙和 55 块拉砖， 3 个挡墙尺寸（长 × 宽 × 高）均为 4040mm×208mm×175mm。拉 砖有两种结构，矩形拉砖有两种尺寸（长 × 宽 × 高），分别为 296mm×106mm×175mm 和 214mm×98mm×175mm，椭圆形拉砖 的尺寸（长 × 宽 × 高）均为 207mm×106mm×175mm ，火道顶部有 2 个烧嘴。料箱侧主要由生阳极、填充料和保温砖组成，生阳极分 3 层，每层 7 块，共 21 块。炭块尺寸为 ：1750mm×760mm×680mm， 每个生阳极周围都有填充料包围。 1.2 网格划分
为 了 提 高 网 格 质 量，本 文 针 对 上 述 三 维 物 理 模 型，采 用 ICEM 软件对其进行计算区域离散化，得到全结构化六面体网 格。由于料箱区域结构较为整齐，因此，先划分料箱侧的 Block， 然后划分火道侧的 Block，其中，采用 O-Block 划分方法对椭圆 形拉砖和两个烧嘴进行划分。在设置各 Edge 的节点数及分布规 律后，生成整体 Block 的全结构化网格，其中典型位置如火道流 体域和炭块固体域的网格分别如图 3、图 4 所示。本模型由于采 用 ICEM 进行全结构化网格划分，质量较高，完全满足 Fluent 计 算对网格质量的要求。
及传热过程，可采用连续性方程、动量方程、能量方程、组分输 运方程及辐射传递方程进行描述求解。
1）连续性方程
∂ρ ∂t
+
∂ ∂x j
(ρuj )
= 0
（ 1）
u ρ t j 式中 为流体密度， 为时间， 代表坐标维数， 为速
度矢量，x 为坐标。
阳极焙烧炉火道墙数值模拟
阳极焙烧炉火道墙数值模拟朱东旭（东北大学设计研究院（有限公司），沈阳 110013）摘 要：使用最先进的Fluent 模拟软件对阳极焙烧炉火道墙进行数值模拟，得到流场分布、温度场分布以及浓度场分布。
根据模拟结果，优化火道墙结构，从而指导设计，最终达到提高阳极产品质量的目的。
关键词：火道墙；模拟；结构优化中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）11-0199-2收稿日期：2019-11作者简介：朱东旭（1986-），男，辽宁朝阳人，本科，中级工程师，研究方向：炭素工程设计及研究。
1 Fluent 软件简介Fluent 是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。
其功能及特点如下：完全非结构化网格；定常（稳态）/非定常（瞬态）流动模拟；先进的动/变形网格技术；多网格支持功能；多重数值算法；先进的物理模型。
2 火道墙结构优化阳极焙烧炉的核心部位为火道，燃料在火道内燃烧，产生的热能通过火道墙传递给火道外的阳极炭块，并将阳极炭块产生的挥发分引入到火道内燃烧。
因此火道内燃烧过程与温度分布是我们研究的重点内容，而要想研究燃烧过程与温度分布就需要研究火道墙的结构。
火道墙结构主要有“W”型火焰系统和“W+V”型火焰系统。
本次选用国内已投产运行的某“W”型火焰系统焙烧炉为研究对象，通过实际测试得到的边界条件，进行稳态数值模拟，分析加热阶段燃烧过程及温度分布，从而对现有火道墙结构进行优化，改善燃烧场及温度场，最终提高阳极质量。
3 数值模拟3.1 理论依据基于对称性原理，计算的控制体积在x 方向取火道的中心线到相邻料箱中心线距离，y 方向取料箱顶部到底部距离，z 方向则为炉长方向从冷风进口到排烟架出口距离。
计算时只要炉长方向（z 方向）的节点划分足够细，就可以将焙烧炉的料箱（包括火道墙、填充料和阳极炭块）与相应火道假设成一个逆流热交换模型。
计算中阳极炭块、填充料以及火道墙的热物性都假设为温度的函数。
预焙阳极的焙烧炉的工作原理
预焙阳极的焙烧炉的工作原理预焙阳极的焙烧炉是一种用于处理阳极的设备，它的工作原理主要包括预热、焙烧和冷却三个阶段。
预焙阳极的焙烧炉在工作前需要进行预热操作。
预热的目的是将阳极均匀加热至一定温度，以减少焙烧过程中的热应力，提高阳极的抗氧化性能。
预热操作通常在室温下开始，通过加热装置向炉膛输入热量，使阳极内部和外部温度逐渐升高，直到达到预定的预热温度。
预热温度一般根据阳极材料的特性和使用要求确定，通常在400℃至600℃之间。
接下来是焙烧阶段。
焙烧是指将预热好的阳极在高温下进行持续加热处理，以改善阳极的性能和质量。
焙烧温度一般高于预热温度，根据阳极材料不同而有所差异，通常在800℃至1000℃之间。
焙烧过程中，阳极会发生一系列物理和化学变化，例如结晶度的提高、晶粒尺寸的增大、氧化膜的形成和有害杂质的挥发等。
这些变化能够改善阳极的导电性能、机械强度和耐腐蚀性能，从而提高阳极的使用寿命和稳定性。
最后是冷却阶段。
焙烧过程完成后，阳极需要在炉内冷却至室温后方可取出。
冷却过程需要控制冷却速度，以避免阳极因快速冷却而产生热应力和变形。
通常采用自然冷却或较慢的冷却速度，使阳极逐渐降温至室温。
在冷却过程中，阳极的内部结构会逐渐固化，形成稳定的晶体结构，进一步提高阳极的性能和质量。
预焙阳极的焙烧炉的工作原理可以概括为预热、焙烧和冷却三个阶段。
通过预热，阳极被均匀加热至预定温度，减少热应力；焙烧阶段在高温下进行，通过一系列物理和化学变化改善阳极的性能和质量；最后，在冷却阶段，阳极逐渐降温至室温，形成稳定的晶体结构。
这个工作原理的应用使得阳极的性能得到提升，延长了阳极的使用寿命，提高了阳极的稳定性，为工业生产提供了可靠的支持。
阳极焙烧曲线优化的数值模拟(2)
ｂａｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｓｉｄｅ ａｎｄ ｏｕｔｓｉｄｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ｒ∞ｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒａｉｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ａｎｏｄｅ
２．１计算方案 采用四边形单元对计算区域进行网格划分，并 对温度变化剧烈区域的网格进行了适当加密。求解 采用控镧容积法，用二阶精度格式求解传热过程，时 间变量的求解采用一阶全隐格式。在求解过程中， 将焙烧曲线看作是火道内烟气的温度，首先以该焙 烧炉现用的焙烧曲线代人方程，求得该焙烧曲线下， 阳极中心截面的升温曲线，并与实测结果进行对比， 考察该热工模型的可靠性，而后再求解其它焙烧衄
Ｋ；
ｘ——火道墙、填充焦和阳极块的导热系数，
Ｗ／ｍ・Ｋ。
‰（罢）。－－ａｗ３（Ｌ—Ｔｏ）
换热系数由下式求出【．Ｊ：
（６）
１．２，２初始条件和边界条件 （１）初始条件，包括火道墙、填充焦和阳极块的 初始温度分布。阳极装炉时，炉体内还留有一定的 蓄热，焙烧前，这部分蓄热能够将阳极预热到一定的 温度。根据现场测定，计算时，将火道墙、填充焦和 阳极块的初始温度都设置为３８０．１５Ｋ，即：
ＴＩ．．ｏ ３８０．１５Ｋ
ａ＊＝３・７３鲁
（７）
式中：ｋ——填充焦的综合导热系数，Ｗ／ｍ・Ｋ；
ａ。——填充焦与炉底之间的换热系数，Ｗ／ｍ２
Ｔ帕—填充焦下表面的温度，Ｋ；
ｎ——特征尺寸．ｍ。
・Ｋ；
（２）
（２）边界条件： ①火道与墙体之间 取第三类边界，并将烟气对炉墙的辐射换热折 算为对流换热，即：
２计算与结果分析
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收稿日期:2002205216.作者简介:姚成军(19762),男,硕士研究生;武汉,华中科技大学煤燃烧国家重点实验室(430074).阳极焙烧炉火道燃烧过程模拟姚成军 徐明厚 张立麒 陈 宁(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室)摘要:对阳极焙烧炉的燃烧过程进行了数值模拟.讨论了炉内温度场、流动场和各组分浓度场的分布规律,分析了这些因素对碳阳极焙烧质量的影响.温度场的分布是影响碳阳极生产质量的关键因素.计算结果表明,在设计阳极焙烧炉结构时应充分考虑烟道中隔板对气流分布的影响.关 键 词:阳极焙烧炉;数值模拟;温度场;流场;浓度场中图分类号:T K16 文献标识码:A 文章编号:167124512(2002)1120060203 现代铝工业焙烧阳极常用焙烧炉,阳极生产的要求是尽可能经济地生产出质量最好最稳定的阳极.阳极焙烧炉火道内的气流分布状况会影响炉内燃烧过程与温度分布,而温度分布对阳极碳块的焙烧质量有着决定性的影响.因此提高阳极质量和减少阳极焙烧过程中的能量消耗是进行阳极焙烧炉研究的最终目的,而减小火道内的温差则是达到这个目的的最终途径[1].由于对火道内的气流分布以及温度场的直接测量非常困难,因此,数值模拟方法成为预测火道内气流分布、优化火道内挡板数量与位置的有效工具[2].这种方法有助于深化对基本现象和过程的认识,使装置的设计最佳化在更大程度上依靠合理的计算,从而减少实验工作的盲目性和工作量[3].通过对模型的研究,可以了解到焙烧炉火道内部气流分布、气体各组分分布和温度分布规律,从而为提高阳极碳块的质量,稳定燃烧场与温度场,保证铝的生产质量提供依据[1,4].1 物理模型研究对象为国内某大型铝业公司碳素厂1994年从国外引进的敞开式环形焙烧炉的火道,图1为该火道燃烧段剖面示意图(截面沿宽度方向剖出,距离火道壁面15.6mm ).该段火道尺寸长×宽×高为3520mm ×470mm ×4230mm ,3个隔板尺寸均为220mm ×470mm ×2800mm ,火道顶部安装有两个煤气喷口,从喷口喷入的煤气量相同.敞开式环式阳极焙烧炉,由90个彼此分离的炉室组成,煤气在火道内燃烧后,通过火道壁间接加热,实现对阳极块的焙烧.一个火焰周期为32h ,以1个炉室对应的1条火道为解析对象.图1 阳极焙烧炉火道结构图(单位mm )模型化条件如下:a .各入口速度均匀;b .燃烧方式为即混即燃,燃料和氧气不共存;c .壁面传热条件为第3类边界条件,即通过放热系数和周围流体的温度来规定边界的热流密度;d .不考虑气体浮力;e .沿壁面燃烧的挥发分产生的热量视为沿壁面的均匀分布热源[5].2 数学模型将以下几种模型进行耦合计算:a .k 2ε模型,基于湍流动能k 及其耗散率ε的流动输运方程模型;b .能量模型,该模型模拟有能量释放的过程;c .多组分模型,在模型中可以通过关于对流、扩散以及各种组分的反应源的守恒方程来模拟化学第30卷第11期 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) Vol.30 No.112002年 11月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Nov. 2002组分的混合和输运.模型使用的方程有:可压缩气体连续性方程,动量方程,湍流动能k和动能耗散率ε的输运方程,能量方程等.化学反应系统假设为快速反应系统,燃烧过程视为一步反应且为不可逆,阳极焙烧炉火焰传热过程的基本方程如下[6]: 5ρH/5t+Δ[ρU H-(λ/C p+μT/σH)ΔH]=5p/5t+Q R;H=h+U2/2,式中,H为焓;λ为导热率;σH=0.9为焓普朗特数;C p为定压比容;Q R为源项;h为滞止焓.由现场实验提供的数据,可知边界条件及初始条件(工况):a.煤气压力为4000Pa,流量600N・m3/h,入口温度300K,两个煤气入口气流量比为1∶1,煤气入口处质量混合分数为1;b.三个空气入口速度分别为3.5m/s, 3m/s,3m/s,空气入口温度为1073K,空气入口处质量混合分数为0;c.火道尾部测点温度为1463K,出口速度为4.0～4.5m/s,出口烟气中各气体组分体积百分比氧气取为10.2%,二氧化碳取为4%;d.火道外壁面温度:侧墙314K,炉底377 K,炉顶预热段333～343K,加热段373K;e.环境空气温度为293K.3 计算结果与分析利用计算流体动力学(CFD)软件将一个火道作为一个整体空间进行计算分析.为了便于分析,将阳极焙烧炉沿宽度方向剖出一个截面(图1),截面离火道壁面15.6mm.3.1 流场图2为火道流场速度矢量分布图,清晰地显示了火道中的高速区和低速区.可以看到在火道中,两个小挡板之间,小挡板与火道壁面之间,以及三个隔板与火道壁面之间的狭窄通道内的速度矢量相对于周围的气流速度矢量比较高.在挡墙两端的开口处,存在气流“短路”现象,即气体直接从开口处进入火道后部,这将有利于提高火道内气流温度分布的均匀程度,并且能给从第二个喷嘴喷出的煤气燃烧提供较高含量的氧气.在火道的顶部,部分入口气流直接通过挡墙上端的开口处,这部分气流没有经过燃烧高温区,温度相对较低,从而可避免火道的顶部被烧坏.入口气流流过煤气燃烧高温区被加热.火道的三个隔板使气流的流动发生偏斜,并在几个死角区域产生回流,这是因为气流进入火道后,由于气流的惯性以及挡墙阻力的作用,在挡墙的背风面出现涡流区.前段火道的底部死角区域的回流最为明显,这些回流区域中的速度矢量值相对较低.另外在第一个隔板的背风面,有很多小的回流,这些回流也影响了该区域内温度的均匀分布,从温度分布图3可以看到,在这个区域的中间部分存在有一定的温差,因此要采取有效的措施,削弱这些小的回流.回流区域气体对火道较低的对流传热与高速区域气体对火道较高的对流传热形成了对比.图2 火道流场分布图图3 火道中温度场分布图(单位:K)3.2 温度场图3为火道热态温度分布图.从图中可以看到在火道顶部和底部温度分布范围很大,其原因是顶部存在空气入口和煤气入口,由这些入口进来的气体温度相差很大,煤气的温度为常温,空气的温度为1000K左右,因此两种气体的温度相互影响,煤气温度在这个区域升高,而且受煤气燃烧的影响,空气气流的温度也迅速上升.左边煤气喷口喷入的燃气,受到从空气入口进入的空气速度的影响,被吹到隔板的附近,并与氧气发生反应,迅速燃烧,并释放出热量,因此在隔板左侧有较高的温度分布,而空气入口处煤气含量为零,没16第11期 姚成军等:阳极焙烧炉火道燃烧过程模拟 有发生燃烧反应,不能产生热量,这个区域中气体的温度分布较低.同样的道理,从右边的煤气喷口进入的煤气情况类似,温度分布情况也相似.一部分经过燃烧加热后的高温气体从隔板与炉顶壁面之间的通道进入火道后部,温度又有所降低.从整个火道来看,前半部分的气流温度低于后半部分的温度,这是因为后半部分的气流已经经过前半部分煤气燃烧的加温.如果把速度矢量图和温度分布图结合起来看,会发现在速度较快的区域中,温度的分布也比较高,这是因为速度较快的区域内气体的对流传热效果明显,而速度较慢的区域气体的对流传热效果不好.3.3 浓度场图4为火道中氧气浓度分布图.煤气受空气流动的影响,集中在火道上部靠近隔板的有限区域,在有煤气分布的区域,氧气与煤气发生燃烧反应.在火道中煤气的燃烧是非常充分的,它与氧气不能共存,煤气集中的区域,氧气含量为最低值.氧气含量随着煤气的燃烧而减少,在第一个燃烧区域内氧气含量达到最低值,含量为零,在燃烧区后部气流经过混合,氧气含量有所回升,进入第二个燃烧区后氧气含量再次达到最低值,然后再次经过气流混合,含量回升.在非燃烧区域中,越靠近空气入口的区域,氧气含量越高,而越是远离空气入口的区域,氧气含量越低,在气体出口处,氧气含量达到最低值.CO2与H2O浓度分布规律基本一致,这是因为它们同为燃烧产物,而且在燃烧产物中摩尔比是一定的.在温度最高的燃烧区域内氧气含量最图4 火道中O2浓度分布图低,而CO2和H2O的含量最高,反之亦然,在温度较低的非燃烧区域,氧气含量较高,而燃烧产物CO2和H2O的含量较低.参考文献[1]梅 炽.冶金传递过程原理.长沙:中南工业大学出版社,1987.[2]Stevenson D T.Anode baking furnace hydrodynamicflue modeling.Light Metals,1998,59(2):307～314 [3]Khalil E E.Modelling of furnaces and combustion.K ent:Abacus Press,1982.[4]K ocafe Y S,Dernedde E,K ocafe D.A3D mathemati2cal model for the horizontal anode baking furnace.Light Metals,1996,57(3):529～534[5]梅 炽,李欣峰,殷志云等.阳极焙烧炉火道三场动态仿真.中南工业大学学报,1998,29(5):438～441 [6]殷志云,梅 炽,李欣峰.阳极焙烧炉传热过程数学模型的建立和应用.益阳师专学报,1998,15(6):1～6Numerical simulation of combustion in anode baking f urnaceY ao Chengj un X u M i nghou Zhang L iqi Chen N i ngAbstract:The calculated distribution of the temperature field,fluid field,and concentration field in the an2 ode baking furnace was discussed.The effects of different factors on the quality of baked anodic carbon were analyzed.The temperature distribution pattern was one of the key factors affecting the quality of baked an2 odic carbon.The results showed that the direction of the gas flow distribution should be considered in de2 sign of flue baffles.K ey w ords:anode baking furnace;numerical simulation;temperature field;flow field;concentration field Yao Chengjun Postgraduate;State Key Lab.of Coal Combustion,Huazhong Univ.of Sci.&Tech., Wuhan430074,China.26 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第30卷。