烧结机烟气内循环数值模拟的应用.pdf

Jul.2023BOILER2023年0 7 月MANUFACTURINGNo.4造锅第4期炉制烧结机烟气内循环数值模拟的应用姜丘陵，王君峰，崔成云（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨1 5 0 0 46）摘要：钢铁和炼焦行业为主的工业园区固、液、气三废处理问题，一直是困扰钢铁企业的重要难题，尤其是烧结废气排放及协同环保处理问题，对钢厂的影响日趋严重，甚至涉及停产。采用烟气内循环技术是一种新型烧结机烟气治理技术，可解决大型钢铁行业烧结机烟气总体排放的问题，环保效果突出，且具有节能减排效果，对环境保护社会作用意义重大。虽然烧结机烟气内循环技术已在工程上应用，但还处于比较初级的阶段，系统还有很多的优化空间，采用数值模拟能够使烟气内循环技术的精细化，有效优化流场和达到最优的内循环技术先进性和经济性。关键词：烧结机内循环；数值模拟；流场中图分类号：X757文献标识码：A文章编号：CN23-1249（2 0 2 3）0 4-0 0 2 9-0 3Numerical simulation used inthe sintering machineflue gas internal circulation systemJIANG Qiuling,WANG Junfeng,CUI Chengyun(Harbin Boiler Company Limited,Harbin 150046,China)Abstract:The treatment of solid,liquid and gas wastes in steel or coking industrial zone has alwaysbeen an important problem puzzling enterprises.Especially problems of sintering waste gas emissionand collaborative environmental protection treatment have increasingly serious impact and even stopproduction on steel plants.The use of flue gas internal circulation technology is a new type of sinte-ring machine flue gas treatment technology,which can solve the overall emission problem of sinteringmachine flue gas in large steel industry.The environmental protection effect is outstanding,and theeffect of energy conservation and emission reduction is significant for environmental protection and so-ciety.Although the sintering machine flue gas internal circulation technology has been applied in en-gineering,it is still in a relatively preliminary stage,and there is still a lot of optimization space forthe system.Numerical simulation can deepen the refinement of the flue gas internal circulation tech-nology,effectively optimize the flow field,and achieve the maximum progressiveness and economy ofthe internal circulation technology.Key words:internal circulation of sintering machine;numerical simulation;flow field0引言烧结烟气内循环工艺是抽取烧结机台车下分支管风箱的烟气，再通过除尘器和烟气内循环风机返到烧结机料面的烟气再循环过程，抽取尾部风箱氧量、温度相对高的热烟气和前部CO、H,O含量高的烟气，进行混合后进人除尘器，除尘后通过内循环风机升压与来自三段环冷的热空气混合，引回烧结台车上的循环密封罩中，再通过烧结主引风机抽取，把送回的烧结废气再循环到主烟道里。其主要目的在于减少烧结烟气总排放量，减轻脱硫脱硝系统负担，提高产量，降低CO，降低收稿日期：2 0 2 3-0 1-2 5作者简介：姜丘陵（1 9 6 9）女，大学本科，高级工程师，主要从事锅炉和热力系统的设计及研发工作。下转第39 页造总第30 0 期锅炉30制能耗，提高经济效益，实现节能减排。内循环系统的压力、温度、氧量和流量应满足烧结机的系统平衡。但是现阶段由于内循环投运时间不长，而且设计单位对烧结工艺了解的有限，出现了各种问题，主要集中在风机电耗过高，节能效果不明显、烟气罩冒烟等方面，为了解决此问题，我们在几个钢厂的内循环设计中采用了数值模拟的方法，主要解决流场优化和合理化的问题，达到了节能减排的效果。1现有烧结机配风现状以某钢厂的内循环系统为例，烧结机上罩壳两端自然抽风，同时上部设置5 根烟气再循环管道；烟气再循环均匀布置在烧结机的上部，前段点火段没有烟气再循环，后面分5 个区域均匀布置，下面2 0 个抽风口进行抽风完成烧结层降温、干燥、燃烧。从整体燃烧看，属于一个半封闭流场，上部供风为从大气抽风，没有分区域供风，下部抽风量不可控，整体属于不是可控燃烧过程，如果想改善现有的燃烧状态可以从供风和抽风两个方面进行改造和调整。改善措施：主要从合理配风、有序配风、精准配风几个方面进行分析。改善原则：增加烧结机烧结段的抽风温度，适当提高此部分的烟气量，增加物料烧结过程的透气率，不影响整体烧结机的运行平稳，达到增产减碳的目的。2模型介绍本文针对某钢铁公司烧结机烟气内循环改造工程进行了数值模拟，计算过程中没有考虑燃料放热的影响。采用FLUENT软件里的k-e模型reallizable方法进行计算，建模采用gambit软件，网格数量2 0 0 万左右，壁面按绝热边界处理。计算模型如图1 和图2 所示。3C人1 1 2导流板空气人人1 1 奶汽货：6 万之万米/小时温度1 1 0 Y多孔介质模拟大周部汽鼠：1 6 2 万万米/小时M度1 5 5 T图1烧结机烟气内循环模型152支管5支管4支管3支管2支萱1图2烧结机烟气内循环模型俯视图2.1边界条件数值模拟计算采用FLUENT软件里的ke模型reallizable方法进行模拟计算。采用gambit网格划分工具进行建模和划分网格，并采用FLU-ENT软件进行模拟，考虑传热，不考虑燃烧。料层采用多孔介质模拟阻力，不考虑燃料放热。两个空气人口边界设置为压力人口，流量自由分配，两个人口的风量之和为440 0 0 0 m/h。表1设计数据项目单位数值循环烟气风量m/h162000循环烟气风温155补氧风量m/h60000补氧风温110两个空气入口总风量m/h440000空气人口风温30料层阻力Pa170002.2数值模拟工况考虑烟罩端部漏烟的影响，在烟气分支出口增加导流板，为比较设置导流板的前后的流场变化，选取两个工况：工况一、不设导流板；工况二、设置导流板。3数值计算流场分布情况3.1流场分布速度场分布示意图见图3，温度场分布示意图见图4。图3速度场分布图上接第30 页刘长清，等：C型弯智机仕业中的应用研究39第4期等待下一步的弯管上料。6电气系统本机采用38 0 V、5 0 H Z三相交流电源供电。动力线路由两台Y系列三相异步电动机拖动液压系统。控制系统主要由三菱可编程序控制器，三菱触摸显示屏，光电编码器等组成，1)设备的控制箱与机床的连接形式为悬挂式机构，机床控制系统要求采用三菱PLC和三菱触摸屏相结合，有自诊断及完善的报警功能，同时将该辅助设备翻料装置的控制动作分别集中在主机操作面板和辅助控制盒上实现两地控制。2)设备采用手动、自动两种控制方式，手动动作状态下机床人工操作按钮或主令开关实现扇形盘、夹块、滑槽等装置进退、紧松、弯管等动作，弯制完触摸屏上所有设置的角度；自动状态下人工操作启动按钮，机床自动执行扇形盘、夹BtatieTemeetatute423063937229212图4温度场分布图3.2流量分布统计统计空气人口流量和各支管流量分布情况见表2 和表3。3.3计算结果分析从模拟结果可以看出，两个空气人口流量分布比较均匀，料层上方速度和温度分布均匀合理；导流板对流场的影响比较小，两个空气人口的流量偏差不超过2%表2空气入口流量分布（kg/s）工况一工况二空气人口1220663220749空气人口2219327219251偏差%1.691.73块、滑槽等装置进退、紧松、弯管等动作，弯制完触摸屏第一个设定角度后，再次按启动按钮自动执行触摸屏上第二个管子的弯制，重复操作直至弯制完触摸屏上所有设置的角度，同时在机床弯制管子的过程中，如遇紧急情况能够实现暂停功能，情况解除后再次按启动按钮可实现管子的连续弯制，机床能够实现触摸屏任意设置角度的弯制。3）系统具有数据传输的远程接口，接口类型为RS485，通讯协议为标准MODBUSRTU，该设备为从站，可通过此接口远程对设备进行监控，适应智能化制造发展的需求。7结束语该设备的成功引进与改造，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，提高了产品质量，取得了明显的经济效益。此设备在公司已连续运行几年，运行状态良好。表3支管平均流速分布（m/s)工况一工况二支管115.5515.08支管213.8214.1支管314.4914.79支管413.8414.14支管513.4713.064结论1）通过数值模拟，可以精制对整个烧结阶段内循环烟气浓度和温度场分配，有效控制内循环的对整个烧结机系统的影响最小。2）通过流场流量分析，满足烧结机烟气循环量达到总烟气量2 0%的要求，即可实现减排总烟气量2 0%。3）通过温度场的分析，温度场均匀性较好，能够控制对烧结矿质量的影响（FeO含量、转鼓指数、粒度组成、成矿率等）。4)通过合理的抽取内循环抽风点，减轻主抽风机的压力，降低主烟道温度2 0 5）合理的控制内循环烟罩内的介质温度，能够有效的降低烧结机煤量的配置。