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套筒式竖窑拱桥烧损问题的模拟分析
套筒式竖窑拱桥烧损问题的模拟分析刘慧,赵玉荣(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819)摘要:套筒式竖窑是一种很有发展前景的新型窑,具有设备简单、操作和维修方便、工作环境较好、产品质量优良等优势,但在运行期间,套筒式竖窑易出现拱桥耐火材料烧损的现象。以本钢套筒式气烧石灰窑为例进行数值模拟,取5个燃烧室中的一个作为研究对象,改变一次风、二次风的配比和燃料的热值,模拟燃烧室的流动和温度分布情况。对套筒窑存在的耐火材料烧损问题进行分析,获得石灰窑拱桥烧损的主要影响因素,提出了解决方案。关键词:套筒窑;耐火材料;烧损;数值模拟中图分类号:TQ177.2+6文献标识码:A文章编号:1001-6988(2014)05-0011-04SimulationAnalysisonOverBurnProblemofArchBridgeinSleeveShaftKilnLIUHui,ZHAOYurong(CollegeofMaterialsMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China)Abstract:Thesleeveshaftkilnisanewtypekiln,whichhastheadvantagesofsimpleequipment,convenientoperationandmaintenance,goodworkingenvironmentandexcellentproductquality.Butduringtheoperation,therefractoryofarchbridgesiseasytohaveoverburnproblem.TakingBenxiSteelFactoryasanexample,thesleeveshaftlimekilnofgasbumisnumericalsimulated.Oneofthefivecombustionchambersistakenasthestudyobject.Theratioofprimaryairandsecondaryair,andthecalorificvalueoffuelarechangedtosimulatethevelocityandtemperaturedistributionincombustionchamber.Theproblemofoverburnrefractoryisanalyzed,andthemainfactorsareobtainedandthesolutionsareproposed.Keywords:sleeveshaftkiln;refractory;burnout;numericalsimulation贝肯巴赫环形套筒窑是德国贝肯巴赫公司老板卡尔·贝肯巴赫先生于上世纪60年代发明的,1962年第一座套筒窑问世后,立刻震动了石灰生产界,截止目前,全世界已经有近400座套筒窑成功地运行。实践表明,套筒式竖窑设备简单,操作和维修方便,工作环境较好,产品质量优良,是一种很有发展前景的新型窑型[1]。套筒窑是目前我国窑业重点引进的窑型,具有石灰煅烧均匀,生产的石灰质地柔软,活性好,余热利用充分,产品能耗低,环境污染轻,可以利用小块石灰石做原料等优点[2]。窑体采用镁铝尖晶石砖砌筑,其以电熔尖晶石、电熔镁砂、高纯镁砂为主要原料,加入相应的添加剂,经高温烧成;具有强度高、热震稳定性好、抗腐蚀能力强等优点,其理化性能达到国际先进水平[3]。与镁砖和镁铬砖相比,明显提高了使用寿命。缺点是造价高,窑体内衬耐火砖的形状比较复杂,而且品种多[4],拱桥耐火材料易烧损。本文以本钢套筒式气烧石灰窑为例进行数值模拟,对套筒窑存在的问题进行分析,并提出烧损控制策略。石灰窑存在的问题1收稿日期:2014-05-24基金项目:气体辐射特性参数求解及其与辐射传递方程的耦合计算,省部级基金资助项目(N120302003)作者简介:刘慧(1981—),女,讲师,主要从事多孔介质燃烧、工业炉、传热方面的研究工作.本钢套筒式气烧石灰窑刚投产后不到半年,就出现了窑内下拱桥关键部位的耐火材料——镁铝尖晶石砖烧损现象,由于拱桥的质量直接影响到套筒窑的正常运行,为防止拱桥的继续损坏,厂方不得不11实验研究:套筒式竖窑拱桥烧损问题的模拟分析停产检修。套筒窑拱桥主要的毁坏部位是拱桥的外侧,其原因和解决方法正是本研究的关键,图1展示了拱桥烧损的情况。图2物理模型的网格划分图湍流k-ε模型[7-8],因燃烧室内的气体流动为湍流,因而μeff采用Launder和Spalding提出的k-ε双方程模型来确定,其相应的方程组为:图1烧损的拱桥图拱桥部位是整个石灰窑砌筑的重要部位,拱桥起到的作用有:①连接内外筒,同时在填充物料时对物料下落起
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