模块化立式镁还原系统的设计与研发

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近年来我国炼镁行业得到迅速发展,各种新工艺和新技术层出不穷。但目前的首要问题是:生产企业众多但规模都很小,且盲目建设;部分企业能耗高、污染严重,技术管理差等。因此,改造镁还原系统,提高热效率,以求达到节能减排的环保要求,是实现我国镁产业可持续发展的根本途径。本文在探讨金属镁还原原理的基础上,对应用高温空气燃烧技术的镁还原系统进行了热力学分析,包括流场分析与温度场分析。为了提高金属镁还原系统的热利用率,并达到节能减排的环保效果,本文设计开发了新型模块化立式镁还原系统,工业应用试验证实了此创新性设计具有很好的节能与环保效果。本文选用湍流模型、标准k ?ε方程模型和非预混合燃烧模型等方法,采用Gambit和Fluent模拟软件,研究高温空气燃烧技术在镁还原炉上的应用,分析了不同工况时还原罐内各流场分布的情况,以及不同时刻下还原罐内的温度分布规律。结果表明:应用高温空气燃烧技术的新型镁还原系统,更有利于回流区的形成,燃烧更加充分,且还原罐内的温度分布更加均匀,可以更好的满足炼镁需要。本文以数值模拟结果作为理论指导,针对目前镁还原设备的弊端、市场的需求以及环保的要求,结合近几年不断发展的高温空气燃烧技术,使用AutoCAD和MAYA视景化仿真软件,设计研发了一种新型的立式镁还原系统,并且描述了该炼镁系统的工业试验状况及其完善工作。该系统是集优质、高产、低耗和低碳于一身的高新节能减排技术装备,与传统还原方式相比较,该系统具有降低燃料消耗、强化还原效率、改善作业环境和提高产品质量等特点,且已完成工业生产条件下的多批次实验,实验结果表明:该新型镁还原系统具有降低燃料消耗、强化还原效率、改善作业环境和提高产品质量等特点,可广泛应用于我国不断发展的金属镁工业化生产中。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第8-16页
    1.1 镁工业发展现状第8-9页
        1.1.1 镁的生产方法第8-9页
        1.1.2 我国的镁工业现状第9页
    1.2 硅热法炼镁工艺的主要设备第9-11页
        1.2.1 回转窑第9页
        1.2.2 还原炉第9-11页
        1.2.3 还原罐第11页
    1.3 蓄热燃烧技术第11-15页
        1.3.1 蓄热燃烧技术的主要设备第12-13页
        1.3.2 蓄热燃烧技术的工作原理第13页
        1.3.3 蓄热燃烧技术的特点第13-14页
        1.3.4 国内蓄热燃烧技术的应用以及镁还原炉的研究现状第14-15页
    1.4 课题提出的背景和研究意义第15页
    1.5 本文研究的主要内容第15-16页
第二章 FLUENT 软件及其数学模型介绍第16-22页
    2.1 FLUENT 软件介绍第16-17页
        2.1.1 Fluent 简介第16-17页
        2.1.2 Fluent 软件的功能及特点第17页
    2.2 镁还原炉燃烧过程的数学模型第17-22页
        2.2.1 湍流流动模型第18-19页
        2.2.2 标准k? ε方程模型简介第19页
        2.2.3 湍流燃烧模型第19-20页
        2.2.4 辐射传热模型第20-22页
第三章 立式镁还原系统的数值模拟第22-38页
    3.1 数值模拟在燃烧过程中的应用第22页
    3.2 建立模型第22-27页
        3.2.1 研究对象第22页
        3.2.2 数学模型的简化第22-23页
        3.2.3 还原罐内球团在加热过程中的温度分布的讨论第23-27页
        3.2.4 建立实体模型和划分网格第27页
    3.3 模拟计算的参数设定及求解步骤第27-37页
        3.3.1 边界条件的设定第27-28页
        3.3.2 设定流体的属性第28页
        3.3.3 求解步骤第28-29页
        3.3.4 还原炉内温度的数值模拟及分析第29-30页
        3.3.5 燃烧模拟结果及分析第30-33页
        3.3.6 镁还原系统中温度场的分布模拟第33-37页
    3.4 小结第37-38页
第四章 新型模块化立式镁还原系统的开发第38-52页
    4.1 视景技术第38-39页
    4.2 视景仿真软件介绍第39-44页
        4.2.1 AutoCAD 软件介绍第39-41页
        4.2.2 Maya 软件介绍第41-44页
    4.3 视景仿真结果第44-45页
    4.4 模块化设计第45-47页
        4.4.1 模块化设计的涵义和特点第45-46页
        4.4.2 模块划分方法第46-47页
    4.5 立式还原罐的优势第47-48页
    4.6 炉体结构研究第48-52页
第五章 新型模块化立式镁还原系统的工业试验第52-56页
    5.1 经济效益分析第53-54页
    5.2 社会效益分析第54-56页
第六章 结论第56-58页
参考文献第58-62页
致谢第62-63页
攻读学位期间的科学研究成果第63-64页
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