[发明专利]一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法

权利要求书

1.一种利用COMSOLMultiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对正在稳定运行的干熄焦为研究对象，测定与分析干熄焦系统的运行参数、干熄焦的烧损率，获得干熄炉实际生产数据和干熄炉结构；

S2：模型假设；

S3：采用COMSOLMultiphysics对二维干熄炉模型的计算域建立几何模型，忽略斜道和环形风道的具体结构，以预存段和冷却段为主，用氮气作为填充材料，冷却段和预存段归为多孔介质域，以焦炭作为填充材料；

S4：模型网格化；

S5：模型验证；

S6：对不同循环风量下的干熄炉内物料流动、气固对流传热和气固反应进行分析。

2.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S4，用COMSOLMultiphysics软件的Meshing对计算域进行网格划分；

其中二维干熄炉模型主要分为冷却段和预存段两部分，它们同为多孔介质域，作为多孔介质域的预存段虽然体积很大，但是其结构简单，并且它不是气体流动、换热和焦炭反应的主要区域，对其的网格化可以适当粗化；

同为多孔介质域的冷却段则大不相同，作为干熄炉内气体流动和换热的主要区域，化学反应也主要发生在其中，所以其上的网格自然需要细化，适当减少预存段多孔介质域网格数，细化冷却段，并对流体出入口边界进行合理细化。

3.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S2，干熄炉可以看作是焦块堆积形成的填料床反应器，忽略焦炭本身繁复杂乱的微小孔隙，以堆积孔隙作为多孔介质的孔隙率，将焦炭层看作均匀的多孔介质，从宏观角度研究它的传热和反应问题；

因此，做出以下假设：

(1)干熄炉内的焦炭为均匀的多孔介质，具有各向同性；

(2)忽略焦炭本身孔隙，以焦炭的堆积孔隙为主，将其看作成一个整体；

(3)焦炭本身温度均匀，忽略其高温形变；

(4)传热以气固对流传热为主，包含化学反应热，忽略辐射传热，外部壁面皆作绝热壁面处理；

(5)忽略干熄炉的周期加料，只计算一个周期内地传热和焦炭烧损反应；

(6)干熄炉各个操作参数恒定，无波动。

4.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S5，利用现场实测数据与干熄炉模拟结果相对比的方法验证干熄炉模型的准确性，对比数据包括排焦温度、出口气体温度、预存室下段压力以及出口CO、CO₂浓度。

5.如权利要求1所述的一种利用COMSOL Multiphysics软件优化干熄焦循环风量的方法，其特征在于，针对步骤S6，对计算结果的干熄炉流场、温度场和反应场进行分析，研究正常生产下干熄炉炉内的压力、温度和化学反应的分布，干熄炉内的压力分布呈现中间高，两边低的分布，冷却室上部和预存室呈现微负压状态；

干熄炉内气流速度在干熄炉入口处和斜道入口处较大，在冷却室内较为均匀，其中冷却室中部气流速度要略低于周边，更多的气流从干熄炉的四周向上扩散进入斜道中；

干熄炉内的温度呈现中间高，四周低的分布，冷却室下段接近入口风温，上段则很高有明显的温度分界；

焦炭的燃烧反应在温度较低的冷却室下段就已发生，焦炭的水煤气反应和溶损反应发生在温度较高的冷却室上段，冷却室内地焦炭反应不断产生CO，其浓度变化可以反映冷却室内的焦炭烧损。