[發明專利]一種利用COMSOL Multiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法

在審

• 申請號: 202211036616.5
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115374563A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 崔平;王志昊;許明;劉欣明;孫業新;周建峰;凌強;雷昭;趙志剛
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 王益西

本發明公開了一種利用COMSOLMultiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法，屬于優化干熄焦循環風量技術領域，包括以下步驟：首先通過焦化廠干熄爐實際生產測量獲得的數據；然后建立目標干熄爐模型，確立模擬工況；通過軟件分析干熄爐爐內流場、溫度場和反應場，研究正常生產下干熄爐爐內的壓力、溫度和化學反應的分布。本發明提出的一種利用COMSOLMultiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法，通過將現場采集的數據和COMSOLMultiphysics軟件模擬相結合，模擬干熄爐內物料流動、氣固對流傳熱和氣固反應，究其內部壓力場、溫度場以及反應場的分布，同時研究不同循環風量對干熄爐內傳熱和焦炭燒損的影響，提出一個適合目標干熄爐的循環風量優化工況。

技術領域

本發明涉及優化干熄焦循環風量技術領域，特別涉及一種利用COMSOLMultiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法。

背景技術

干熄焦技術是指熾熱的紅焦與以氮氣為主的循環氣體產生換熱的一種熄焦工藝。在熄焦過程中，高溫紅焦從焦罐車中緩緩進入干熄爐內，低溫循環氣體從干熄爐底部進入與紅焦進行換熱，換熱后的低溫焦炭從干熄爐底部排出，高溫循環氣體從干熄爐出口進入一次除塵器后進入余熱鍋爐，與鍋爐中的水換熱產生高溫蒸汽，高溫蒸汽輸送到汽輪機發電站進行發電。冷卻過后的循環氣體經過二次除塵器、循環風機和換熱器后溫度降至160℃左右，再次進入干熄爐中與焦炭換熱，如此不斷的循環進行，直至焦炭冷卻到200℃以內。

COMSOL Multiphysics大型高級數值仿真軟件，以有限元法為基礎，通過對偏微分方程或偏微分方程組的求解來實現物理現象的仿真，隨著對軟件不斷的更新與發展，目前已經應用于各領域的科學研究和工程計算中，被當今科學家稱為“最專業的多物理場仿真分析軟件”。COMSOL提供多個專業模塊，模塊與模塊之間能夠不限物理場數量進行任意組合，能夠被用來模擬科學和工程領域的各種物理過程，目前在全球領先的數值模擬領域得到廣泛的應用。

干熄爐作為干熄焦系統的主體結構，其中的物料流動、氣固對流傳熱和氣固反應是研究整個干熄焦傳熱效率和焦炭燒損的關鍵，也是決定整個干熄焦系統的運行效率和經濟效益的關鍵。干熄爐內的物流主要分為氣固兩股：一是固體物料紅焦在重力作用下的下降運動；一是循環氣體在風機壓力下自下而上穿過焦炭層的運動，兩股物流的相互作用和能量傳遞是干熄爐問題的核心所在。通過現場測試可以獲得大量的干熄爐生產運行參數，分析計算數據對于了解干熄爐問題有著巨大的作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用COMSOL Multiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法，運用軟件模擬干熄爐內物料流動、氣固對流傳熱和氣固反應，優化干熄焦循環風量的技術，以滿足干熄爐排焦溫度要求，均勻分布冷卻段溫度，優化干熄爐冷卻室熄焦效果，充分運用干熄爐處理能力，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種利用COMSOL Multiphysics軟件優化干熄焦循環風量的方法，包括以下步驟：

S1：對正在穩定運行的干熄焦為研究對象，測定與分析干熄焦系統的運行參數、干熄焦的燒損率，獲得干熄爐實際生產數據和干熄爐結構；

S2：模型假設；

S3：采用COMSOL Multiphysics對二維干熄爐模型的計算域建立幾何模型，忽略斜道和環形風道的具體結構，以預存段和冷卻段為主，用氮氣作為填充材料，冷卻段和預存段歸為多孔介質域，以焦炭作為填充材料；

S4：模型網格化；

S5：模型驗證：利用現場實測數據與干熄爐模擬結果相對比的方法驗證干熄爐模型的準確性；

S6：對不同循環風量下的干熄爐內物料流動、氣固對流傳熱和氣固反應進行分析。

進一步地，針對步驟S4，用COMSOL Multiphysics軟件的Meshing對計算域進行網格劃分；