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我国炭素电极生产属于高能耗产业,炭素焙烧是其生产过程中重要热处理工序之一,对其进行结构及运行操作参数优化,实现节能降耗潜力巨大。鉴于炭素焙烧热工过程的复杂性,利用数值模拟方法对炭素焙烧炉的热工过程进行系统研究,改善焙烧炉运行条件具有重要意义。针对上述中炭素电极块温度分布不均、焙烧周期长等问题,研究了炭素焙烧炉结构和操作参数对其热工过程的影响。主要工作和结论如下:1)以某炭素厂12室倒焰式炭素焙烧炉为研究对象,首先对其开展燃烧试验和热平衡分析,发现焙烧炉内热损主要是排烟损失,超过了69%,这导致焙烧炉热效率低下,延长了焙烧周期。通过对实际物理模型进行合理的简化和假设,建立了炭素焙烧炉热工过程的数学模型。基于FLUENT软件,根据炭素焙烧炉焙烧工艺的特点,建立了炭素焙烧炉热工过程仿真系统。2)数值模拟研究了初始工况下焙烧炉内速度场、温度场、浓度场和炭素电极块升温曲线及最终焙烧温度分布规律。模拟结果表明:炉内的高温烟气流主要向着下降火道出口处负压方向流动,对炉内其他区域带动作用较少;在一个焙烧周期内,造成炭素电极块实际焙烧升温速率始终滞后于目标升温速率,低于目标焙烧温度约200℃;同时炭素电极块在竖直方向上温度分布不均匀,沿高度递增方向,炭素电极块内温度逐渐升高,最大温差值超过200℃。3)通过在炭素电极块下方采用添加一条支火道补偿加热的方法,减小炭素电极块在竖直方向的温差,模拟结果表明:炭素电极块达到相同焙烧平均温度时,改进后的炭素电极块的焙烧升温时间更短,节省了15.35小时,相当于节省约655kg标准煤;同时炭素电极块上下温差明显缩小,最大温差小于70℃。4)在火道结构优化的基础上,进一步分析了助燃空气温度、火道出口负压值等因素对炭素电极块升温及温度均匀性的影响。随着助燃空气温度的增加,炭素电极块的焙烧温度得到提升,且其内部的温差有所降低,均匀性更好。负压为3Pa左右时,火道内烟气平均温度较高,炭素电极块内温度较为均匀。