干熄焦技术因兼具节能环保的优点,在我国钢铁企业得到广泛的应用。干熄焦炉是干熄焦工艺的核心设备,在炉内发生循环气体冷却红热焦炭的过程。一直以来对熄焦过程缺少系统的研究,实际生产以经验为基础,缺乏相应的理论指导。同时,对干熄炉内部的流动、传热规律及其与工艺参数之间的关系研究较少,导致干熄焦装置的运行参数得不到很好的优化。因此根据实际的工艺设备,建立干熄炉的数学模型,对干熄炉内的流动、传热过程进行深入研究,获得干熄炉最优的运行参数成为亟待解决的新课题。本文以某钢铁厂处理能力140t/h的干熄焦炉为基础进行研究,根据工程图确定几何模型的尺寸,以流体力学软件ANSYS Fluent为平台,针对干熄炉内流动、换热的特点,建立了干熄炉三维的仿真模型。基于多孔介质理论模型,采用结构化网格与非结构化网格相结合的方法对计算区域进行离散,采用dual cell的方法实现气固相间的非局域热平衡换热,选用标准的k-ε模型描述循环气体在干熄炉内的湍流流动,并借助UDF对其进行二次开发,模拟出了干熄炉内的流场和温度场。以此为基础,讨论了入口风温、循环风量、焦炭入炉温度以及焦炭粒径对熄焦过程的影响;并借助正交试验法对影响熄焦过程的四个参数进行分析处理,得出这些参数对焦炭显热吸收率的影响程度,根据试验结果优化该厂的运行参数。本文的主要研究成果有:(1)得到三维干熄炉内的气流、温度分布。干熄炉内的气体速度中心低、周边高,且越靠近总出口的气体的流速越大;循环气体由斜道进入环形气道,最后沿圆周方向在总出口汇合,环形气道的气体速度大小与其在位置有关,靠近内墙的气体流速大。(2)干熄炉冷却室中焦炭温度自上而下逐渐降低,循环气体温度自下而上逐渐上升,且在同一高度处焦炭温度始终高于循环气体温度。在同一水平高度,焦炭床层存在温度偏析,越靠近总出口的温度越低。以基准工况运行,冷却室由下至上温度均匀降低,说明基准工况能够充分利用冷却室。(3)对干熄炉内四个主要参数进行研究,表明当循环风量一定时,入口风温由410K降低到390K时,每降低10K能使焦炭的出口温度下降19～20K,而对冷却室中温度梯度影响较小;循环风量由140000m3/h增加到180000m3/h时,循环气体和焦炭的出口温度明显降低,主要的换热部位移至冷却室上部,不能最大限度地发挥冷却室的作用;焦炭的入炉温度由1173K增加到1273K时,每增加50K能使焦炭的出口温度上升9～10K,气体的出口温度上升51～55K,说明焦炭的入炉温度对气体出口温度的影响更大;焦炭颗粒直径由0.06m减少到0.04m时,每减少0.01m能使焦炭的出口温度降低15K左右,气体的出口温度升高9～11K,说明小粒径的焦炭有利于对焦炭热量的回收利用。(4)借助正交试验法研究入口风温、循环风量、焦炭入炉温度以及焦炭颗粒直径对单位气体显热吸收率的影响,四个参数对焦炭显热吸收率的影响主次分别为循环风量、焦炭入炉温度、入口风温及焦炭的颗粒直径。通过对显热吸收率的研究,调节该厂的入口风温为390K,循环风量为155000m3/h以达到最优参数组合。