电熔镁系统节能新工艺研究

【摘要】：我国是全球最大的电熔镁砂生产国和供应国。但是目前国内电熔镁生产工艺落后,“能耗高”、“污染高”、“品位低”、资源能源浪费严重,已成为制约我国电熔镁产业持续发展的瓶颈问题。因此开发新一代电熔镁节能型生产工艺势在必行。 本课题来源于辽宁省生产力中心申报的国家科技支撑计划项目“电熔镁产业循环经济技术集成示范应用项目”中的子课题“电熔镁系统节能新工艺研究”。 为了研发新一代电熔镁生产系统,对现有电熔镁生产系统的热工诊断是十分必要的。为此对典型的电熔镁生产过程进行了热工测算,给出了电熔镁生产过程的能量平衡。 通过热工测算结果分析,找出了电熔镁生产的节能途径,提出了电熔镁工艺系统节能的突破点在于对电熔镁坨所含的有效热的余热回收。 回收电熔镁坨余热的关键难题是分析镁坨的结晶过程和冷却过程温度变化规律。为此建立了电熔镁坨的结晶凝固及冷却过程的数字模型,进行了数值模拟,并与现场测试的冷却过程进行对比,验证模拟的准确性。 通过数值模拟提出了电熔镁节能新工艺的技术路线。将电熔镁坨分破碎前和破碎后两个阶段回收余热,再将获得的温度不等的热空气与烟气进行能级匹配,梯级综合利用。一部分用于工序中预热物料,一部分用于余热发电。 通过上面的研究,依照系统节能及工业生态学理论,首创了一套电熔镁系统节能新工艺。它包括了4个分工艺：原料预处理工艺、电熔镁砂生产工艺、电熔镁坨及烟气的分段分级回收及梯级综合利用工艺、CO2回收工艺。新工艺使整个工艺系统的物质能源各尽所能、充分利用,实现了“零排放”,避免了环境污染,在能耗最低的条件下得到更高品位的电熔镁砂。 本论文的研究为整个电熔镁产业提出了一个全新的节能环保工艺系统的结果框架,并对框架中多个关键性问题进行理论分析,为该工艺的工程化奠定了理论基础。 【关键词】：电熔镁砂 电弧炉 菱镁矿 梯级利用 余热回收 系统节能
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TF822
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 电熔镁概述11-15
• 1.1.1 电熔镁产业背景介绍11-12
• 1.1.2 电熔镁生产原理和制备方法12
• 1.1.3 电熔镁的物理化学性质及产品分类12-14
• 1.1.4 电熔镁产品的用途14-15
• 1.2 电熔镁产业介绍15-20
• 1.2.1 电熔镁产业分布及资源状况15-17
• 1.2.2 国内外电熔镁产业发展中存在的问题和特点17-20
• 1.3 现有电熔镁生产工艺介绍20-21
• 1.4 研究工作基础21-22
• 1.5 课题来源及主要研究内容22-24
• 1.5.1 课题来源22
• 1.5.2 本文主要研究内容22-24
• 第2章 电熔镁热工测试分析与节能研究24-39
• 2.1 电熔镁砂熔炼机理及理论热耗24-26
• 2.1.1 电熔镁砂熔炼机理24
• 2.1.2 电熔镁砂生产的理论热耗24-26
• 2.2 电熔镁热工测试及分析26-30
• 2.2.1 现场测试情况简介26-27
• 2.2.2 热平衡27-29
• 2.2.3 热工测试分析及结论29-30
• 2.3 电熔镁生产过程的节能研究30-37
• 2.3.1 一步法和两步法生产的比较30-32
• 2.3.2 电熔镁炉炉体保温及优化设计32-37
• 2.3.3 对电熔镁炉加炉盖37
• 2.3.4 对烟气进行余热回收37
• 2.3.5 优化电系统,实现电极的自动控制37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 生产高品位电熔镁砂的关键问题分析39-44
• 3.1 方镁石在电熔镁砂熔体中的结晶分析39-40
• 3.1.1 方镁石在电熔镁砂熔体中生核39
• 3.1.2 方镁石在电熔镁砂熔体中长大39-40
• 3.2 熔炼过程中的关键问题分析40-42
• 3.2.1 电熔镁砂熔体中的杂质对方镁石结晶的影响40-41
• 3.2.2 温度场对电熔镁砂质量的影响41
• 3.2.3 电熔镁炉的供电制度41-42
• 3.2.4 生料对熔池的污染42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 电熔镁坨的自然凝固冷却过程数值模拟44-61
• 4.1 数学物理模型的建立44-49
• 4.1.1 物理模型的建立44
• 4.1.2 数学模型的建立44-45
• 4.1.3 热物性参数的处理45-47
• 4.1.4 相变潜热的处理47-48
• 4.1.5 边界条件48-49
• 4.2 初始条件的获得-生产即将结束时电熔镁炉温度场的模拟49-51
• 4.2.1 数学物理模型的建立50
• 4.2.2 三维实体模型的建立和网格的划分50-51
• 4.2.3 生产即将结束时电熔镁炉温度场的模拟结果51
• 4.3 电熔镁坨的自然凝固冷却过程数值模拟51-57
• 4.3.1 结晶凝固过程数值模拟结果及分析52-53
• 4.3.2 冷却过程数值模拟结果及分析53-57
• 4.4 模拟结果与现场测试对比57-58
• 4.5 误差分析58-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第5章 电熔镁坨及烟气的分段分级回收与梯级综合利用61-70
• 5.1 余热回收利用概述61-63
• 5.1.1 余热的评价61-62
• 5.1.2 余热回收利用基本原则及方案62-63
• 5.2 电熔镁坨及烟气的分段分级回收与梯级综合利用63-69
• 5.2.1 烟气的余热回收分析63-64
• 5.2.2 电熔镁坨的分段余热回收分析64-65
• 5.2.3 电熔镁坨及烟气的分段分级回收与梯级综合利用65-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 电熔镁系统节能新工艺70-77
• 6.1 电熔镁系统节能新工艺流程70-72
• 6.2 新工艺的组成72-74
• 6.2.1 原料预处理工艺72
• 6.2.2 电熔镁砂生产工艺72-73
• 6.2.3 电熔镁坨及烟气的分段分级回收与梯级综合利用工艺73-74
• 6.2.4 CO_2回收工艺74
• 6.3 新工艺的效果分析74-76
• 6.4 本章小结76-77
• 第7章 结论77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间发表的论文82

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