转炉烟道式余热锅炉热力计算及数值模拟

发布时间：2017-03-17 06:50

  本文关键词：转炉烟道式余热锅炉热力计算及数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究余热锅炉内辐射和对流耦合传热机理,并合理的设计转炉余热锅炉结构,对实现800℃(?)1000℃以下的转炉烟气余热回收至关重要。本文对转炉烟气的余热回收进行了探索性研究,提出了分段式转炉烟气余热回收方案,将转炉余热锅炉热力计算模块编入EXCEL软件中,分别对中、低温转炉余热锅炉进行了相关计算,研究了烟道结构、烟气流速、污垢热阻、出口饱和蒸汽压力等对换热的影响规律,并对90吨转炉烟气进行了可行性研究。运用数值模拟方法深入研究了污垢厚度对换热的影响规律,对热力计算结果与数值计算结果进行了对比分析。研究了转炉烟道内流场的分布情况,对不同形式的弯管进行了流场分析。旨在对转炉烟气的余热回收方案进行可行性分析,并优化转炉余热锅炉结构。本文的主要工作和结论如下： 1)针对转炉烟气特性和烟气除尘工艺方法,首次提出了分段式烟气余热回收方案,选用汽化冷却方式,对高温转炉烟道结构进行改进,确定中、低温转炉余热锅炉使用膜式水冷壁结构,其外形为竖直圆筒形结构。 2)建立了转炉余热锅炉热力计算模型,使用EXCEL软件进行半自动化编程,对热力计算进行设计和校核。 3)在不同的热力计算工况下,分析了转炉余热锅炉受热面结构、烟气流速、污垢热阻、出口饱和蒸汽压力等对换热的影响。由此发现：转炉直径对换热效果影响显著。增加转炉余热锅炉直径,有利于辐射换热,不利于对流传热。总换热系数随膜式壁管外径或管子根数变化曲线类似于抛物线,总换热系数存在最小值点,并在最小值点处换热强度最小。当转炉直径一定时,改变膜式壁管外径或管子根数,对换热影响很小,可以忽略。烟气流速仅影响着对流传热,烟道长度对换热系数没有任何贡献,但是大大增加了换热面积。 4)通过热力计算分别对中、低温转炉余热锅炉的换热构成进行了分析,对于中温转炉余热锅炉,辐射传热占绝对主导地位,辐射传热能力影响着最终的换热能力；对于低温转炉余热锅炉,对流换热能力增强,要同时考虑辐射换热和对流换热,并根据对流传热量所占总传热量的比例来判定参数对总换热量的影响规律。 5)对90吨转炉余热回收方案进行了可行性分析,证明方案具有可行性。 6)灰垢的存在对换热影响很大,而且灰垢厚度越大,换热效果越差,出口烟气温度也越高；出口烟气温度随灰垢层厚度增加呈近似于线性升高趋势。对于90吨中温转炉余热锅炉,当灰层厚度大于等于5mm时,灰尘对换热的影响不可忽略。 7)热力计算算得的总换热量要比数值模拟计算的数据大1倍,但是换热量随污垢变化的趋势是相同的。热力计算和数值计算得到的辐射换热量差别不大。 8)通过数值模拟对中温转炉烟道内的流场进行了分析：竖直烟道内的流场分布较均匀,末端弯管结构对烟气速度场和压力场分布影响很大,流场分布不均匀。弯管外侧压力较大,速度很小；在弯管内侧,速度剧增,并在烟道出口内侧发生边界层分离现象,压力为负压,有强烈回流作用,此处的流动为涡流流动。 对于转炉烟道内烟气温度场,在近壁面区的一个薄层内温度相对较低,在主流区烟道中心处温度较高,形成温度梯度；烟道末端出口处,烟气的强烈回流作用使得出口弯管内侧形成一个很小的低温区,此处烟气为涡流流动。
【关键词】：转炉余热锅炉 余热回收 汽化冷却 辐射传热 对流传热 热力计算
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK229.929
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 引言11-13
• 1 绪论13-35
• 1.1 余热及余热回收利用13-19
• 1.1.1 余热的定义和分类15-17
• 1.1.2 余热的回收利用17-19
• 1.2 转炉烟气余热回收利用19-28
• 1.2.1 钢铁行业耗能与余热回收19-22
• 1.2.2 转炉烟气余热回收利用22-28
• 1.3 转炉汽化冷却烟道28-32
• 1.3.1 汽化冷却技术概述28-29
• 1.3.2 转炉汽化冷却烟道29-32
• 1.4 本课题研究内容、创新点和技术路线32-35
• 1.4.1 本课题研究内容32-33
• 1.4.2 本课题创新点33-34
• 1.4.3 本课题技术路线34-35
• 2 转炉余热回收方案设计35-49
• 2.1 转炉煤气回收工艺流程设计35-41
• 2.1.1 转炉烟气的特性分析35-36
• 2.1.2 现有转炉煤气回收工艺分析36-37
• 2.1.3 现有冷却方式分析37-40
• 2.1.4 转炉煤气回收工艺设计思路40
• 2.1.5 转炉煤气回收工艺设计方案40-41
• 2.2 转炉余热锅炉设置41-48
• 2.2.1 转炉余热锅炉汽化冷却系统设置41-43
• 2.2.2 转炉余热锅炉结构设置43-46
• 2.2.3 膜式水冷壁简介46-48
• 2.2.4 转炉余热锅炉结构设计说明48
• 2.3 本章小结48-49
• 3 转炉余热锅炉热力计算及优化分析49-94
• 3.1 转炉余热锅炉热力计算模型50-52
• 3.1.1 热力计算结构模型50
• 3.1.2 热力计算传热模型50-52
• 3.1.3 转炉炉气工艺条件52
• 3.2 转炉余热锅炉热力计算模块52-64
• 3.2.1 炉气燃烧计算53-54
• 3.2.2 烟气焓值计算54-55
• 3.2.3 烟气物性计算55-57
• 3.2.4 水和水蒸汽物性计算57
• 3.2.5 几何特性计算57-60
• 3.2.6 受热面热力计算60-64
• 3.2.7 蒸汽发生量计算64
• 3.3 EXCEL在热力计算中的应用64-66
• 3.3.1 EXCEL热力计算模块编制64-65
• 3.3.2 EXCEL热力计算思路65-66
• 3.4 转炉余热锅炉热力计算影响因素分析66-90
• 3.4.1 中温转炉余热锅炉影响因素分析66-84
• 3.4.2 低温转炉余热锅炉影响因素分析84-90
• 3.5 转炉烟气余热回收可行性分析90-92
• 3.5.1 低温转炉余热锅炉热力计算可行性分析90-91
• 3.5.2 中温转炉余热锅炉热力计算可行性分析91-92
• 3.5.3 转炉烟气余热回收方案可行性分析总结92
• 3.6 本章小结92-94
• 4 转炉余热锅炉换热数值模型构建94-105
• 4.1 简化模型94-95
• 4.2 控制方程95-96
• 4.3 计算模型96-99
• 4.4 物性参数99-100
• 4.5 边界条件100-101
• 4.6 离散格式101
• 4.7 力与速度耦合101-102
• 4.8 网格独立性分析102-103
• 4.9 本章小结103-105
• 5 转炉余热锅炉换热模拟分析105-116
• 5.1 积灰厚度对换热的影响105-108
• 5.1.1 模拟条件105
• 5.1.2 结果分析105-107
• 5.1.3 数值计算与热力计算结果对比107-108
• 5.2 转炉烟道流场数值模拟108-112
• 5.2.1 速度场分析108-110
• 5.2.2 压力场分析110-111
• 5.2.3 温度场分析111-112
• 5.3 转炉烟道末端弯管流场分析112-114
• 5.4 本章小结114-116
• 结论116-118
• 参考文献118-121
• 附录A 符号说明121-125
• 致谢125-126

【参考文献】

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