多区域型兰炭余热回收换热器内颗粒流动特性研究

发布时间：2020-04-06 14:43

【摘要】：兰炭是由优质的侏罗精煤深加工的产物,相比一般意义的焦炭产品,具有固定碳高、化学活性高、灰分低、污染较低等优点。目前在兰炭生产过程中,普遍采用水熄的方法对排出干馏炉的高温兰炭进行冷却,不仅浪费大量水资源,且丰富的余热资源未得到有效回收利用。多区域型兰炭余热回收换热器采用干熄方法对高温兰炭进行均匀冷却的同时进行余热回收利用。这对我国实现节能减排、提高能源利用效率具有重要意义。本文首先建立了多区域型换热器、兰炭颗粒离散元模型及计算模型,并通过实验方法验证了模型准确性。然后对多区域型余热回收换热器内颗粒流动进行模拟,分析了颗粒流型,颗粒流动均匀性,换热器内速度分布,颗粒流动瞬态特性。系统研究了兰炭颗粒物性参数(颗粒与换热器壁面间静摩擦系数、颗粒直径、颗粒间静摩擦系数)和换热器运行及结构参数(卸料速度、内换热器横管直径、内换热器数量)对颗粒流动特性的影响,得出以下结论:(1)换热器内颗粒流动由内换热器分为三个区域,各分区内颗粒流动相对独立,内换热器间区域颗粒流动均匀性优于内外换热器间区域。应用流动指数MFI对颗粒流动均匀性进行了评价,发现各分区MFI值均为大于0.3,换热器内颗粒平均MFI值为0.867,颗粒流动为整体流。颗粒在流经进出口横管时有明显绕流现象,横管水平方向影响范围约为3-4倍粒径,横管上方约6倍粒径范围内颗粒流速减小,而在横管下方形成三角形的无粒子区,颗粒流速增大。颗粒流动过程中存在着自料层底部向上传递的速度波,使得颗粒竖直方向速度实际为不断脉动过程,且越接近料层顶部的颗粒,速度脉动越剧烈。颗粒间的力链结构是不断打破又迅速重构的过程,颗粒的这种受力特性造成颗粒速度的不断脉动。(2)随着颗粒壁面间静摩擦系数的增大,颗粒流动均匀性降低,竖直方向速度波动幅度及频率均增大。换热器内更容易形成拱形力链,局部集中拱形力链的断裂,易造成较大区域内颗粒的加速流动,加剧颗粒速度波动。当颗粒直径由40 mm增加至80 mm,流动指数逐渐降低,流动均匀性降低。随着粒径的增大,颗粒越容易在内换热器间及换热器壁面间形成拱形强力链,速度波动幅度逐渐增大,不规律波形逐渐增多;随着颗粒间静摩擦系数的增加,颗粒流动均匀性提高,强力链集中分布方向逐渐向水平方向偏移,竖直方向速度脉动越剧烈。(3)流速对颗粒流型、颗粒流动均匀性、速度分布规律及强力链方向均无明显影响。当控制流速由0.4 mm/s增大至0.7 mm/s时颗粒竖直方向速度脉动标准偏差逐渐增大,速度脉动频率由0.04-0.07 Hz增大至0.06-0.09 Hz,颗粒速度脉动越剧烈。随着横管直径的增加,横管影响范围扩大,颗粒流动均匀性小幅降低,换热器内强力链方向无明显变化。管径越大,横管下方空隙增大,颗粒回流呈塌落式流动,容易引发新的速度波传递,使得颗粒脉动越剧烈。内换热器数量的增加,有利于提高颗粒流动均匀性,当内换热器数量为3时,继续增加内换热器数量,MFI值变化较小。随着内换热器数量的增加,强力链集中分布方向逐渐偏向水平方向,拱形力链增多,加剧了颗粒速度的脉动。
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余热资源,行业分布

资源环境问题仍是制约我国经然形势严峻、任务艰巨[1-2]。能源结构调系统效率是今后能源发展主要目标[3-4]。2提出：全面推动能源节约，以提高环境质问题为重点，提高资源利用效率，实施全民技术和产品，推进能源综合梯级利用。热资源在行业内分布，我国工业能耗占总能载体不同、温度不同的工业余热，大部分源回收率仅约为 30%，能源利用效率较低6-2020）” 中明确提出：要实现余热余压温高压干熄焦等技术改造，到 2020 年，由此看来，根据我国工业余热的国情及其能降耗措施，大力开展工业余热综合利用节能减排重大战略目标的实现具有重要的

示意图,换热器结构,示意图,换热器

热回收换热器由外换热器及内换热器管组成，在外换热器下方布置有冷却水出口，在外换热器壁面上安装有中心法热器热回收效率，在外换热器内添加内口横管之间均布有四根换热竖管。工作动通道，，高温兰炭物料以较低的流速流内外换热器间相互连通。冷却水由进兰炭物料进行换热，冷却兰炭的同时，对原换热器结构进行了一定的简化，去蒸汽出口管以及法兰板，外换热器膜结构，简化后多区域型换热器如图 2.，高度 H 为 0.62，两内换热器间距、内
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK115;TK172

【参考文献】