兰炭炉内气固换热特性的研究

发布时间：2020-11-17 02:21

　　 在电石、碳化硅、铁合金、硅铁等产品的生产过程中,兰炭已逐步取代冶金焦成为不可替代的新型炭素材料。目前,我国兰炭生产规模已超过1亿吨,生产过程中普遍采用水熄方法对兰炭进行冷却,兰炭的显热并没有得到充分利用,造成巨大的能源浪费。基于此,本文通过试验和数值计算的方法,对兰炭炉内的气固换热特性进行分析,以此研究水蒸气与兰炭的换热规律。这一研究不仅为兰炭生产过程中的余热回收指明了方向,同时对实现节能减排、提高我国能源利用效率具有重大的现实意义。在兰炭生产过程中,炽热的兰炭颗粒由上往下缓慢运动,经过熄焦后在兰炭炉底部排出。本文在熄焦过程中,引入部分水蒸气由底层向上运动,以强化兰炭颗粒换热。由于兰炭向下缓慢运动,运动速度约为20cm/h,与水蒸气速度相比可以忽略,因此本文令兰炭静止,采用固定床模拟移动床。通过控制颗粒粒径,料层厚度,水蒸气流量来研究这些因素对气固换热特性的影响。同时,基于Fluent软件对气固换热过程进行数值计算,其结果与试验相互验证。为了更加全面的研究水蒸气-兰炭气固换热规律,本文通过数值计算对试验中未能完成的工况进行了补充。研究结果表明:(1)料层内颗粒温降呈现先快后慢的变化趋势,气固换热的前期,热量交换比较剧烈,热回收量和?增显著增加,随着时间增长,气固有效换热系数降低,试验中有效换热系数的大致范围是3.5-52.0W/(m~2·K)。试验中,水蒸气可回收总热量范围是2.7×10~3kJ-3.9×10~3 kJ,?增的范围是1.2×10~3 kJ-2.0×10~3 kJ,熄焦时间范围为15-56min。(2)试验中,料层厚度和水蒸气流量不变,随着粒径的增大,颗粒的温降速率越快,热回收量减少,平均粒径为9.0mm的兰炭颗粒表现出了较好的余热回收能力。颗粒粒径和水蒸气流量不变,随着料层厚度的增加,颗粒的温降速率越慢,热回收总量增大,水蒸气?增量增大。料层厚度和颗粒粒径不变,随着水蒸气流量增加,颗粒温降速率越快,热回收量增大,试验中水蒸气流量控制在7.5kg/h左右可达到最佳余热回收效果。(3)利用数值计算对气固换热过程进行研究,并对整个料层和单个颗粒进行气固换热特性分析。相对于试验而言,数值计算增大了水蒸气流量和料层厚度的范围,水蒸气回收总热量的范围是2.42×10~3kJ-6.07×10~3 kJ。对于单颗粒而言,处于物料顶层的颗粒比处于底层的颗粒冷却慢,单颗粒表面热流量的最大值出现在换热初期的最底层颗粒表面,本文中最大值为5.2w。
【学位单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11
【部分图文】：

图 1.1 低温干馏炉基本构造图 Basic structure map of low temperature ret1.辅助煤箱2.集气阵伞 3.爬梯4.花墙 5.炉体7.排焦箱8.炉底平台9.推焦盘10.刮板输送机量已突破一亿吨，生产过程中普遍采灭的兰炭含水率高（约35%），兰炭。山东理工大学提出了一种四级换热制约行业发展的兰炭水熄困难的问题生产并改善了兰炭的质量。为了进一炭炉内的气固换热特性，有利于兰炭，全面推动能源节约型社会的建设。节能技术和产品，推进能源综合梯级

选择简单的立方体填充和椭圆形颗粒，那么整体的换热性能将[13]提出了颗粒接触换热的模型。通过综合考虑颗粒接触换热的多相互接触的颗粒数目、接触时间等是影响有效换热系数的主要因的工况下，颗粒系统的换热受不同颗粒粒径分布的影响并不明显径的增大而降低。吴静[14]研究了间接加热列管式回转干燥机内料效换热系数随物料填充率、颗粒粒径、列管回转半径的变化规律obu 等[15-17]使用离散颗粒学研究了流化床的换热问题。结果显示，导热，那么料层整体的温度会偏高。[18]研究了熟料堆积层中，熟料与气体间的换热方式。以日产 100究对象，研究结果显示，其换热方式主要为对流换热。jan[19]等通过自行搭建的实验台，研究了移动床中换热系数随着玻规律。结果表明，在某一范围内，有效化热系数会随着玻璃颗粒，当流速增大到某一数值后，有效换热系数达到峰值。而后，随热系数降低。如图 1.2 所示。

图 1.3 干熄炉系统实验装置示意图Fig.1.3 Schematic illustration of experimentalsets of a CDQ system竖罐式回收是借鉴干法熄焦中干熄炉结构与工艺，提出的一种式[34-35]。由于竖罐内的余热回收工艺与兰炭炉颇为相似，因此在传统的烧结矿冷却装置中，将冷却气体从竖罐底部送入，使热烧结矿颗粒，以叉流换热的方式将热量进行回收。在经过改内，从冷却器的上部将烧结矿送入，经过冷却后，由下部排出将冷却空气送进冷却器，最后由上部抽出。由于两者属于气固率极大提升。通过对竖罐内气固换热规律的研究，可以作为判用是否可行的重要依据。等人建立一维稳态模型并对料层内气固换热进行数值计算。为置的余热回收能力，提出冷却气体回收的热量和空气 作为评却装置的气固换热性能。图 1.4 为烧结矿立式冷却罐体模型。
【参考文献】

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本文编号：2886969