空腔高温粒料气固逆流冷却换热规律研究

发布时间：2020-06-21 17:36

【摘要】：钢铁是典型长流程高耗能和高排放工业,铁前三大工序烧结、焦化、高炉总能耗占比高,余热资源体量大,节能潜力巨大。钢铁烧结工序能耗仅次于炼铁,钢铁烧结矿环冷和带冷两种典型传统冷却,漏风高,返料率大,冷却质量差,入口矿料温度高达1000℃,但废气均温仅200℃,余热难以高效利用,高效回收烧结显热是烧结节能和钢铁节能关键。将炉窑概念耦合烧结冷却实现高温烧结矿显热高效置换获取高品质余热烟气用于发电,钢铁烧结矿炉冷发电关键在于高效换热理论与装置,论文针对烧结矿炉式空腔高温粒料气固逆流冷却换热开展研究,构建空腔高温粒料气固逆流冷却装置,数值研究气料比、冷却段高度、冷却段内径等不同参数对冷却装置内气固换热特性影响,获得了相关变化规律,为开发设计应用于烧结余热高效回收利用装置提供理论支持。空腔高温粒料气固逆流冷却装置设计。通过对冷却装置内气固传热分析,在烧结矿与冷却风气固水当量相等的前提下,结合对流传热、导热及热平衡方程,构建了用于空腔高温粒料气固逆流冷却装置设计计算的数学模型,通过对冷却装置的处理量、烧结矿进出口温度及冷却风入口温度进行预设,设计了烧结矿处理量为200t/h的空腔高温粒料气固逆流冷却换热装置。空腔高温粒料气固逆流冷却装置数值研究方法。通过对设计的冷却装置建立三维几何模型,采用CFD商用软件FLUENT 14.0对冷却装置内高温烧结矿颗粒与冷却风之间的气固逆流换热进行模拟研究,其中湍流模型选用标准κ-ε模型,能量方程选用局部非热力学平衡双能量方程。研究结果表明:所设计的布风装置可以实现空腔高温粒料气固逆流冷却装置内冷却风分布均匀性,能较好实现冷却装置内烧结矿均匀冷却。与热力计算结果相比,数值模拟结果与其相差19℃,吻合良好。空腔高温粒料气固逆流冷却换热规律研究。通过对气料比在900~1300 m~3/t,冷却段高度4~8 m,冷却段内径2.5~4 m,冷却风入口温度353~393 K的参数下冷却装置内气固传热影响进行模拟研究,得到了空腔高温粒料气固逆流换热规律,研究结果表明:气料比及冷却段高度对空腔内高温粒料气固逆流冷却换热影响较大;在烧结矿处理量一定时,随着气料比的增加,烧结矿出口温度及冷却风出口温度均有所降低,主换热区域上移,冷却段下半部换热区气固间换热量减小,料层压力增大;在烧结矿处理量一定、气料比一定时,冷却段高度越高,烧结矿出口温度越低,冷却风出口温度逐渐增大并最终趋于平缓;冷却段内径及冷却风入口温度对冷却装置内气固逆流换热影响较小,在初始参数范围内,冷却段内径平均每提升0.5m,冷却风出口温度降低6℃。入口风温每提升10℃,冷却风温提高3.5℃。空腔高温粒料气固逆流冷换热热力学分析。通过对模拟结果展开热力学分析,得到适用于实际生产中冷却装置的结构参数和运行参数。研究结果表明:随着气料比的增大,烧结矿携带热量降低,冷却风携带的?值呈现先增大后减小的趋势;随着冷却段高度的增加,烧结矿携带热量降低,冷却风携带?值增加,但当冷却段高度足够高时,继续增加冷却段高度对冷却风?值影响减小;减小冷却段内径及增加冷却风入口温度均能使冷却风携带热量增大,?值增加,但其影响幅度较小。搭建烧结矿处理量为200t/h的冷却装置建议采用冷却段高度为5m,气料比在1100~1200m~3/t之间,冷却段内径为3m,入口风温为100℃。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF046.4
【图文】：

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【参考文献】