海绵钛生产还原过程余热回收试验研究

摘要

国内外海绵钛生产主要是镁还原-真空蒸馏法（又称Kroll法或联合法）。其中，还原-蒸馏工序和镁电解工序是两个主要耗能工序，我国海绵钛企业在设备改造、工艺操作优化等节能降耗技术开展了大量卓有成效的工作，但对还原—蒸馏工序和镁电解工序的余热资源未进行回收利用。论文针对海绵钛生产的还原-蒸馏过程在能耗水平方面与日本等先进国家差距，开展余热资源回收试验研究，其主要工作如下：
　　首先，以还原过程余热空气资源为研究对象，利用热力学第一定律，对其进行热工测试，计算分析还原过程中余热空气的散热参数。测试结果表明：余热资源是分布式产生，存在温度的分布点不集中等问题，对还原设备余热空气的温度、流量和散热功率的分布状况进行数理统计分析，根据其置信区间得到余热资源参数的大致波动范围。
　　其次，对余热回收的列管换热器和热管换热器进行了热力计算和结构布置设计，得到换热设备的主要参数，并对两种换热器的性能以及优缺点进行对比分析。结果表明：列管换热器其传热面积大，适应性强，但从余热回收效率、压力损失、防止堵塞、清洗、寿命等综合指标看，热管换热器在各方面有着明显的优势，但其设备成本也相对较高。
　　最后，根据余热资源产生和分布规律，选择合适的材质和流体介质，利用设计的列管换热器和热管换热器，在我国某钛厂的还原蒸馏炉开展余热回收试验研究。试验结果表明：从回收效率的波动来看，前期的回收效率也较低，生产稳定后热回收效率逐渐稳定。在生产稳定后，列管的热水温度在70~75℃之间波动，瞬时质量流量主要集中在810~870kg/h区域；热管的热水在85~90℃之间波动，热水的瞬时质量流量在800~900kg/h之间波动。热管换热器余热回收所得水温较高。
　　论文的研究成果已成功在海绵钛企业工业化应用，对进一步强化钛行业节能减排，提高海绵钛企业和产品的竞争能力，提高海绵钛生产过程的资源、能源利用效率具有重要的意义。

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第1章 绪论

1.1 Kroll法海绵钛生产及现状

1.2 海绵钛还原过程余热利用现状

1.3 论文研究的目的和意义

1.4 论文的研究内容和路线

第2章 海绵钛还原过程的散热体系对流换热计算

2.1 计算基础和方法

2.2 余热空气参数对对流换热过程的影响

2.4 本章小结

第3章 海绵钛还原过程余热资源分析

3.1 热工测试及统计方法

3.2 海绵钛还原过程余热空气温度的统计分析

3.3 海绵钛还原过程余热空气流量的统计分析

3.4 海绵钛还原过程余热空气散热功率的统计分析

3.5 本章小结

第4章 余热回收方案研究

4.1 空气余热资源利用方案

4.2 换热器设计方案

4.3 两种换热器性能初步比较分析

4.4 小结

第5章 海绵钛还原过程空气余热回收利用试验

5.1 余热利用试验实施布置

5.2 列管换热器空气余热利用技术效果

5.3 热管换热器空气余热利用技术效果

5.4 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

在学期间参加的科研与发表的论文