烧结矿竖式移动床层气固传热系数及（火用）传递系数的实验研究

摘要

烧结矿余热竖罐式回收是本课题组提出的一种具有知识产权的余热资源高效回收工艺，其吨矿发电量有望比现有指标提高100％。竖罐内烧结矿与作为热载体的冷却空气之间的传热是关键问题之一，其本质是竖式大颗粒移动床层气固逆流传热。移动床层气固传热系数和(炯)传递系数可较为精确地描述气固之间的能量传递强度。其中，传热系数基于热力学第一定律，可定量描述气固之间的热量传递强度;气固(炯)传递系数是课题组借鉴换热器(炯)传递系数的概念提出来的，可定量描述气固间(炯)量传递强度，结合热力学第一、二定律，弥补了传热系数的不足。 目前，有关烧结矿层气固传热系数与(炯)传递系数研究仅限于本课题组。研究伊始，传热系数和(炯)传递系数的研究均基于固定床实验，研究结果与实际的移动床层存在一定偏差;同时，基于气固传热面积，因气固传热面积难以精准获得，研究结果也存在一定偏差。接续研究，传热系数基于移动床实验，且基于堆积体积，但由于实验装置存在漏风严重、烧结矿加热不均匀等不足，致使实验结果可靠性较低。基于此，本文重新搭建了机理性实验装置，改善了排料结构，改土窑加热烧结矿为煤气化炉加热，同时辅以小试烧结余热回收竖罐试验验证。基于实验数据，拟合出适合烧结矿移动床层气固体积传热系数的实验关联式，在此基础上推导出气固(炯)传递系数，并对小试烧结余热回收竖罐实验进行(炯)传递特性分析。本文旨在为强化罐体内气固传热、提高用能水平指明方向与途径，同时为烧结矿移动床层气固传热数值计算提供合适的实验关联式。 主要研究内容、结论及创新如下: (1)体现烧结矿移动床层气固体积传热系数Nusselt数的实验关联式为:Nuv=0.296Re0.762Pr0.33适用范围:362≤Re≤2389，0.676≤Pr≤0.701。 (2)影响烧结矿移动床层气固传热系数因素有:烧结矿颗粒粒径、冷却空气流量、冷却段高度、烧结矿质量流量。其中，气固传热系数随烧结矿颗粒粒径的减小、冷却空气流量的增大、冷却段高度的增加、烧结矿质量流量的增大而增大;烧结矿颗粒粒径、冷却空气流量对气固传热系数的影响较大，冷却段高度、烧结矿质量流量对其影响较小。 (3)体现烧结矿移动床层气固(炯)传递系数的(炯)Nusselt数Nue为:Nue=Nuv（1-1/1/Nc-1(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1)ln(1+1/Nc-1(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1))+Re Pr（Rg/c)(1/Nl)(sts-stg)/(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1)lnp2/p1 其中(炯)Nusselt数Nue是由温度(炯)Nusselt数Nue,T和压力(炯)Nusselt数Nue，p组成，即:Nue,T=Nuv（1-1/1/Nc-1(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1)ln(1+1/Nc-1(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1))Nue,p=RePr(Rg/c)(1/Nl)(sts-stg)/(NT-1)(e(sts-stg)Nl-1)lnp2/p1适用范围:362≤Re≤2389，0.676≤Pr≤0.701。 (4)气固(炯)传递过程主要由温度引起的(炯)传递，由内部压力损失引起的(炯)传递对整个气固(炯)传递影响较小。增大冷却空气流量、烧结矿质量流量可增大气固传热系数与(炯)传递系数，强化了气固换热过程;但从(炯)效率角度上考虑，冷却空气流量、烧结矿质量流量存在一个最佳值，使得(炯)效率最高。

目录

声明

摘要

1．1问题的提出及意义

1．2填充床传热系数的研究现状

1．3填充床(火用)传递系数的研究现状

1．4主要研究内容和方法

第2章烧结矿移动床层气固传热实验

2．1实验目的及原理

2．2实验装置设计及搭建

2．3实验过程

第3章气固传热系数影响因素分析及实验关联式的拟合

3．1竖罐内传热系数的影响因素分析

3．1．1烧结矿颗粒粒径对烧结矿层内气固体积换热系数的影响

3．1．2冷却空气流量对烧结矿层气固体积换热系数的影响

3．1．3冷却段高度对烧结矿层气固体积换热系数的影响

3．1．4烧结矿质量流量对烧结矿层气固体积换热系数的影响

3．2烧结矿移动床层传热系数的实验关联式

3．2．1实验关联式拟合方法

3．2．2无量纲方程回归分析

3．3烧结矿移动床层传热系数实验关联式的修正

3．3．1小试烧结余热竖罐实验平台

3．3．2实验关联式的修正

第4章烧结矿移动床层(火用)传递系数研究

4．1．2烧结矿移动床层(火用)传递系数公式推导

4．2床层内气固(火用)传递影响因素分析

4．2．1冷却空气流量对烧结矿层内气固(火用)传递系数的影响

4．2．2烧结矿质量流量对烧结矿层内气固(火用)传递系数的影响

4．3本章小结

第5章结论

参考文献

致谢