烧结余热回收竖罐内若干工况气固传热系数的实验研究

摘要

烧结矿余热竖罐式回收是借鉴干法熄焦技术提出的一种烧结矿余热高效回收利用的方式，其核心问题之一是竖罐内烧结矿与冷却空气之间的传热，属于移动床内气固稳态传热问题。其中，罐体床层内气固传热系数是表征和衡量气固间传热强度的关键指标。本课题组以往关于气固传热系数的研究过程是:建立固定床气固传热实验装置，以固定床传热过程研究移动床过程，藉此研究单位气固传热面积的传热系数。但这种研究过程存在着一定不足:以固定床非稳态传热研究移动床稳态传热，使得实验结果存在一定偏差;气固传热面积难以精确计算和测量，使得实验结果可靠性下降。基于此，本文拟在自行建立的移动床机理性(冷却段内径250mm)实验台，开展基于移动床模型的单位床层堆积体积传热系数的研究。由于床层堆积体积可精确简便测量，且基于移动床模式，因此本实验一定程度上弥补了以前研究的不足。但由于实验条件的限制，本文仅就冷却空气流量、烧结矿下移速度、烧结矿直径等若干工况下开展相关研究。 本文首先推导了基于移动床模式下平均体积传热系数的计算式;然后在移动床实验台上测量了若干工况下计算传热系数所需的数据，藉此计算了若干工况下的体积传热系数，进而分析了冷却空气流量、烧结矿下移速度、烧结矿直径对传热系数的影响;最后通过量纲分析法，建立了反映体积传热系数的经验关联式。 主要研究结果如下: (1)基于冷却空气流量、烧结矿下移速度、烧结矿直径工况下，罐体料层内反映气固平均体积传热系数的Nu经验关联式为:Nu=0.235Re0379Pr0.417(v8/vs)-0.105 实验关联式的适用范围:417≤Re≤1543，0.652≤Pr≤0.679。 (2)冷却空气流量、烧结矿下移速度、烧结矿直径对体积传热系数的影响规律是:在将来生产可能的调节范围内，冷却风流量增大，体积传热系数增大，实验关联式为hv=21.63dp-0.92vg0.09;烧结矿直径减小，体积传热系数增大，实验关联式为hv=0.92vs0.66dp-0.29;烧结矿下移速度增大，体积传热系数增大，实验关联式为hv=0.73vg0.69vs0.38。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1问题的提出与意义

1．2烧结余热罐式回收技术

1．2．1现行烧结冷却方式存在的诸多不足

1．2．2烧结余热罐式回收的基本原理及其工艺流程

1．2．3竖罐式余热回收的优点

1．3文献综述

1．3．1移动床传热系数研究概述

1．3．2移动床气固传热系数影响因素研究概述

1．3．3移动床气固传热系数关联式研究概述

1．4本文主要研究内容、方法及创新

1．4．1本文的主要内容及方法

1．4．2本文的主要创新点

第2章竖罐内传热过程分析及综合体积传热系数的公式推导

2．1竖罐内的基本换热过程

2．2竖罐内几种基本传热方式

2．2．1竖罐内烧结矿颗粒与冷却气体间的对流传热

2．2．2烧结矿颗粒间的热传导

2．2．3烧结矿颗粒与竖罐内壁面间的辐射传热

2．2．4冷却气体与竖罐内壁面间的对流传热

2．2．5竖罐外壁面与周围环境间的综合传热

2．3竖罐内气固综合体积传热系数的内涵及关联式推导

2．3．1竖罐内传热过程的简化

2．3．2综合体积传热系数表达式的推导

第3章竖罐式余热回收气固综合传热系数的实验研究

3．1实验任务及目的

3．2实验基本假设

3．3实验原理

3．4实验设计

3．4．1探究冷却气体流量对气固传热效果的影响

3．4．2探究烧结矿颗粒直径对气固传热效果的影响

3．4．3探究烧结矿下移速度对气固传热效果的影响

3．5实验所涉及基本参数及物理量的确定

3．5．1冷却气体温度的测量

3．5．2冷却气体流量的测量

3．5．3烧结矿表面温度的测量

3．5．4竖罐中Re数的确定

3．6实验装置与基本过程

3．7实验前期准备

3．8实验具体过程

3．8．1烧结矿的加热过程

3．8．2烧结矿的卸料过程

3．8．3烧结矿冷却与数据采集过程

3．8．4实验结束

第4章实验结果分析

4．1换热系数的计算方法

4．2竖罐内传热系数的影响因素分析

4．2．1冷却空气流量对传热系数的影响

4．2．2烧结矿颗粒大小对传热系数的影响

4．2．3下移速度对传热系数的影响

4．3强化气固传热的主要方向与途径

第5章竖罐内气固传热系数实验关联式

5．1量纲分析法

5．2无量纲方程回归分析

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文