氧气转炉汽化冷却烟道传热计算
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2019年第5期汽化冷却烟道与转炉氧枪连锁控制,主要由活动烟罩(裙罩)、固定段烟道、可移动段烟道、冷却烟道和斜弯烟道组成。
转炉吹氧炼钢时炉口喷出大量高温煤气,遇空气少部分燃烧后温度高达1700℃左右,汽化冷却烟道的工作原理与换热器相同,利用高温烟气的热量将通过软化处理和除氧处理的冷却水蒸发,利用水的汽化潜热带走冷却部件的热量来达到后续的除尘净化和煤气回收以及环境保护的工艺要求。
因工况环境十分恶劣,导致转炉生产运行过程中经常会出现水冷壁钢管破裂爆管等泄漏现象,严重影响到转炉的正常运转。
严重漏水还会产生蒸汽使烟道的过风量变大,可能造成烟气外溢造成污染,影响煤气的回收率和烟道余热的利用,大量软水被浪费,检修频繁,不仅对汽化冷却烟道的安全平稳运行产生重大隐患,还严重降低了生产效率。
为此,阅读文献可望找出冷却烟道失效的原因及其处理措施。
汽化冷却烟道失效常见原因分析(一)周期性交变热应力以某钢厂120t 的转炉生产为例,转炉一次炼钢周期为35min 左右,吹氧时间段在炼钢周期的中期,耗时约15min (补吹除外),进入汽化冷却烟道的炉气量可达76000m 3/h (标态下),温度高达1700℃左右,此时间段冷却烟道的热负荷急剧增加,管壁温度也陡增,转炉吹氧结束后,相应的热负荷也急剧降低,管壁温度随之下降,直到下个吹炼期,期间间隔20min 左右。
烟道内的热负荷频繁急剧变化,导致水冷管不仅受到周期性交变热应力,在热疲劳作用下的钢管表面通常会产生横向的疲劳裂纹,这与机械疲劳中观察到的疲劳裂纹相似。
管壁也会因频繁产生的轴向拉压应力而产生塑性变形,如此反复,烟道管就会产生大量竹节状热疲劳裂纹(蠕变),高温蠕变使得在金属管壁的微观结构中沿着固化晶界析出的碳化物会加速晶粒间裂纹的扩展。
裂纹扩展直至破裂,产生蒸汽泄露,影响汽化冷却烟道使用寿命。
(二)水循环恶化烟道结构设计不合理导致配水管不均匀,大部分烟道采用自然循环的水循环方式导致冷却水动力不足,上升管、下降管、受热管水循环阻力变大,冷却效果不好,造成冷却水管因水循环不良引起局部过热,循环水不能快速有转炉汽化冷却烟道失效常见原因及其处理程晓恬(广西钢铁),庞通,潘刚(技术中心)钢厂交流132019年第5期效地冷却管壁,管壁超温破裂漏水;同时,水循环异常波动引起水冷管液面脉动,当脉动表现为剧烈的水击现象时,会使焊缝断裂;在热流密度过大,热量陡增的过程中,受热管中水容易由核态沸腾转变为膜态沸腾,传热受到汽膜的阻隔,管子内壁得不到水的连续冷却,冷却水与管壁发生传热恶化,管子因管壁温度超高过热受损;热流场强度分布不均,特别在烟气侧涡流区部位,导致局部受热面热流密度过高,冷却水不能连续汽化,在蒸汽及饱和水的交替作用下,汽化点由于高频率水击引发疲劳损伤爆管。
关于氧气顶吹转炉余热锅炉结构特点分析及热力计算分析研究本文解构分析了活动烟罩的各部分的特点,通过计算氧气顶吹转炉产生的余热,详细介绍了锅炉热力的具体规则和方法。
1.我们都知道,氧气顶吹转炉余热锅炉可分为活动烟罩、炉口段烟道、固定一段烟道、固定二段烟道及末段烟道五部分。
今天着重分析一下:活动烟罩、炉口段烟道、固定一段烟道。
1.1. 活动烟罩环形集箱是活动烟罩的组成部分,管子也同样。
烟罩属于管式受压部件,带有烟气升降以及密封的相关设备。
小部分可燃性气体在烟罩内持续燃烧。
这部分可燃气体是通过转炉炉气排放的入口通道进入烟罩的。
烟罩随炼钢工艺操作要求做上下升降或平移。
活动烟罩属于广义上的集气吸尘罩大类中的一种,它的型号比较特殊。
这种烟罩的转炉炉口直径比烟罩的下沿直径还要小。
氧气顶吹转炉在冶炼过程中,余热锅炉的活动烟罩需要经常升降,且活动烟罩靠近炉口,热负荷最大,而且热负荷处于频繁变化状态,容易损坏。
利用热水循环泵跟除氧器两种装置进行组合使用,可以对活动烟罩形成一个低压强制性循环冷却系统,达到为该烟罩冷却降温的目的。
这种运作过程对活动烟罩实现了非常充分的降温冷却,同时还为热力除氧器收集了一些热源。
提供这部热源的正是这个冷却过程回收的热量。
1.2 炉口段烟道环形集箱是炉口段烟道的组成部分,管子也同样。
炉口段烟道属于管式受压部件,也属于炉气通道的主要构成设备之一。
位置固定的氧枪孔是炼钢工艺所必须的。
它的位置应该在炉口段烟道上。
下料口位置也在炉口段烟道。
炉口段烟道是一个独立的中压强制循环冷却系统。
炉口段烟道采用汽化冷却方式。
此段采用中压强制循环汽化冷却方式有两个原因:一个是炉口段烟道的热负荷比较大;另一个是它的表面热强度也比较大。
烟道组成采用管子隔板式即膜式壁。
此段设有非金属膨胀节。
炉口段烟道上设置氧枪口、下料口及炉口微压差控制取压口。
烟道的第一个拐点也设在本段内。
在炉口段烟道处,往往从下料口处开始,将烟气的入口段截面扩大,特别是炉口段烟道的入口做成喇叭形,不但可以减少烟气的粉尘含量,同时又可以避免喷溅物直接喷入活动烟罩与炉口段连接的密封装置中。
转炉汽化冷却烟道移动段水循环问题讨论作者:王子兵赵屾来源:《科技创新与应用》2015年第27期摘要:针对转炉汽化冷却烟道尤其是移动段I段使用寿命低,容易发生事故的问题,对汽化冷却烟道移动段I段正常吹炼期烟气侧传热过程进行了模拟,以热流密度为传递函数对水冷管内水循环状态进行了计算,对水冷管进行了计算分析。
结果表明,现有结构,自然循环设计条件下,正常吹炼期,工质循环速度降低至携带速度以下,移动段I段烟气进口500~600mm 工质汽化点处,工质流速低于携带速度,发生传热恶化,引起水冷管爆管。
关键词:数值模拟;热流密度;自然循环引言某钢厂炼钢车间内现有1座150t转炉,对其实际运行状况调研发现,其汽化冷却烟道移动段水循环方式采用自然循环方式,且移动段烟气进口500~600mm处水冷管发生爆管现象严重(图1),即影响钢产量,又影响运行安全。
1 爆管原因分析通过研究发现,由于移动段采用自然循环,水循环不良引起局部过热损坏,配水管不均匀,水动力不足,上升管、下降管、受热管阻力大,水循环不畅通,冷却效果差,造成汽化冷却烟道移动段冷却水管因水量不足与不均匀而局部过热,不正常的产生破坏。
发生传热恶化,引起管壁温度急剧升高,工质不能及时将管壁冷却,管壁超温发生破裂,引起爆管。
2 烟气侧数值模拟2.1 仿真模型建立以某钢铁厂150t转炉汽化冷却烟道移动段为研究对象,使用ProE软件建立烟道的实体模型(图2)。
并将其作为一个零件导入gambit软件,烟道水冷壁采用六面体网格(图3),使用Sweep 方式划分,计算网格数为524684。
转炉在吹炼过程中,炉气量、温度成份是不断变化的,为确定汽化冷却烟道余热回收的影响因素,首先必须确定烟气量以及烟气成分。
一般情况下,可将转炉烟气看作理想气体的混合物,其成分是一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气。
根据理想气体混合物物性参数的导出方法,我们就可以方便的推导出直接计算烟气物性参数的计算公式,而不必先计算平均烟气成分的物性,再根据实际成分计算修正系数,加以修正。
转炉汽化冷却烟道安全设计岳雷1,2(1.中冶华天包头设计研究总院有限公司㊀内蒙古包头014010;㊀2.内蒙古科技大学㊀内蒙古包头014010)㊀㊀摘㊀要㊀结合活动烟罩和空气过剩系数因素,分析了转炉汽化冷却烟道的安全设计问题和安全运行要素㊂结合对烟道结构和空气过剩系数的分析,分别针对80,120,180,210t转炉进行传热分析,结合计算结果,得出转炉出口温度变化规律,并进行了综合性对比分析㊂分析结果表明,选择合理结构和合适的空气过剩系数是转炉汽化冷却烟道在设计㊁生产过程中至关重要的因素,是预防转炉安全生产事故发生的关键㊂㊀㊀关键词㊀转炉汽化冷却烟道㊀空气过剩系数㊀烟气Safety Design of Convertor Waste Heat BoilerYUE Lei1,2(1.MCC Huatian Baotou Design Research Institute Co.,Ltd.㊀Baotou,Inner Mongolia014010)Abstract㊀In this paper,the safety design&operating factors of convertor waste hear boiler were analyzed by combi-ning the active cover&air excess bined with the analysis of flue structure and air excess coefficient,heat transfer analysis was carried out for converter of80tons,120tons,180tons and210tons respectively,andbased on the calculation results,the temperature change rule of converter outlet was obtained and a comprehensivecomparative analysis was made.The analysis results show that the selection of a reasonable structure and the appro-priate excess air coefficient are the most important factors in the design and production of the converter waste heatflue,and the key to prevent the occurrence of converter safety accidents.Key Words㊀waste heat boiler㊀air excess coefficient㊀gas0㊀引言氧气转炉汽化冷却烟道技术在大中型转炉中被广泛使用,是冶金系统烟气余热回收的有效手段,根据‘钢铁企业节能设计规范“和‘钢铁工业资源综合利用设计规范“,转炉汽化冷却烟道是冶金企业重要的一㊁二次能源回收手段,相继颁布了‘烟道式余热锅炉设计导则“和‘氧气转炉余热锅炉技术条件“,并且提出了相关的传热计算方法[1-2]㊂影响转炉汽化冷却烟道的因素比较多,包括:转炉规模㊁吹炼时间㊁空气过剩系数㊁气体和炉尘的性质㊁气体成分㊁烟气入口活动烟罩温度㊁汽化冷却烟道结构形式等㊂其中,空气过剩系数和汽化冷却烟道结构形式与实践生产联系最紧密,并且在设计与生产过程中可调性最强,其直接影响热量回收和转炉煤气回收的质量[3-4]㊂在转炉生产制度及规模一定的条件下,空气过剩系数对转炉烟气温度㊁一氧化碳含量及烟气量有着决定性作用㊂当空气过剩系数增大时,转炉煤气的温度会升高㊁一氧化碳的含量会降低㊁烟气量会增大;当空气过剩系数减小时,转炉煤气的温度会降低㊁一氧化碳的含量会升高㊁烟气量会降低㊂空气过剩系数直接影响着转炉煤气的质量和转炉汽化冷却烟道的安全运行㊂另一个关键因素就是烟道的几何尺寸,烟道的几何尺寸决定了烟道的传热面积,直接影响了对流传热量和辐射传热量,在设计过程中,合理地确定烟道的几何尺寸是非常关键的问题[3-4]㊂在烟道几何尺寸合理的前提下,生产过程中合理地调整空气过剩系数,既保证转炉煤气的高品质回收,也要保证转炉煤气出口温度不低于610ħ[5],确保整体转炉汽化冷却烟道的安全运行㊂1㊀烟道几何尺寸分析合理的烟道几何尺寸对于转炉汽化冷却烟道直接影响烟道的对流传热面积和辐射围挡面积,直接影响整体烟道的热回收效果和转炉煤气出口温度,当温度低于610ħ时,就很容易引起安全事故,发生烟道爆炸㊂但是,当面积不足时,则会出现温度过高导致后段蒸发冷却系统能力不足,当转炉煤气出口温度高于950ħ时,就会很容易发生蒸发冷却器或文氏管烧损事故㊂因此,合理地选择烟道的几何尺寸,保证对流传热面积和辐射传热面积处于合理区㊃03㊃㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀工业安全与环保㊀㊀㊀㊀Industrial Safety and Environmental Protection㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年第46卷第6期June2020间,是转炉汽化冷却烟道安全运行的首要条件㊂烟道过长或直径过大,会使转炉煤气出口温度降低,一般为保证转炉煤气的回收质量,转炉汽化冷却烟道的空气过剩系数通常设定为0.08~0.12[1-3]㊂见图1,通常,转炉汽化冷却烟道是由活动烟罩㊁炉口段㊁中间段和末端组成,其中转炉煤气出口温度对活动烟罩几何尺寸的变化非常敏感,采用空气过剩系数0.1,使用转炉汽化冷却烟道计算软件对80,120,180,210t 转炉进行综合分析[5],见图2㊂活动烟罩一般可以认为其被火焰笼罩,其冷却作用主要为吸收辐射传热,对流传热量可以忽略不计㊂首先对活动烟罩进行分析,当活动烟罩尺寸发生变化时,转炉煤气的出口温度参考图3,活动烟罩出口温度参考图4㊂通过对活动烟罩辐射围挡面积的变化,对转炉煤气的出口温度进行计算,可知当转炉汽化冷却区烟道的其他组成部分不变时,活动烟罩辐射围挡面积的变化对转炉煤气出口温度的影响较大,其主要原因在于活动烟罩的进口炉气温度最高,此时如果增大冷却面积,在最初的活动烟罩处温降将非常明显,这直接会影响最终的转炉煤气出口温度,根据计算统计分析,当活动烟罩处的辐射围挡面积增加1倍时,转炉煤气的出口温度将下降约200ħ㊂图1㊀余热锅炉结构图2㊀计算软件示意㊀㊀通过计算分析可知,活动烟罩的尺寸设计不仅仅要考虑到活动烟罩的行程㊁操作空间及烟道的结构形式,更重要的是应详细计算辐射围挡面积,保证其不影响转炉煤气出口温度㊂转炉规模较大时,应注意其温度过高,对蒸发冷却设备或文氏管造成危害;转炉规模较小时,应注意防止其温度过低,造成爆炸事故㊂2㊀空气过剩系数分析㊃13㊃合理地确定空气过剩系数是非常重要的,降低空气过剩系数虽然可以提高转炉煤气品质,提高一氧化碳的含量,但是当空气过剩系数达到一定数值时,此时转炉煤气已经无回收价值,但是随之而来的是风量的增加和转炉煤气出口温度的增加㊂图3㊀转炉煤气出口温度变化利用氧气转炉汽化冷却系统计算软件计算,对80,120,180,210t 转炉进行综合分析,各吨位转炉烟道的对流传热面积和辐射围挡面积可参考下表1㊂根据表1所提供的数据,对空气过剩系数由0.06至0.4进行分析计算㊂图4㊀转炉煤气活动烟罩出口温度变化根据图5所示,当空气过剩系数增大时,转炉煤气的出口温度基本上会上升约100ħ,同时风量也会增加㊂对于正常生产过程,空气过剩系数一般会被控制在0.1左右,当活动烟罩出现不正常运行或需要提高空气过剩系数的情况下,如果空气过剩系数低于0.2,则不会对转炉煤气出口温度产生较大影响,不会引发安全事故㊂但是,空气过剩系数达到0.4时,转炉煤气出口温度将会提高100ħ,此时,蒸发冷却系统或文氏管将容易发生烧损或冷却不完全问题㊂表1㊀转炉传热面积转炉规模对流传热面积/m 2活动烟罩炉口段中间段末段㊀辐射围挡面积/m 2活动烟罩炉口段中间段末段80t 161.4127.782.317.612094.946.3120t 150.4274.4225.419.1113206.2138.9180t 183.1362.3192.921.8137.6272.2103.8210t193.9383.6199.623.8145.7288.3105.2图5㊀空气过剩系数-温度变化3㊀结语综合以上分析,转炉汽化冷却烟道的安全设计的要点包括合理的烟道结构和合适的空气过剩系数控制范围㊂合理结构和合适的空气过剩系数是转炉汽化冷却烟道在设计㊁生产过程中至关重要的因素,任何一方面出现问题,都会导致安全生产事故的发生,带来不可估量的损失㊂因此,在炼钢车间转炉汽化冷却方案制定㊁工程设计及试生产过程中,都必须详细地针对不同设计条件和操作方法来准确评估转炉煤气的温度变化,防止发生爆炸或烧损事故㊂参考文献[1]JB /T 7603 1994.烟道式余热锅炉设计导则[S].[2]JB /T 6508 1992.氧气转炉余热锅炉技术条件[S].[3]张海新.锅炉机组热力计算标准方法[M].北京:机械工业出版社,1976.[4]冯俊凯,沈幼庭,杨瑞昌.锅炉原理及计算[M].北京:科学出版社,2003.[5]岳雷.钢铁企业燃气工程设计手册[M].北京:冶金工业出版社,2015.作者简介㊀岳雷,男,1983年生,硕士,高级工程师,从事燃气工程㊁热力工程㊁空分工程相关的设计工作㊂(收稿日期:2020-01-05)㊃23㊃。
150T转炉(干法除尘)汽化冷却烟道烟气流场的数值模拟摘要:对转炉汽化冷却烟道进行建模,然后进行了数值模拟,得到了烟道内的速度场和温度场分布,为深入了解研究汽化冷却烟道内的烟气流动与传热提供了方便。
关键词:汽化冷却烟道烟气流场数值模拟汽化冷却烟道是转炉炼钢尾气处理的重要设备,它起着收集,输送与冷却烟气,导流等多方面的作用。
目前,转炉烟道的使用寿命很不理想,上段烟道的使用寿命一般为6年,下段烟道约为2~3年。
在使用寿命期内,事故率高,经常需要检修,不仅检修工作量大,而且在安全生产上也是一大隐患[1]。
研究发现,热负荷过大的过热损坏,热疲劳,烟气冲刷腐蚀等问题是目前转炉汽化冷却烟道使用中所存在的主要问题,同时,蒸发冷却器内经常结垢,这与烟道的降温导流有一定关系。
汽化冷却烟道实质是余热锅炉,烟道有水冷管排列而成,烟气自转炉出来,以10m/s的速度直接进入烟道,水冷管内水吸热蒸发带走一部分热量,产生的蒸汽进入汽包可供生产生活使用,同时烟气温度降低到确保蒸发冷却器不被高温烟气损坏,到烟道尾端时大约可把烟气由1500℃左右降到800℃~1000℃,然后烟气进入蒸发冷却器进行初次除尘[2]。
本文结合国内某钢厂150T转炉汽化冷却烟道结构特点,在进行了一定的简化和假设的基础上,建立了汽化冷却烟道的物理模型,应用CFD的方法对烟道内的烟气流场进行数值模拟分析。
1 物理模型的建立及方法模拟对象按照烟气的流动方向取汽化冷却烟道的炉口固定端,可移动端,中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ段,以及末段烟道,整个流场在X方向跨度为18.5m,Y方向跨度为11.5m,Z方向跨度为35.5m,烟道直径入口处3.7m,中段及以后为恒定的3.05m,示意图如图1所示。
转炉炼钢分为前中后三期。
前期为吹氧期,随着铁水的燃烧,温度逐渐升高,烟气流量逐步增大,吹炼中期烟气量烟气温度流速达到最大。
我们取烟气量最大的冶炼中期为研究对象,模拟是三维稳态定常运动。
在划分网格时采用分段划分,规则段采用六面体网格,不规则段采用四面体不规则网格,共划分为网格288867个网格单元。
20t氧气顶吹转炉物料平衡与热平衡计算1)铁水成分及温度表1-1 铁水成分及温度2)原材料成分表1-2 原材料成分3)冶炼钢种及成分表1-3 冶炼钢种(Q235)成分4)平均比热容表1-4 原料平均比热容5)冷却剂用废钢做冷却剂,其它成分与冶炼钢种成分的中限皆同。
6)反应热效应(25℃)表1-5 铁水中元素氧化放热注:数据来源:《氧气转炉炼钢原理》(美),密执安大学,冶金工业出版社,1974年,75页。
7)根据国内同类转炉的实测数据选取(1)渣中铁珠量为渣量的8%;(2)金属中碳的氧化,其中90%的碳氧化成CO,10%的碳氧化成CO2;(3)喷溅铁损为铁水量的1%;(4)炉气和烟尘量,取炉气平均温度1450℃。
炉气中自由氧含量为%。
烟尘量为铁水量的%,其中FeO=77%, Fe2O3=20%;(5)炉衬侵蚀量为铁水量的%;(6)氧气成分,%O2、%N2。
1.2 物料平衡计算根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种,采用单渣不留渣操作。
为了简化计算,以100kg钢铁料为基础进行计算,取废钢比9.45%。
1)炉渣量及成分计算炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。
(1)铁水中各元素氧化量表1-6 铁水中各元素氧化量注:终点钢水据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取,其中:[Si]:在碱性氧气转炉炼钢法中,铁水中的硅几乎全部被氧化,随同加入的其它材料而带入的SiO2起进入炉渣中,所以终点钢水硅的含量为痕迹。
[P]:采用低磷铁水操作,炉料中磷约85~95%进入炉渣,本计算采用低磷铁水操作,取铁水中磷的90%进入炉渣,10%留在钢中,则终点钢水含P×kg。
[Mn]:终点钢水余锰含量,一般为铁水中锰的含量30~40%,取30%,则终点钢水含Mn×kg。
[S]:去硫率,一般为30~50%的范围,取40%,则终点钢水含S×kg。
[C]:终点钢水含碳量,根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差,则为终点含碳量。
氧气转炉汽化冷却烟道传热计算
岳雷
【期刊名称】《节能技术》
【年(卷),期】2012(030)003
【摘要】对氧气汽化冷却烟道传热的计算方法提出实用算法,而取代机械行业标准“烟道式余热锅炉设计导则”和“氧气转炉余热锅炉技术条件”中所提出的辐射传热算法.文中主要介绍了烟气成分计算、辐射传热计算和对流传热计算方法.其中烟气成分计算过程主要包括烟气的组成、焓值;辐射传热计算将放弃机械部标准所提出的辐射传热计算标准,而采用锅炉辐射室标准计算方法;增加对流传热部分,弥补机械部标准缺少对流换热计算的问题.综合整个过程中的辐射传热和对流传热与烟气焓值变化进行比较,进行综合试差运算,最终确定整个汽化冷却烟道的温度变化和热能回收状况.
【总页数】4页(P245-248)
【作者】岳雷
【作者单位】中冶东方工程技术公司动力所,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学,内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【中图分类】TF748.21
【相关文献】
1.氧气转炉汽化冷却烟道传热计算 [J], 程雷英
2.氧气转炉汽化冷却烟道低烟温区损坏原因初探 [J], 陆大中
3.电弧炉水冷烟道汽化冷却技术改造 [J], 杨奕兵;周剑;刘亚洲
4.冶炼厂汽化冷却烟道出现故障的原因及解决措施 [J], 杨柳
5.转炉末段烟道汽化冷却系统改造 [J], 周鑫龙
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转炉低温段烟气换热设计与计算摘要:本文通过福建三钢120t转炉换热烟道的设计实践,阐述了转炉低温段换热烟道的设计与计算,给出了换热烟道的换热量、换热面积及冷却水量等计算方法。
关键词:烟道;换热量;换热系数;计算1 前言转炉在吹炼过程中产生大量的高温烟气(燃烧期1450~1600℃、回收期1200~1400℃)经汽化冷却烟道冷却,烟气温度降为850℃左右,通过蒸发冷却塔(EC),烟气直接冷却到200℃左右,然后经过管道冷却到150℃左右进入电除尘器。
自850℃以后的低温烟气的热量没有得到有效利用。
因此有必要在粗灰装置出口管道设计一套余热回收系统,对转炉低温烟气余热加以利用。
2 设计与计算在换热烟道中高温气通过辐射、对流的换热方式,将热量传给管壁,而管壁经传导、对流的热交换方式将热量传给冷却水管内的水。
2.1 烟气放热量计算烟气经过汽化冷却烟道的受热面所放出的热量,扣除散到周围的散热量,就是烟气的有效放热量,公式如下:3 结语按上述计算方式设计的三钢二炼钢厂1#转炉低温烟气余热回收系统,自2017年低温段水冷烟道投入使用以来,运行良好,经济效益显著。
降低EC用水量:4~6kg/t钢;多回收烟气余热(蒸汽): 10~12kg/t钢。
年效益50余万元。
参考文献:[1]JB T7603-1994.烟道式余热锅炉设计导则[S].[2]杨世铭,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社,2006年.459-508.[3]赵渭国,杜涛.火焰炉设计计算参考资料[M].沈阳:东北大学,2010年. 54-71.[4]岳雷.氧气转炉汽化冷却烟道传热计算[J].技能技术, 2012年,30(3),245-248.。
氧气转炉汽化冷却烟道传热计算
氧气汽化冷却烟道传热的计算方法是一项相对较为适用的研究算法,通过对其烟气成分计算和辐射传热计算等计算方法的研究,可以得出其烟气的构成以及焓值等方面的相应计算方法,并可以按照辐射传热计算的崭新标准替代机械部传统标准关于辐射传热计算的制定。
使得锅炉辐射室标准获得一个计算方法,确定出整体汽化冷烟道的温度变化规律以及热能回收的效率情况。
标签:氧气;转换;烟道前言
氧气转炉过程中其涉及到冶金系统的烟气余热的有效回收效果,并随着国家工业机械部颁布的烟道式余热锅炉设计导则以及氧气转炉余热锅炉技术条件两个条款规范,开始对其传热计算的方法进行了研究,因而对其进行传热计算的方法探讨具有重要的现实意义。
1 转炉余热烟道的发展研究现状
转炉余热烟道温度场和热应力的计算是一个涉及到传热、功能、力学的整体运作过程。
由于影响因素相对较多,因而清晰的获得热应力和变形的分布规律是相对不容易的。
烟道作为转炉整个项目大家族中最基础构成单元,在工业生产中一个非常常见的结构单元,其地位及作用往往被轻视,在设计上也过于简单,对其的热应力计算相对不多,大部分时候都是依靠己发生的事故来判断结构有影响的位置,处于被动的事后维修阶段,带来很多实际工作的阻碍。
这些阻碍都会使得整体的维护工作处在一个不利的状况中。
在随着工程生产的投产运行,其烟道承受烟气压力和整体多因素的负担开始提高,并自身载重、积灰载荷及外部自然条件的作用,产生了难以忽视的问题。
通过改进烟道结构进而慢慢由隔板式向密排式开始进行研究,由水冷却向全汽化冷却开始进行。
通过对这一过程的整体性的研究主要集中在对烟气的处理回收利用或者是对烟道问题研究、制造方式以及传统的积累经验对结构设计提出改进等方面,但都在涉及烟道的温度场以及热应力的研究过程中存在偏少的状况[2]。
2 烟气成分的计算
烟气的物理特性参数主要包含汽化冷却入口烟温和焓值,以及进入炉气的燃烧产物和进入烟罩时,其烟气中含有的携带热量。
其热量的主要包括炉气的物理热,一氧化碳等可燃物通过燃烧所释放出的辐射热量。
并在空气带入的热量主要包括从烟罩入口的空气以及汽化器高温段漏入的气体,进而通过对这过程的直观联系,得出漏入空气温度一般可按31%的进入烟罩的热量进行等量的对比分析,并需要对其带入空气中的热量进行排除,这之中是不包含灼热的炉尘和熔池内的金属向罩内的辐射传热产出的,因而需要对比在国内外资料关于烟气在热量中含量关系,以及烟气总能量的 3.8%左右进行对比,并且在烟气中的二氧化碳和水蒸气会发生有效的化学作用关系产生,热分解需要吸热,减少了烟气的焓值。
使得在烟气的焓值计算中可以对其进行公式的表示。
I=1.04×(Il+Ir+Ik)-IF
公式中的I为炉其的焓值,Il为炉其的物理热量,Ir为炉其中的可燃物燃烧所释放的热量,Ik为空气中的带入热量值。
IF为炉气中的二氧化碳和水的分解过程所产生的热量效果。
通过计算炉气的物理热过程分析,其整体性较为复杂,并需要考虑到二氧化碳以及一氧化碳和水蒸气等方面不同的作用影響,其计算公式是一种合成公式,
即
其中公式Ni为可燃物燃烧后的各部分构成气体所占的百分比,Ii为可燃物在燃烧后各构成气体的焓值程度,Ih为可燃物在燃烧后炉尘的焓值大小程度。
其在燃烧后的炉尘需要按照严格的焓值计算方法进行推导:
其μy之为烟气中的烟尘浓度大小程度,μl为炉其中的烟尘的浓度大小程度,Cash表示溶尘损失的百分比程度。
因而在计算炉气的物理数值中,需要对各构成部分的焓值以及相应的参考资料进行有效的考量,并在炉尘计算中考虑到准确的数据,并对其转炉炉尘的密度进行一定的判定,要取值在0.173KG/Nm3。
这种取值是相对于中小型的转炉炉尘密度进行考虑的。
其可以取值在0.22KG/Nm3通过这些可以有效对其进行炉尘估算。
并可以对炉气中的一氧化碳在燃烧中的放热效果进行判定,其公式为:
其公式中TIk为当地环境温度的变化程度,Csk为湿空气的定压比热程度,其二氧化碳以及水蒸气分解所产生的热量分解,其二氧化碳以及水蒸气的分解程度和相关资料可以通过分解热量的计算公式进行判定。
3 辐射传热计算
大型锅炉标准计算需要对水冷壁管道的传热计算进行严格的算法设计,其需要根据气化冷却烟道的物理特点和结构特点进行辐射热量计算公式,设公式为:
整个公式中,Qi是冷却室受热面积所吸收的热量程度,V1是炉气的总量值,M是水冷壁的物理特点参数值,ad1是水冷壁的当量黑度表示大小,并同时要考虑到水冷壁的热有效系数以及入口计算的烟温和出口计算的烟温程度,使得可以得出对水冷壁的当量黑度计算的参考数值,
其中a可以表示为烟气的黑度,进而通过对烟气黑度计算公式的对照判定,可以得出烟气中各构成部分的黑度判定,并要依靠各构成部分的分组压力值以及辐射层相应的厚度程度,来进行和乘积的有效对比进而开始确定其查询的有效系数曲线值。
在公式中需要考虑的要素包含净烟气黑度以及二氧化碳的黑度关系,同时也需要对水黑度进行考虑,也要对烟尘辐射减弱系数的程度大小进行判定,并要对
烟气的绝对压力值要参考标准大气压的取值进行判定,同时也要考虑到辐射层厚度值。
这一公式可以有效的对烟气的黑度进行计算方法的判定。
其重视中关于炉口段以及烟罩段的取值要在0.05左右,并且炉口段要在上辐射段取0.01值,其也需要考虑烟尘中的炉尘计算浓度以及烟尘评价温度的百分比,并要计算出尘粒计算的相应直径。
其成立的直径也需要根据其空气的过程系数进行有效的确定,并要考虑在不构成参数在相互不同比值下所对应的变化,进而对其水冷壁比较的系数以及水冷壁热有效的系数以及水冷壁特性参数机械一定剂量的参考判定,在对综合试差进行判定可以得出其计算的流程过程结果。
4 结束语
通过按照机械工业部所提出的计算方法进行一定程序的计算设计,并可以通过实例进行有效的计算方法验证,发现其段位辐射传热数据在可知的情况下,其流传热量的对比也相对可以判定,其和机械部标准算法相比较更具有现实意义。
参考文献
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