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焦炭局部换热系数与导热反问题的研究

中国换热器网 2015-07-23

  2系数。根据干熄炉内焦炭与循环气体传热的特点,设计并建立了非稳态固定床干熄炉模型实验装置,针对焦炭粒度循环气体流量等关键参数进行了实验研宄。通过对焦炭导热反问的数值求解,得到了冷却段中轴线上焦炭颗粒的面热流和面局部换热系数。  1实验装置干熄焦传热模拟实验装置由干熄炉组热风系统冷风系统和流量控制系统4部分构成2,1.为有效地利用加热系统和加快实验进程,实验s2b其中,只为焦炭当量半径,为焦炭密度,为焦炭比热以处为焦炭热导率,贾。1未矢口,是焦炭的面热流密度,贾1;是解的部分。  不同时刻下,由实验测量获得焦炭中心点0和焦炭径向点1的温度1和心。根据焦炭内部初始温度均匀分布的假设条件3,则有干熄焦实验炉按熄焦能力为751的干熄炉尺寸的17的比例设计。冷却段2个基本测量层的相对高度为H.对于每测量层,在轴心处放置1个焦炭测试球,测试球中埋入2支热电偶,以测量焦炭温度,2.在炉体半径中心插入抽气热电偶,用于测量相应位置的炉气温度,测试信号由0压13人。918出,15816瓜装置米集,通过奶232,端口与计算机交换数据。  电,2时间a焦炭导热反问的数学模型及其求解2.2导热反问的求解中采用2座熄焦实验炉,交替进行加热和冷却过程实验。模拟实验的基本原理加热炉内燃烧柴油,通过换热器加热空气经过流量控制系统进入干熄炉内,将焦炭加热到定温度后切换控制阀,冷风系统向干熄炉内鼓入定流量的冷风,冷却焦炭到室温。在重复实验中,通过控制温度使焦炭与气体无化学反应发生。  2.1数学模型干熄炉内焦炭颗粒和循环冷却气体之间的局部换热是个复杂的传热过程,影响因素较多。为了研究上的方便和突出问的物理本质,作如下假设焦炭物性均匀,密度比热和热导率为定值;焦炭测试球近似为球体,其直径为床层焦炭颗粒的当量直径;冷却初始时刻焦炭内部温度均匀分布;焦炭球内的温度分布关于球心对称。  由此,干熄炉内焦炭冷却过程简化为沿半径1方向变化的球体的维非稳态传热过程,3.  焦炭测试球内部导热微分方程为相应的边界条件换热器孔板流倨计热反问的求解。将焦炭冷却过程按定周期进行划分,假定每个周期内焦炭面热流密度为恒定值,对其进行估计,通过数值迭代求解导热微分方程,使焦炭内部温度测量点的数值计算结果和相应时刻下的实验测量值之间具有*小误差。本文采用*小2乘法构造误差函数即面热流的*佳估计值下,具有*小值。  在数值求解面热流,时,可同步计算确定焦炭球各点的温度值打,包括焦炭确定焦炭的面局部换热系数其中,为焦炭面局部换热系数,贾,⑴为焦炭周围冷却气体温度心直接由实验测量获得。  3结果和讨论实验用焦炭比热容,为0.96热3.1面局部换热系数数值求解焦炭导热反问时,假定热流变化周期与实验测温采样周期致,即从冷却过程开始,认为每8时间段内焦炭面热流密度为恒定值。数值计算时间步长取为18.34绘出了冷却空气质量流量为1.048.3kgh的条件下,40mm粒径焦炭冷却的实验和计算结果。  计算值随时间的变化关系曲线。从中可以看出,焦炭中心点径向点的温度测量值和计算值基本重合,证明了焦炭导热反问数学模型和计算结果的准确性。  试球面局部换热系数面热流以及焦炭面与气体的温差随时间的变化规律。从中可以看出,随着冷却过程的进行,焦炭面与冷却气体的温差乃0先增大后减小;焦炭面热流密度逐步增大,而后趋于平缓,再逐渐减小;焦炭面局部换热系数反直保持增长趋势,当焦炭温度降至与周围冷却气体温度基本致时,剧增趋于,19942012ChinaAcademicJoumal无穷中未画出,焦炭与冷却气体达到热平衡状态。比较上下焦炭测试球还可看出,由于下层焦炭靠近冷风入口,从而具有较高的面热流和局部换热系数,温差7;7变化迅速,焦炭冷却较快;上层焦炭远离冷风入口,冷却过程的开始相对于下层焦炭有明显滞后对于中情形,滞后约50,8,并且冷却过程中相关物理量变化平缓,焦炭所需冷却时间较长。需要指出的是,在冷却初始阶段,热焦炭加热冷却气体,因而在千熄炉冷却段上部,焦炭面温度略低于冷却气体温度,即乃尺0,4 3.2焦炭粒度和循环气体流量的影响验时,冷却空气质量流量7的控制范围分别为各种实验条件下,依据上下焦炭测量温度的平均值进行导热反问计算,并将得到的焦炭面局部换热系数对时间取算术平均,从而获得相应于实验干熄炉冷却段中轴线上的焦炭面局部换热系数,5.实验结果明,冷却气体流量的增加有利于提高焦炭面的局部换热系数;面局部换热系数对焦炭的粒度较为敏感,并且在焦炭粒度变小时,换热系数急剧增加。结合文献4的结果,焦炭局部换热系数与干媳炉内平均换热系数有着类似的变化规律。  4结论冷却气体流速m.s实施了焦炭导热反问的数值求解,计算结果明,焦炭面局部换热系数随着冷却过程的进行逐渐增大,直到焦炭温度降至与冷却气体基本致时,换热系数剧增趋于无穷,达到热平衡态。  1根据千熄炉内焦炭与循环气体的换热特点,设计并建立了非稳态固定床干熄炉模型实验装置。  针对焦炭粒度和冷却气体流量等参数进行了实验研宄,得到了干熄焦实验炉中轴线上焦炭面局部换热系数的变化规律。  实验结果明,冷却气体流量的增加有利于提高焦炭面的局部换热系数,并且面局部换热系数对焦炭的粒度较为敏感。  致谢本文的研宄工作得到了国家经贸委技术创新项目和国家自然科学基金委员会批准号50136020的支持,作者感谢。  18.兄反如等著。姚正,宋辰光等译。竖炉热交换。中国工业出版社出版,北京,1964 2王荻楠。千熄炉焦炭床层传热系数的实验研宄。硕士学位论文,北京科技大学,2002平均换热系数的实验研宄。燃料与化工。2003,344179181刘晓明编辑焦炉放散环保装置的开发与应用巩力强凌源钢铁公司第焦化厂,凌源122504我厂现有58型焦炉2座分别为42孔和30孔,每座焦炉上有放散管2.个,原设计放散系统没有环保装置。国内些焦化企业如马鞍山等采用为此我们自行开发了放散环保装置。  1放散环保装置结构焦炉放散环保装置由混合燃烧器加固钢结构和电子点火器组成。  1.1混合燃烧器混合燃烧器装置它是焦炉放散环保装置的核心,其作用是使放散的荒煤气在氧气过剩的条件下充分燃烧。  在每台混合燃烧器上安装8支蒸汽喷射支管,喷射的蒸汽强制火焰向上燃烧并产生向上的吸力。  管圈由0125钢管焊接,它与气源相连,由它向支管供应蒸汽。套体是混合燃烧器的主要部分,荒煤气和空气在内部泡合后在顶部燃烧。  每台装置上还设有4个引风套和4支蒸汽喷射支管,与气源相通,气源由蒸汽主管经管圈供给。  通过蒸汽喷射产生吸力,使大量空气通过引风套进入混合燃烧器,以确保荒煤气燃烧所需氧气及空气和荒煤气的充分混合。  1.2加固钢结构新设计的焦炉放散环保装置比原放散管的高度风阻面积及重量都有增加,同时还要考虑工人检修等诸多安全问,所以对原钢结构部分进行了全面加固。

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