烧结余热竖罐式回收工艺流程及阻力特性研究

论文摘要

烧结过程余热资源的高效回收与利用是降低烧结工序能耗的主要手段之一。目前,烧结过程余热资源回收与利用的主要方式是鼓风分段冷却回收,其存在着一定程度的“先天不足”,即：冷却系统漏风率高达30%-50%,余热回收率仅为10%-40%,不利于烧结余热回收。基于此,借鉴干熄焦技术提出了竖罐式回收方法。其基本工艺流程是：热烧结矿由罐体顶部进入,随着冷烧结矿的不断排出下降到冷却段,在冷却段通过循环气体进行热交换而冷却,最后由底部排出。同时,冷却空气在罐体内与热烧结矿进行热交换后温度升高,并经环形烟道排出,高温循环烟气经过一次除尘器后进入余热锅炉并进行热交换,锅炉出来的低温循环烟气进过二次除尘器进一步分离细颗粒烧结矿后,由循环风机送入预热器,经换热后再进入罐体循环使用。较传统冷却方式,新余热回收方式既能克服以往冷却机漏风造成的冷却与回收热资源效率降低的问题,又能克服以往的冷却机只能回收部分热源的问题,其能对烧结矿显热几乎全部回收利用。竖罐式余热回收的是否可行主要取决于三方面,即烧结矿料层阻力特性、烧结料层内气固传热特性以及烧结矿冶金性能。针对于料层阻力特性问题,本文采用实验方法研究了料层的表观流速、粒径大小与分布等因素对料层阻力的影响,并探讨了临界雷诺数,同时辅以数值模拟研究边缘效应、罐体截面形状等对单位料层压力损失的影响。其中实验过程采取冷态实验为主,热态实验进行修正的方法。研究结果表明：（1）影响罐式气固阻力特性的主要因素是：颗粒当量直径、表观流速、颗粒温度、边缘效应、梯形截面。其中,烧结矿单位料层压力损失随着烧结矿颗粒尺寸的增加而减少,随着空塔流速的增加而增加；冷态烧结矿单位料层压力损失进行线性拟合,拟合方程为：当烧结矿颗粒有温度变化时,引入气体状态方程对Ergun方程进行修正,修正方程为：边缘效应的影响在实际生产过程中不可忽略,且通过孔道流量与孔道所占截面比例不相同；采用梯形截面模型压力损失随着底角增加而减少；相邻两次倒料过程中罐体内布入一定厚度均匀颗粒烧结矿,有利于烧结布风,但罐体压力有所增加。（2）临界Re*其随着烧结矿颗粒尺寸的增加而增加,针对Re*与罐体和烧结矿颗粒当量直径关系曲线进行拟合,拟合方程：（3）竖罐式余热回收方式设计相关参数：表观流速范围为1～2m/s,根据Ergun方程修正公式,实际生产烧结矿单位料层压力损失范围为1.1～2.5kPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外烧结余热资源回收与利用现状
• 1.2.1 国外烧结余热资源回收与利用现状
• 1.2.2 国内烧结余热资源回收与利用现状
• 1.3 CDQ余热回收技术
• 1.4 多孔介质阻力实验研究现状
• 1.5 多孔介质数值计算研究现状
• 1.6 研究主要内容
• 第2章 烧结余热竖罐式回收方式及工艺流程的提出
• 2.1 现行烧结冷却方式的不足
• 2.2 烧结余热竖罐式回收工艺流程及结构特点分析
• 2.2.1 烧结余热竖罐式回收工艺流程
• 2.2.2 烧结余热竖罐式回收工艺结构特点
• 2.3 竖罐式余热回收装置的优点
• 2.4 小结
• 第3章 竖罐式余热回收装置阻力特性实验研究
• 3.1 实验任务与目的
• 3.2 实验原理
• 3.2.1 气流通过固定床的阻力特性
• 3.2.2 固定床基本参数
• 3.2.3 固定床中孔隙率分布
• 3.3 实验装置
• 3.4 实验过程
• 3.5 实验分析
• 3.5.1 临界雷诺数的测定
• 3.5.2 料层高度对单位料层阻力的影响
• 3.5.3 表观流速对单位料层阻力的影响
• 3.5.4 不同颗粒Ergun阻力系数的确定
• 3.5.5 温度对单位料层阻力的影响
• 3.6 料层阻力实验对竖罐式余热回收装置设计指导意义
• 3.7 小结
• 第4章 竖罐内气体流动过程数值模拟
• 4.1 目的与意义
• 4.2 基本假设
• 4.3 多孔介质模型的确立
• 4.3.1 多孔介质的动量方程
• 4.3.2 多孔介质Darcy定律
• 4.3.3 多孔介质模型相关参数的确定
• 4.4 FLUENT计算步骤
• 4.5 结果与分析
• 4.5.1 未经筛分烧结矿压力损失模拟
• 4.5.2 边缘效应对料层阻力的影响
• 4.5.3 梯形截面对料层阻力的影响
• 4.5.4 均匀颗粒布风对料层阻力的影响
• 4.6 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢