基于FLUENT水夹套上升管换热的数值模拟研究.docVIP

- PAGE 7 - 附件： 焦炉上升管换热器热工过程的数值模拟研究 引言 能源是人类社会生存和发展的重要基础，我国能源利用效率低，节能潜力巨大。随着化石燃料的日益枯竭和环境问题的日渐严峻，余热回收利用技术将成为节能领域研究的重要课题。目前，钢铁行业节能已取得了重大进展，主要节能技术包括：高炉炉顶余压发电技术、高炉煤气综合利用技术、转炉煤气回收利用技术、工业炉窑综合节能技术、干熄焦技术等 ADDIN EN.CITE EndNoteCiteAuthor关山/AuthorYear2004/YearRecNum88/RecNumDisplayText[1]/DisplayTextrecordrec-number88/rec-numberforeign-keyskey app=EN db-id=05ftrrez3fdtanef2f259wakx22p0pzrrde988/key/foreign-keysref-type name=Journal Article17/ref-typecontributorsauthorsauthor关山/author/authors/contributorstitlestitle积极发展钢铁行业重点节能技术/titlesecondary-title中国科技投资/secondary-title/titlesperiodicalfull-title中国科技投资/full-title/periodicalpages31-32/pagesvolume08期/volumedatesyear2004/year/datesurls/urls/record/Cite/EndNote[ \o 关山, 2004 #88 1]。但是，该行业能源浪费依然巨大，余热利用率为40%—50%，余热浪费主要集中在高炉渣、转炉渣、荒煤气，其中高炉渣、转炉渣的余热回收技术已相对成熟，荒煤气余热回收利用依然处于探索发展阶段。如果我们可以在这方面先行一步，开发出创新高效的荒煤气余热回收技术方案，一定能够为企业带来显著的经济和环保效益。 安徽工业大学承接了宝钢的“荒煤气换热器内壁纳米不粘涂层工艺开发与应用研究”项目，该项目的目标是： 开发出防结焦纳米涂层的大工件喷涂工艺； 在1根上升管取热装置上喷涂防结焦纳米涂层，进行工艺试验。 在本课题中，换热器技术已经非常成熟，而带有纳米涂层的换热器技术仍在开发中。与传统的换热器相比，带有纳米涂层的换热器对壁温的控制要求更高，为控制壁温则需要对换热器上升管内的换热规律进行深入的研究，为此，本文针对焦炉上升管、换热器上升管内部的换热规律进行了数值模拟研究，为解决课题中的若干问题提供了技术参考。 基于FLUENT的上升管建模 2.1 焦炉上升管系统的组成及原理 图2-1 焦炉上升管、集气管示意图 从炭化室出来的荒煤气经上升管、桥管进入集气管，降温后再进入初冷器等设备依次净化制备化学产品。上升管是在焦炉炉顶用以导出炭化室内荒煤气的设备，由筒体、桥管和翻板座(水封阀阀体)构成，结构如图2-1所示。上升管筒体是用铸铁或钢板焊成的圆筒，内衬粘土砖。如果制成带有夹套的上升管，则需要在夹套内通水或有机热载体，以回收荒煤气显热。桥管上部设有水封盖和高压氨水喷嘴，用以喷入热氨水，借助于氨水蒸发冷却荒煤气。当往炭化室内装煤时，利用氨水喷射时产生的负压引导荒煤气进入集气管，以减少由装煤孔逸散的烟气。 2.2焦炉上升管结构模型的建立和网格划分 2.2.1 几何模型的建立 本文的焦炉上升管、集气管系统的原理图如图2-1所示，本节选取该图中的上升管管段作为研究对象，该结构模型中的管壁内部衬有耐火砖，这与现场的实际情况相符，但由于现场焦炉上升管的内径为400 mm，而换热器上升管内径为500 mm且管内无耐火砖，于是我们针对焦炉上升管分别建立内径为400 mm和500 mm两种无换热器上升管结构模型，如下图2-2所示。 图2-2 焦炉上升管模型 图2-3 焦炉上升管余热回收系统现场照片 图2-3是我们在现场拍摄的即将在宝钢安装使用的上升管余热回收系统的照片，本文选取该系统作为换热器上升管的原始模型，采用现场测量的设计尺寸作为该模型的结构尺寸，建立了如下图2-4所示的结构模型。 图2-4 换热器上升管的结构模型 图2-5 红外摄像 图2-5是在钢厂现场拍摄的焦炉上升管红外摄像照片，本文将采用内径为400 mm的无换热器上升管结构模型的数值模拟结果与现场红外摄像进行对比，以验证模型的可靠性；而采用内径为500 mm的无换热器上升管结构模型的数值模拟结果与换热器上升管的换热情况进行对比分析，以研究焦炉上升管、换热器上升管内部的换热规律。 2.2.2 网格划分 本节在上一节建立的结构模型基础上，采用ICEM软件画出网格，并采用结构化六面体网