高溫煅后焦余熱回收換熱器傳熱特性研究.pdf

1、炭素行業(yè)中煅后焦是生產(chǎn)鋁電解陽極、煉鋼用石墨電極和增碳劑的重要基礎(chǔ)材料。煅后焦是石油焦經(jīng)高溫煅燒后的產(chǎn)物，其顆粒初始溫度一般在800°C以上，含有豐富的余熱量，若將其通過余熱回收換熱器冷卻降溫，充分回收這部分熱量，將對實現(xiàn)我國節(jié)能減排、提高能源利用效率具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　本文首先建立一級換熱器內(nèi)顆粒傳熱的物理模型，采用Fluent模擬研究換熱器內(nèi)高溫煅后焦顆粒的傳熱機理，分析了顆粒導(dǎo)熱系數(shù)、顆粒粒徑、顆粒間短圓柱接觸面積

2、、顆粒初始溫度和換熱器寬度對一級換熱器傳熱特性的影響規(guī)律。然后搭建二級換熱器傳熱實驗系統(tǒng)，研究了顆粒平均粒徑和電加熱功率對低溫煅后焦顆粒穩(wěn)態(tài)傳熱特性的影響規(guī)律。得出以下結(jié)論：
　?。?）模擬研究了一級換熱器內(nèi)高溫煅后焦顆粒傳熱機理，結(jié)果表明：換熱初期，顆粒與間隙氣體之間的傳熱方向會發(fā)生改變，并且傳熱方向發(fā)生改變的位置逐漸向?qū)ΨQ面推進。對于換熱器壁面附近而言，隨著換熱時間的增長，顆粒的導(dǎo)熱熱流密度和輻射熱流密度及間隙氣體的導(dǎo)熱熱流密

3、度均減小，但通過三者對比發(fā)現(xiàn)，換熱器壁面附近是以顆粒的導(dǎo)熱方式為主。
　?。?）模擬研究了顆粒導(dǎo)熱系數(shù)、顆粒粒徑、顆粒間短圓柱接觸面積對一級換熱器傳熱特性的影響，結(jié)果表明：顆粒當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)由0.9增大到1.1，換熱器壁面處顆粒導(dǎo)熱量占比從92%增大到94%，間隙氣體導(dǎo)熱量占比從8%降至6%；余熱回收效率從78.99%升高到80.11%；顆粒當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)每升高0.05，整體換熱時間平均減小1.13h。顆粒粒徑從1.77mm增大到14

4、.7mm，換熱器壁面處顆粒導(dǎo)熱量占比從89%升高到94%，間隙氣體導(dǎo)熱量占比從11%降低至6%；余熱回收效率從44.01%升高到80.24%；顆粒整體的換熱時間逐漸降低。顆粒間短圓柱接觸面積比值從0.03增大到0.07，換熱器壁面處顆粒導(dǎo)熱量占比從89%升高到96%，間隙氣體導(dǎo)熱量占比從11%降至4%；余熱回收效率從77.55%升高到80.26%；接觸面積比值每增大0.01，整體換熱時間平均減小2.2h。
　?。?）模擬研究了顆粒

5、初始溫度和換熱器寬度對一級換熱器傳熱特性的影響，結(jié)果表明：顆粒初始溫度從600°C升高到1000°C，換熱器壁面處顆粒導(dǎo)熱量占比減小，但間隙氣體的導(dǎo)熱量占比增大；余熱回收效率從73.32%升高到79.04%而后又降至73.69%；顆粒初始溫度每升高100°C，整體換熱時間平均線性增加4.03h。換熱器寬度從0.1m增長到0.2m，換熱器壁面處顆粒導(dǎo)熱量占比穩(wěn)定在93%，間隙氣體占比穩(wěn)定在7%；余熱回收效率從80%降至60%；換熱器寬度每

6、增長0.025m，整體換熱時間平均線性增加5.88h。
　?。?）實驗研究了顆粒平均粒徑和電加熱功率對二級換熱器傳熱特性的影響，結(jié)果表明：在本實驗范圍內(nèi)，隨著顆粒平均粒徑的增大，二級換熱器壁面有效傳熱系數(shù)和近壁層顆粒溫度均減小，但并沒線性減小而是呈現(xiàn)變緩趨勢；隨著電加熱功率的增大，近壁層顆粒溫度升高，換熱器壁面有效傳熱系數(shù)增大；顆粒溫度每升高10°C，有效傳熱系數(shù)平均增大2.14%；對實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，建立了適用于二級換熱器壁