夹套式上升管内荒煤气对流辐射传热的计算

通过理论推导和数值计算,分析了荒煤气在上升管内流动的对流传热和辐射传热问题。基于热平衡方程推导得到上升管内荒煤气流动传热微分方程,考察荒煤气进口温度、内壁面发射率、对流传热系数和斯坦顿数对上升管内壁面温度变化和荒煤气出口温度的影响。采用Matlab软件编制四阶Runge-Kutta计算程序求解,得出上升管内壁温度沿轴线方向的变化曲线和荒煤气的平均传热系数,荒煤气在夹套式上升管中的平均传热系数为30 W/(m^2·K)~36 W/(m^2·K),将此计算结果与他人的成果进行对比,吻合较好,误差为10%左右。结果表明:辐射传热过程主要受内壁面发射率和荒煤气进口温度的影响,内壁面发射率越大,辐射传热量越大;流体速度对对流传热的影响很大,随着流速的增加,对流传热量增大;焦炉在一个炼焦周期内,应该合理控制荒煤气的流量,可避免上升管内壁焦油的凝结;在设计上升管时,增大内壁面的发射率,可以提高上升管的传热效率。     

焦炉上升管换热器综合传热系数的计算与讨论

计算了焦炉上升管换热器在1个炼焦周期的对流传热量和辐射传热量,换热器的平均综合传热系数为52.8 W/(m~2·K)。整个炼焦过程荒煤气为流动充分发展的阶段,辐射传热量与荒煤气的流动状态无关。在炼焦后期,荒煤气流量下降,传热量下降,会造成上升管内壁温度发生变化,可以通过强化荒煤气与上升管内壁的辐射传热和适当提高荒煤气流量来减缓内壁温度发生突变的现象。     

盐浴螺旋盘管式焦炉上升管余热回收装置传热性能试验

对盐浴螺旋盘管式结构的焦炉上升管高温荒煤气余热回收装置进行了以烟气代替荒煤气的传热性能模拟试验,得到了上升管余热回收装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布、上升管内烟气侧的传热系数、环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数等试验研究结果。结果表明,装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布并非均匀,随上升管内烟气温度的升高而波动增大;烟气侧对流传热系数在Re数高于2900后随Re数的增大而明显上升;螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数随熔盐温度的升高几乎不变。根据试验结果拟合出环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热关联式,为实际的工程应用提供参考。     

焦炉上升管取热器的动态传热特性试验

焦炉动态中试表明,盐浴盘管结构焦炉上升管取热器的内壁温度可控并可避免荒煤气中焦油蒸汽的凝结。在整个炼焦周期内,取热器内壁温度、荒煤气总换热系数、炭化室辐射换热系数前期相对稳定,后期减小;荒煤气辐射换热系数、炭化室辐射换热系数随高度增加均呈现减小的趋势。     

炼焦荒煤气上升管显热回收换热过程动态特性

煤焦油结焦是制约炼焦荒煤气上升管显热回收换热器长期高效安全运行的主要因素。通过调控荒煤气及上升管管壁温度抑制煤焦油析出是防止结焦的有效措施。基于多孔介质非热平衡模型,建立了内嵌螺旋盘管及多孔填料的荒煤气显热回收套管换热器的一维非稳态热传递模型。结合炼焦周期内荒煤气流量与温度瞬时数据计算得到荒煤气、上升管管壁、填料层、熔融盐温度动态变化,分析了填料层热容、填料层有效导热系数及熔融盐流量对其动态变化的影响,并提出了有效控制荒煤气及上升管管壁温度的方法。结果表明：荒煤气中煤焦油析出及结焦主要发生在炼焦后期荒煤气流量减小时;填料层导热系数是上升管换热器设计时考虑的重要参数,增大填料层导热系数可显著提高余热回收效率,但会使荒煤气与上升管管壁温降增大,设计时应在保证焦油蒸汽不发生冷凝的前提下尽可能增大填料层导热系数;炼焦后期,通过切断熔融盐取热,并合理设计填料层导热系数、填料层热容及熔融盐入口温度等可实现上升管管壁温度调控,从而避免荒煤气中煤焦油析出及结焦。     

荒煤气上升管余热回收装置的传热实验研究

2台不同导流角度的新型螺旋夹套式余热回收装置用于4.3m焦炉上升管进行传热特性实验研究,测试了荒煤气在一个结焦周期内的温度波动及总体传热效果.结果表明,荒煤气的温度随着结焦时间呈现周期性波动,最高可达825℃,荒煤气温度波动对传热量的影响较大,但对总体传热系数影响不大.稳定氮气侧流量190m3/h,入口温度30℃,91 #装置(导流角度4°)的,havg为30.23W/(m2·℃),92#装置(导流角度3°)的havg为25.2 W/(m2·℃).针对荒煤气的流动特性和本实验装置结构特点所提出的传热模型同实验数据匹配较好,最大相对误差控制在±20％以内.     

导热油回收上升管荒煤气余热的工业实验研究

为回收焦炉荒煤气的高温余热,设计了螺旋管式上升管换热器,并开展了工业实验。结果表明,采用导热油作为取热介质时,上升管荒煤气出口平均温度在550℃以上,可避免煤气降温过程焦油质析出挂结问题;采用导热介质CS填充时,热回收率不低于80%。针对130×10~4 t/a的焦炉上升管,可产生热负荷不低于7 560 kW、温度大于240℃的导热油,为取代管式炉作为富油脱苯热源奠定了工业实施基础。     

带径向管屏水冷壁辐射废锅内流场与传热的数值模拟

对低压气流床辐射废锅进行直接数值模拟,分析带径向管屏水冷壁辐射废锅内流场与传热。结果表明:管屏水冷壁增强了辐射传热与湍流,降低了回流区的气流及灰渣温度,使得射流长度变短,回流区域及回流速度变小;无管屏与有管屏的截面平均温度差随截面高度增加而逐渐增加,到达出口处其截面平均温度差达到80℃;管屏水冷壁有效提高气流降温速度和热回收效率,但使细小灰渣颗粒更易于富集在辐射废锅顶锥及管屏水冷壁周边区域。     

盐浴结构焦炉上升管换热器的传热特性

通过数值模拟及实际动态试验,研究了盐浴结构焦炉上升管换热器内的温度场和荒煤气流场,得到了换热器内温度和荒煤气速度的变化规律。研究结果表明,上升管换热器内荒煤气的流动处于层流入口段状态;沿上升管换热器径向,荒煤气温度在内筒壁及其扩展的直翅片附近迅速下降,在中心处的变化较小;直翅片的温度场呈现下部高、上部低、翅顶高、翅根低的趋势;整个炼焦周期内,上升管换热器的内筒壁温可控,可避免荒煤气中焦油蒸气的大量凝结。     

盐浴结构焦炉上升管换热器的传热特性

通过数值模拟及实际动态试验,研究了盐浴结构焦炉上升管换热器内的温度场和荒煤气流场,得到了换热器内温度和荒煤气速度的变化规律。研究结果表明,上升管换热器内荒煤气的流动处于层流入口段状态;沿上升管换热器径向,荒煤气温度在内筒壁及其扩展的直翅片附近迅速下降,在中心处的变化较小;直翅片的温度场呈现下部高、上部低、翅顶高、翅根低的趋势;整个炼焦周期内,上升管换热器的内筒壁温可控,可避免荒煤气中焦油蒸气的大量凝结。     

集气管出口荒煤气温度的影响因素分析

集气管出口荒煤气温度是计算冷却水用量及初冷器设计的关键参数。通过对荒煤气的冷却过程进行分析,建立了荒煤气在集气管的冷却模型,并定量分析了干煤水分产率、净煤气产率、荒煤气进口温度及出口压力对荒煤气出口温度的影响。荒煤气出口温度随着干煤水分产率及荒煤气出口压力的增加显著上升,而荒煤气出口温度与净煤气产率呈反向变化关系。     

载热体加热炉的传热研究

首先对单侧紧排受热管的传热进行了研究，得出了载热体加热炉内层盘管的前半周管壁几乎接受全部辐射热，后半周管壁只参与对流换热，管内热载体所吸收的热量是辐射换热量和对流换热量之和，即在稳态情况下，热载体的温升可由两者迭加计算而得到。其次讨论了热载体在螺旋盘管内产生与主流方向相垂直的二次回流的现象，给出了螺旋盘管中热载体的截面温度分布。最后采用区域法对载热体燃油加热炉辐射室的辐射传热进行了分析，建立了综合描述炉内各种过程的数学模型，利用数值方法求解，得出辐射室内烟气温度分布、管壁温度分布、炉顶和炉底的温度分布、炉管表面热强度分布和管内热载体的温度分布。     

全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的数值模拟

采用基于k-e湍流模型、非预混化学反应模型、DO辐射传热模型的数值模拟方法,研究全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的温度场与流场分布。研究表明:火焰长度约为燃烧空间长度的2/3,其最高温度为2602℃,燃烧空间非火焰区平均温度为1290℃,辐射传热效率高。燃烧空间主要存在3个回流,其中流经火焰上下部空间的高温气体回流有效地与玻璃液面进行对流换热。在辐射与对流换热的综合作用下,玻璃液面上均匀分布5个高温区,玻璃液面平均温度约为1255℃,综合平均温差最大值约为5℃,温度分布非常均匀。烧嘴对面及烟道口附近的墙体温度约为1320℃,热冲侵蚀严重,其它燃烧空间的墙体温度约为1265℃。     

桥管承插口安装水封

焦炉上升管、桥管、阀体是荒煤气导出设施。原来上升管盖与桥管承插口处泄漏的荒煤气量约占焦炉炉顶总泄漏量的1/2。1989年初我厂将两座焦炉上升管盖改为水封结构,解决了上升管盖冒荒煤气问题。91年5月我厂自行设计安装了桥管承插口水封装置,彻底解决了承插口处的荒煤气泄漏。净     

焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研究

焦炉上升管中荒煤气焦油蒸汽的结焦问题一直是阻碍其余热回收的关键因素。因为荒煤气中的焦油蒸汽在高温条件下存在着缩合结焦反应,生成的结焦物石墨化,并附在换热表面,使传热系数下降,热回收难以长期有效进行下去。研究了荒煤气中焦油蒸汽结焦特性,研究结焦沉积物形成的条件及影响因素,有利于最大程度回收利用荒煤气余热,并防止荒煤气在上升管内冷却时结焦。     

导热油炉的传热计算分析

分析了导热油炉的传热计算方法,包括炉子热平衡、炉膛辐射换热和对流换热计算。并论述了炉膛出口烟气温度、炉膛辐射受热面、对流段烟气流速和排烟热损失等问题。     

600MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对600 MW对冲旋流燃烧锅炉,利用CFD(computational fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及NO_x释放规律。采用标准k-ε模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1 100 K;炉内各组分分布规律为:X=11. 093 5 m截面,沿炉膛高度方向,O_2体积分数先上升后下降,CO_2体积分数逐渐升高,CO体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NO_x生成量整体下降,炉膛出口NO_x浓度约为385. 14 mg/m~3。     

焦炉水封阀的损坏与更换

1存在问题1)水封阀翻板启闭困难,在晾焦过程中翻板无法依靠气缸动力自动开关,时常需要工人到集气管平台利用工具撬动,不仅增加了工人的劳动强度,也影响了生产的稳定.2)水封阀翻板关闭不到位,无法与桥管喷洒下来的氨水形成有效的水封,在晾焦过程中造成荒煤气从集气管倒流经桥管、上升管盖排人大气燃烧,烧损上升管盖;且推焦过程中,集气管内的荒煤气通过桥管、上升管、炭化室与大气直接相通,存在安全隐患.     

裂解/烧焦切换操作的双辐射段裂解炉的数值模拟

用Gambit软件对双辐射段裂解炉进行几何建模和网格划分,选择计算流体力学软件Fluent的标准k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和P1辐射模型,对裂解炉辐射段和对流段进行数值模拟计算。模拟计算结果表明,裂解辐射段的烟气温度高于烧焦辐射段;在炉管中心面处,裂解辐射段的压力略高于烧焦辐射段,烟气流动的线速度明显大于烧焦辐射段;两个辐射段的炉管管壁温度分布不一致。尽管裂解辐射段的横跨段出口面烟气平均温度高于烧焦辐射段,但高温烟气没有流入烧焦辐射段且流向对流段的烟气温度场随着对流段高度上升逐渐均匀,该计算结果说明了双辐射段裂解炉的裂解/烧焦切换操作是可行的,并可进一步优化双辐射段裂解炉的结构和操作。     

载热体加热炉辐射室内传热计算分析

载热体加热炉的传热计算包括辐射室内传热计算与对流面传热计算两部分，两者相比，辐射室内传热计算较为复杂，本文对载热体加热炉辐射室传热计算进行了分析讨论。