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(duì)實(shí)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(shí)意義。
　　本文首先建立一級(jí)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(jī)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(duì)一級(jí)換熱器傳熱特性的影響規(guī)律。然后搭建二級(jí)換熱器傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了顆粒平均粒徑和電加熱功率對(duì)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(jí)換熱器內(nèi)高溫煅后焦顆粒傳熱機(jī)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(huì)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(jìn)。對(duì)于換熱器壁面附近而言，隨著換熱時(shí)間的增長(zhǎng)，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(duì)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(duì)一級(jí)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)一級(jí)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(shí)間平均線性增加4.03h。換熱器寬度從0.1m增長(zhǎng)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(zhǎng)0.025m，整體換熱時(shí)間平均線性增加5.88h。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了顆粒平均粒徑和電加熱功率對(duì)二級(jí)換熱器傳熱特性的影響，結(jié)果表明：在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著顆粒平均粒徑的增大，二級(jí)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(shì)；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(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立了適用于二級(jí)換熱器壁