高炉煤气余热锅炉内的传热计算及分析

【摘要】：高炉煤气余热锅炉是用于回收炼铁过程中主要副产品高炉煤气的余热回收设备。高炉煤气余热锅炉内的烟气流动和传热、传质过程非常复杂，准确分析其内的传热规律是十分重要的。本文以热力计算和数值模拟这两种研究方法，对某高炉煤气余热锅炉内的传热过程进行了研究。通过EXCEL对高炉煤气余热锅炉的热力计算过程进行程序编制，分析烟道结构对烟气换热的影响。由于作为研究对象的高炉煤气在进入余热锅炉时压力为0.3Mpa，而一般余热回收的烟气是常压下的。因此，分析了烟气压力在0.3Mpa下的传热特性。利用计算流体力学软件（CFD）对高炉煤气余热锅炉进行对流和辐射耦合传热数值模拟研究，在对烟气的流场、温度场的分析基础上，提出结构优化的建议。同时，通过数值模拟结果与热力计算结果的比较分析，对现有热力计算中涉及到的相关经验参数的选取提出修正意见。本文主要研究内容和结论如下： （1)提出高炉煤气的余热回收方案，将余热锅炉分为高温、中温、低温三段进行结构设计，四周壁面采用膜式水冷壁结构。 (2)根据高炉煤气余热锅炉的热力计算流程，使用EXCEL软件编制易改易用的半自动化热力计算程序，进行余热锅炉的设计计算。 (3)分析压力0.3Mpa下烟气的辐射能力，结果表明，烟气入口温度、辐射层厚度、和受热面表面积灰厚度等因素对辐射系数的大小有影响，在对辐射冷却室进行辐射换热量计算时，需要综合考虑这些因素。对中温段和低温段的传热特性进行分析，确定各段受热面管径。在进行中温段和低温段计算时，需要综合考虑辐射换热和对流换热。 (4)建立余热锅炉的三维物理模型，结合热力计算确定边界条件。通过数值模拟计算出高炉煤气余热锅炉内的烟气流场及温度场，分析其总体分布规律，得到中温段和低温段中受热面管排的优化方案。并将热力计算结果与数值模拟结果进行比较分析，得出热力计算中相关经验参数的选取建议。 【关键词】：热力计算 数值模拟 余热锅炉 高炉煤气
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK229.929
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 余热资源分类及特点14-15
• 1.2.1 余热资源的分类14-15
• 1.2.2 余热资源的特点15
• 1.3 国内、外研究现状15-18
• 1.3.1 国外余热锅炉的研究进展16-17
• 1.3.2 国内余热锅炉的研究进展17-18
• 1.4 课题意义及研究内容18-21
• 1.4.1 课题研究意义18-19
• 1.4.2 课题研究内容与研究方法19-21
• 第2章 高炉煤气余热锅炉热力计算21-45
• 2.1 高炉煤气余热锅炉热力计算模型21-22
• 2.1.1 烟气换热流程21-22
• 2.1.2 烟道传热过程22
• 2.2 热力计算22-40
• 2.2.1 烟气物性23-24
• 2.2.2 烟气焓值24
• 2.2.3 水和水蒸气物性计算24-25
• 2.2.4 辐射冷却室的换热计算25
• 2.2.5 辐射传热影响因素分析25-29
• 2.2.6 对流传热计算29-33
• 2.2.7 中温段换热影响因素分析33-38
• 2.2.8 低温段换热分析38-40
• 2.3 EXCEL 在热力计算中的应用40-43
• 2.3.1 EXCEL 热力计算模块编制41
• 2.3.2 EXCEL 热力计算思路41-42
• 2.3.3 热力计算结果42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第3章 高炉煤气余热锅炉换热数值模拟45-56
• 3.1 湍流模型45-46
• 3.2 辐射模型46-47
• 3.3 控制方程47-49
• 3.4 几何模型的建立及网格划分49
• 3.5 边界条件49-51
• 3.5.1 烟气物性参数50
• 3.5.2 进、出口边界条件设置50-51
• 3.6 离散格式与求解方法51-52
• 3.7 高炉煤气余热锅炉换热模拟分析52-54
• 3.7.1 速度场分析52-53
• 3.7.2 温度场分析53-54
• 3.8 本章小结54-56
• 第四章 热力计算与数值计算结果分析56-69
• 4.1 各段烟气温度分析56-64
• 4.1.1 污染系数修正61-64
• 4.2 对流换热区各段出口截面温度分析64-68
• 4.2.1 优化建议67-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第5章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-77
• 致谢77

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