竖式预热器和冷却器热流场分析

论文摘要

活性石灰回转窑是炼钢所需高质量活性石灰的主要生产设备,其主要机构竖式预热器和冷却器能够充分利用回转窑尾气余热和石灰余温,提高回转窑的生产效率和实现节能减排。因此对竖式预热器和冷却器内部热流场的研究,对回转窑设备的设计改进,具有一定的指导意义。本文根据回转窑竖式预热器和冷却器的结构特点及工作原理,建立了不同石灰石颗粒排列方式以及不同颗粒直径时竖式预热器和冷却器剖面的二维平面有限元模型。模型中采用离散颗粒模型模拟竖式预热器和冷却器内部石灰石颗粒和高温气体之间的气固两相流状态,并根据传热学理论,采用横掠管束换热实验关联式推导计算不同条件下竖式预热器和冷却器内部石灰石颗粒与高温气体之间的对流换热系数。然后利用有限元软件ANSYS的FLOTRAN模块,对竖式预热器和冷却器的二维有限元模型进行了计算,得到其温度场、压力场、流速场及不同位置石灰石颗粒的升温曲线,并对这些结果进行对比分析。分析结果表明:改变石灰石颗粒排列方式和颗粒直径,对竖式预热器的温度场分布的影响较小。影响石灰石颗粒升温的主要参数是对流换热系数,而改变石灰石颗粒排列方式和颗粒直径这两种条件时对流换热系数的变化幅度不大;石灰石颗粒顺排比石灰石颗粒叉排时对流换热系数略微高一些,石灰石颗粒直径越小,颗粒间间隙越大,对流换热系数越高。根据得到的数据结果对竖式预热器的结构进行改变,分别采取仅增加高温区域面积、仅减少低温区域面积和同时增加高温区域并减少低温区域面积三种情况重新建立模型并计算其热流场,结果表明通过对竖式预热器结构的改变可以有效的提高竖式预热器的加热效率。梁式冷却器的冷却效果好于竖式冷却器,在其他条件不变时,增加梁式冷却器的进风量能够有效的增加低温活性石灰的数量,但会使进入回转窑内参与燃烧的气体温度降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 热流场分析研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 竖式预热器和冷却器的模型分析
• 2.1 竖式预热器模型
• 2.1.1 竖式预热器工作原理
• 2.1.2 竖式预热器内部结构
• 2.1.3 竖式预热器模型的建立
• 2.2 冷却器模型
• 2.2.1 冷却器工作原理
• 2.2.2 冷却器内部结构
• 2.2.3 冷却器模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 热流场分析的理论基础
• 3.1 热分析方程及有限元法
• 3.2 气—固—热耦合的定解条件
• 3.3 竖式预热器内的对流换热系数
• 3.4 冷却器内的对流换热系数
• 3.5 本章小结
• 第4章 竖式预热器和冷却器的热流场分析
• 4.1 ANSYS 热力学分析
• 4.2 竖式预热器热流场计算
• 4.3 石灰石颗粒排列方式对热流场的影响分析
• 4.3.1 颗粒排列方式对温度场的影响分析
• 4.3.2 颗粒排列方式对压力场的影响分析
• 4.3.3 颗粒排列方式对流速场的影响分析
• 4.4 石灰石颗粒直径对热流场的影响分析
• 4.4.1 颗粒直径对温度场的影响分析
• 4.4.2 颗粒直径对压力场的影响分析
• 4.4.3 颗粒直径对流速场的影响分析
• 4.5 竖式预热器结构对热流场的影响分析
• 4.6 冷却器热流场的计算分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果