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工业炉窑壁面散热及热污染控制的研究

钱惠国  
【摘要】:课题针对工业炉窑炉壁散热及对车间的热污染进行研究。首先结合上海地区的工业炉种类、炉壁设计的规范、指标以及应用现场进行了调研,对典型炉窑进行热工测试。结果表明:工业炉窑的壁面外形比较复杂、散热面积较大,有的甚至达到8000m2,并且周围附属设备繁多,炉窑长期使用后,炉壁出现开裂,炉墙老化,减少炉壁散热的传统方法对降低炉壁散热量的作用不大。因此,研究炉壁散热及其热的回收利用是减少车间热污染的重要课题之一。 利用FLUENT计算流体软件,对不同朝向热壁面的散热情况进行研究,将热壁面建立于一个封闭的但有气流进、出口通道的体系中,数值模拟了壁面温度为150℃,放置角度为0、30、60、90、130、150、180°七种状态下的热污染状况,得出:排气温度、速度及散热量变化一致,其放置角度在0-180°范围内与散热量呈斜“m”型关系,即:热壁面向下时,其散热效果最差,从体系排出的热量最小;热壁面不管何种倾斜,其散热效果将得到提高,热壁面向上倾斜的散热能力高于向下倾斜的形式;热壁面向上的散热能力要低于热壁面垂直于地面的形式。又对轧钢车间的加热炉散热对车间内温度分布进行数值模拟和现场温度参数实测比较,所建数学模型与实际情况比较吻合。并对假定炉墙损伤的三种基本状况进行计算分析,对比原模型数据,炉墙损伤后将使车间内损伤区域环境温度上升2℃左右,同时热区明显扩大,加剧了车间热污染的程度。 分析了传统工业炉窑减少壁面散热方法,其致命缺点是:当炉壁由于外界因素如耐火材料过烧粉化造成散热增加后,其保温作用将会立即失效。通过对散热机理的研究分析,首次提出:炉壁散热采用导流罩将分散的热量集中后进行回收利用。通过搭建实验装置,采用正交回归设计进行实验,得到了空气回收温度与壁温、流道宽度、导流档板抬升高度之间的关系式(回归方程),为炉壁散热回收导流罩的设计提供基本依据,使导流罩在炉壁散热回收中具有更高的工程应用价值。 最后,以上海某钢铁公司热轧厂1“加热炉作为实例研究对象,进行炉壁散热导流罩回收技术应用研究,并进行工程设计和理论计算,结果表明:采用炉壁散热导流罩回收技术后,可使加热炉的节能率为1.76%,每年可减少天然气消耗895130.6Nm3,减少热污染1049.2吨标煤。而且对加热炉改造成本和运行费用均很低廉,投资回报年限仅3个月,所带来的经济效益可观。


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