【摘 要】
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钢铁企业高炉用冶金焦占焦炭消费总量的85%左右,是焦炭主要的应用,我国现阶段由于焦炭的生产工艺(湿焦)和露天输运与堆放等问题,供给炼铁冶炼的焦炭水分普遍较高,从而影响焦炭品质。现有对焦炭的研究主要集中在工艺流程和传热过程等方面,缺乏料仓内焦炭烘干过程热湿迁移的理论指导。因此本文基于多孔介质理论、干燥动力学理论和计算流体力学理论,建立了料仓内焦炭烘干过程的数学模型,借助CFD数值模拟平台,对料仓内的
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钢铁企业高炉用冶金焦占焦炭消费总量的85%左右,是焦炭主要的应用,我国现阶段由于焦炭的生产工艺(湿焦)和露天输运与堆放等问题,供给炼铁冶炼的焦炭水分普遍较高,从而影响焦炭品质。现有对焦炭的研究主要集中在工艺流程和传热过程等方面,缺乏料仓内焦炭烘干过程热湿迁移的理论指导。因此本文基于多孔介质理论、干燥动力学理论和计算流体力学理论,建立了料仓内焦炭烘干过程的数学模型,借助CFD数值模拟平台,对料仓内的热湿分布进行了深入研究,将模拟数据与实测数据对比,最大误差为29.3%。研究结果表明:(1)料仓内焦炭烘干过程气体从支管进入后,沿管壁小孔径向进入料仓内,穿过焦炭料层,到达上部被抽风机抽走。由于浮升力作用和料层阻力,气流到达料仓h=1.0m时,速度衰减到0,形成卸料工作区,符合现场卸料时无扬尘及烟气的要求。气体绕流向上达到焦炭料层中部,气流速度减小,在壁面四周出现速度死角。受到壁面和出口影响,气体流速加快,在出口处达到了最大值4.54m/s。(2)焦炭的温度取决于气体提供的热量,故焦炭温度与气体的温度分布规律一致。气体温度自送风口由近及远逐渐降低,焦炭获得热量使自身温度升高。运行计算5小时后,由于存在热不平衡现象,气体温度恒大于焦炭温度,温差最大可达30℃。通过焦炭料层平均温度及不同料层的焦炭温度变化,可以看出流场的扩展程度影响换热效果。(3)焦炭的湿度分布与焦炭温度分布耦合,湿度自送风口由近及远逐渐升高。流场扩展越充分、温度换热越好的地方,干燥效果越好,这是速度、温度和湿度耦合的结果,不同料层高度焦炭水分下降幅度不同,最靠近送风口处的料层平均水分可达3.41%。根据送风口临近点焦炭水分变化曲线,焦炭干燥过程分为预热干燥阶段和降速干燥阶段,由于焦炭初始水分含量低,恒速干燥时间很短甚至不存在。(4)分析了送风方式、送风温度、送风量对料仓内焦炭烘干过程的影响。表明斜下径向送风方式的干燥效果优于轴向送风;送风温度越高,传递给焦炭的热量越多,换热和干燥效果越好,但是送风温度过高可能会导致料仓内焦炭自燃现象,并且过高的温度会导致引风机等设备发生故障;增大送风量即提高送风速度,对流换热更强烈,但风速过高,对料仓内壁面压力会更大,可能导致气体泄露,影响实际生产的工作环境。以上研究结果为优化焦炭烘干工艺提供了理论依据,对钢铁厂有效降低能耗、调整料仓结构和运行参数具有指导意义。
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