一种离心高温熔渣余热回收优化系统的制作方法

1.本实用新型属于高炉炼铁过程中余热回收和资源回收利用领域，具体涉及一种离心高温熔渣余热回收优化系统。


背景技术：

2.目前钢铁行业中使用最多的高温渣余热回收方式是水淬法，水淬法能得到非晶体玻璃相，但该方法会造成大量水资源和高品质热量的流失，并且粒化后的渣粒必须要进一步干燥才能使用造成能源的二次浪费。因此研究新型高温熔渣粒化及余热回收是目前能源领域主要的研究方向。
3.在新型高温熔渣的领域内以干式离心粒化及余热回收为大多数学者的重点研究对象。最早提出离心粒化及余热回收的方法的是英国的研究学者，高温熔渣通过隔热流槽进入旋转杯，在离心力作用下迅速粒化为小颗粒，与水冷壁碰撞后进入两级流化床继续冷却，该装置通过空气、水冷壁以及两级流化床进行余热回收。该系统主要优点是冷却速度快、效率高，因此成为现代大部分学者研究的重点。
4.现代的研究内容中以粒化以及粒化后熔渣颗粒冷却凝固的影响因素为重点，对于余热回收系统中热力学的相关基础理论分析较少。本实用新型改变英国研究学者提出的离心系统中旋转杯的方向，将竖直放置的旋转杯横向放置，并以此为基础利用集热系统对旋转杯表面散热回收以及杯内的热量交换做了相关热力分析。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了基于离心方法的高温熔渣余热回收优化系统，对集热器系统以及旋转杯装置中存在的相关传热过程进行了理论分析，能够有效解决目前高温渣中余热的回收不充分的问题，为提高资源的回收利用率提供了一种基础理论分析。
6.本实用新型主要是利用集热器系统对传统离心粒化余热回收方法进行优化处理。
7.其结构包括集热器系统和旋转杯装置。集热器系统由多个集热器装置构成，旋转杯装置包括变频电机和横向旋转杯。高温熔渣通过隔热排渣管道进入旋转杯装置中，旋转杯采用不锈钢材质，与高温熔渣发生热量交换，通过集热器中冷空气吸收杯壁上的热量。
8.就集热器系统内部换热而言，包括对流换热侧和辐射换热侧，建立了集热器系统性能与具体参数如换热系数、温差等之间的关系。
9.辐射换热侧的传热方程与能量守恒方程为：
10.q
1γ
＝c
p,j
m1(t
j,o1
‑
t
j,i1
)
11.q
1γ
＝k1a1δt112.其中，q
1γ
表示集热器辐射换热量，m1表示辐射换热侧面流体的质量，c
p,j
为集热器进口处流体的定压比热容，t
j,i1
和t
j,o1
分别为集热器流体进口处温度和出口处温度，a1为以管外为基准的换热面积，k1为总换热系数(忽略换热管导热热阻和污垢热阻)，即
[0013][0014]
其中，d0和d
i
分别为管外径和管内径，h
i
和h0分别管内外的表面传热系数，δt1为辐射换热的对数平均温差，即
[0015]
δt1＝(t
j,o1
‑
t
j,i1
)/ln[(t
‑
t
j,i1
)/(t
‑
t
j,o1
)]
[0016]
t为集热器系统对应旋转杯外表面温度。
[0017]
对流换热侧的传热方程与能量守恒方程为：
[0018]
q2＝c
p,j
m2(t
j,o2
‑
t
j,i2
)
[0019]
q2＝c
p,air
m
air
(t
air,i
‑
t
air,o
)
[0020]
q2＝f2k2a2δt2[0021]
其中，q2表示集热器对流换热量，m2为对流换热侧面流体的质量，m
air
为空气的质量，c
p,air
为空气定压比热容，t
j,o2
和t
j,i2
分别为集热器对流换热侧面流体的进口和出口温度，t
air,i
和t
air,o
分别为入口和出口处的空气温度，f2为对数平均温差的校正因子，δt2为对流换热的对数平均温差，即：
[0022]
δt2＝[(t
air,i
‑
t
j,o2
)
‑
(t
air,o
‑
t
j,i2
)]/ln[(t
air,i
‑
t
j,o2
)/(t
air,o
‑
t
j,i2
)]
[0023]
对于旋转杯而言，分析旋转杯内综合传热过程，即高温熔渣通过对流和辐射的方式将热量传递给低温旋转杯，与杯壁之间发生对流换热和辐射换热(假设旋转杯杯壁内部无热量的积累)。
[0024]
高温熔渣与低温旋转杯杯壁之间的对流换热可以用如下方程表示：
[0025]
q
l
→
w
＝h
l
a
w
(t
l
‑
t
w
)
[0026]
其中，q
l
→
w
表示高温熔渣和旋转杯内壁面之间的换热量，h
l
表示换热系数，t
l
和t
w
分别为高温熔渣和旋转杯内壁面的温度，a
w
为旋转杯内壁面的面积。
[0027]
旋转杯内的辐射换热主要是来自统一截面上的其他物体，轴向方向上的可以忽略不计，同时在计算辐射传热时将旋转杯内壁面假设为灰体表面，将高温熔渣假设为灰体介质。因此，两者之间的辐射换热可用以下方程来表示：
[0028][0029]
其中，q
l
→
wγ
为旋转杯杯壁和熔渣之间的辐射换热量，为旋转杯杯壁和熔渣之间的辐射换热系数，即
[0030][0031]
ε
l,w
为辐射发射系数，σ为黑体辐射常数且σ＝5.67
×
10
‑8w/(m2·
k4)。
[0032]
本实用新型与以往结构技术的相比有如下特点：
[0033]
结构上与传统离心粒化余热回收系统相比该优化系统特点在于采用了横向旋转杯装置，改变了传统方法的旋转杯放置方式，由于重力的存在避免了在离心力作用下甩出去的熔渣四处飞溅，有效提高了高温熔渣颗粒的回收率。同时，引进了集热器装置及系统，为提高液态熔渣中余热的回收利用提供了一种理论基础。
[0034]
本实用新型将传热方程和能量守恒方程应用到集热器系统以及旋转杯和高温熔渣之间传热过程的分析，为利用集热器优化系统提供了理论指导。
附图说明
[0035]
图1是本实用新型的整体余热回收优化系统示意图。
[0036]
图1中：1隔热流渣槽，2旋转杯装置，3集热器系统。其中，2中a为横向旋转杯，b为变频电机。
[0037]
图2是本实用新型中并联形式集热器系统示意图。
[0038]
图3是本实用新型中串并联形式集热器系统示意图。
具体实施方式
[0039]
采用并联或串并联两种形式的集热器系统对离心旋转杯余热回收系统进行优化。
[0040]
采用r个集热器并联的旋转杯余热回收优化系统，其每个支路的传热方程与能量方程如下：
[0041]
q
e
＝c
p
m
e
(t
out,e
‑
t
in,e
)
[0042]
q
e
＝k
e
a
e
δt
e
[0043]
其中，e表示集热器系统中第e个集热器，q
e
为第e个集热器上的换热量，m
e
为第e个集热器上流体的质量，t
out,e
和t
in,e
分别为第e个集热器流体的出口和入口温度，k
e
为第e个集热器上的综合换热系数(假设集热器对应旋转杯外表面温度为一个定值)，a
e
为第e个集热器的换热面积，δt
e
为对数平均温差(忽略旋转杯的导热热阻)，即
[0044]
δt
e
＝(t
out,e
‑
t
in,e
)ln[(t
w
‑
t
in,e
)/(t
w
‑
t
out,e
)]
[0045]
采用r
×
s个集热器选取串并联形式对旋转杯余热回收系统进行优化，其传热方程和能量守恒方程如下：
[0046]
q
fg
＝m
f
c
p
(t
fg,o
‑
t
in
)(g＝1)
[0047]
q
fg
＝m
f
c
p
(t
fg,o
‑
t
f(g
‑
1),o
)(2≤g≤s)
[0048]
其中，o表示出口，f和g分别表示集热器系统中第f个支路上以及第f个支路上的第g个集热器，m
f
为第f支路上集热器流体的质量，c
p
为对应集热器流体的定压比热容，t
in
为集热器入口流体的温度，t
fg,o
为第f个支路上第g个集热器流体的出口温度，t
f(g
‑
1),o
为第f个支路上第g
‑
1个集热器流体的出口温度。
[0049]
通过并联或串并联两种形式对集热器系统分析其传热和能量方程，为采用集热器装置优化传统离心粒化高温熔渣余热回收系统提供理论基础。