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第33卷第2期河北理工大学学报(自然科学版)Vol33No2
2011年5月JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)May.2011

文章编号:16740262(2011)02008805
转炉汽化冷却烟道余热分析

张爱虎

(河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山063009)

关键词:汽化冷却烟道;温度场;压力场;模拟
摘要:通过对转炉烟道的数值模拟,建立了转炉汽化冷却烟道模型,通过对烟道的温度场模
拟、压力场模拟以优化转炉汽化冷却烟道,降低单位能耗。对改善转炉冶炼的成本、减轻环境
污染和优化工艺结构具有重要意义。
中图分类号:TK11+5文献标志码:A

0引言

近年来,我国钢铁工业取得了令人瞩目的快速发展,中国钢铁工业通过20世纪后50年,特别是最后20
年间的发展,目前已成为世界钢铁第一生产大国。2005年中国钢产量达到34900万t,超过了产钢量占世
界第2、3、4位国家的总和[1]。钢铁工业作为资源、能源密集型行业,是耗能大户,其耗能量占全国能耗量的
16%左右,但吨钢可比能耗比先进国家高20%左右。能源问题日益成为我国钢铁工业健康可持续发展的主
要制约瓶颈之一[2]。

1系统参数

河北某轧厂4座55t转炉,日产钢量为11000t左右,汽化冷却系统为自然循环系统。2008年对轧厂
的汽化冷却系统和烟气除尘系统进行了系统改造,回收蒸汽量和蒸汽压力有了很大进步。轧厂吹炼时汽包
补水量57.6t/h(调查数据),可产生蒸汽46.1t/h左右(按流量计算),保守估计可用于发电的蒸汽量至少
可达到35t/h,压力可达到1.6MPa,为转炉余热发电奠定了良好的基础。调查期间由于蒸汽并入低压蒸汽
管网,因此压力较低,蓄热器出口压力只有0.44MPa,吨钢回收蒸汽量100.58kg/t钢。

2烟气组成及流量

烟道中烟气的组成:该转炉烟道中的烟气成分主要是CO和CO2,根据对烟气热值的测定,可估计CO

和CO2的体积分数均为50%。
烟道中烟气的基本热力学参数:
与计算相关的热力学参数主要有烟气的密度、比热容、热导率、分子动力粘度等。这些参数都可以表示
成温度的函数,其形式为:
2n-1
T=A1+A2T+A3T+...+AnT(1)
[3]
CO和CO2的热力数据,加权平均后经多项式拟合得到,CP,,与温度的关系

根据实际测量结果,烟气进口温度ty1=1600,出口温度ty2=850;给水温度ts=25,产生的饱和蒸汽

平均温度tp=160;通过观察汽包水位变化计算可得一个吹炼周期(约30min)内产生蒸汽量qm=8.5t。
通过蒸汽侧计算总换热量为:

收稿日期:20100927
第2期张爱虎:转炉汽化冷却烟道余热分析89

qm(hq-hS)
QW=(2)
1800S

查表可得,ts=25,hs=104.766kJ/kg;tq=160,hq=2756.726kJ/kg
代入上式计算,

8500(2756.726-104.766)
QW==12523.14kW(3)
1800s

取烟气平均温度

ty1+ty2
tym==1225(4)
2

计算得Cp=1214.6(J/kgk)
根据热量平衡得出烟气流量为:

QW
qmy==13.747(kg/s)(5)
CP(ty1-ty2)

3计算模型

在主流区采用-/RNG模型,近壁面区域采用二层非平衡的壁面函数模型。
-/RNG模型:-/RNG模型是从暂态N-S方程中推出的,使用了一种叫renormalizationgroup
的数学方法。
-/RNG模型的方程:
k
(k)+(kui)=(keff)+Gk+Gb--YM+SK(6)
tijj

2
()+(ui)=(eff)+C1(Gk+C3Gb)-C2-R+S(7)
tijjkk

Gk是由层流速度梯度而产生的湍流动能;Gb是由浮力而产生的湍流动能;YM是由于在可压缩湍流中,过

渡扩散产生的波动;c1,c2,c3是常量;ak和ae是k方程和e方程的湍流Prandtl数;Sk和Se是用户定义的。
非平衡的壁面函数模型:该模型将壁面附近的区域分为粘性底层区和旺盛湍流区分别计算,并最终加以
耦合,其结果将比普通的壁面函数模拟出的结果更符合实际。
由于转炉烟道内的烟气温度相当高(进口达到1600),所以气体辐射的影响相当大。为此采用离散传
播模型(DT)。该模型将整个烟道分成多个辐射