转炉汽化冷却烟道移动段水循环问题讨论.docx

转炉汽化冷却烟道移动段水循环问题讨论摘要：针对转炉汽化冷却烟道尤其是移动段I段使用寿命低容易发生事故的问题对汽化冷却烟道移动段I段正常吹炼期烟气侧传热过程进行了模拟以热流密度为传递函数对水冷管内水循环状态进行了计算对水冷管进行了计算分析。结果表明现有结构自然循环设计条件下正常吹炼期工质循环速度降低至携带速度以下移动段I段烟气进口500～600mm工质汽化点处工质流速低于携带速度发生传热恶化引起水冷管爆管。关键词：数值模拟；热流密度；自然循环引言某钢厂炼钢车间内现有1座150t转炉对其实际运行状况调研发现其汽化冷却烟道移动段水循环方式采用自然循环方式且移动段烟气进口500～600mm处水冷管发生爆管现象严重（图1）即影响钢产量又影响运行安全。1爆管原因分析通过研究发现由于移动段采用自然循环水循环不良引起局部过热损坏配水管不均匀水动力不足上升管、下降管、受热管阻力大水循环不畅通冷却效果差造成汽化冷却烟道移动段冷却水管因水量不足与不均匀而局部过热不正常的产生破坏。发生传热恶化引起管壁温度急剧升高工质不能及时将管壁冷却管壁超温发生破裂引起爆管。2烟气侧数值模拟2.1仿真模型建立以某钢铁厂150t转炉汽化冷却烟道移动段为研究对象使用ProE软件建立烟道的实体模型（图2）。并将其作为一个零件导入gambit软件烟道水冷壁采用六面体网格（图3）使用Sweep方式划分计算网格数为524684。转炉在吹炼过程中炉气量、温度成份是不断变化的为确定汽化冷却烟道余热回收的影响因素首先必须确定烟气量以及烟气成分。一般情况下可将转炉烟气看作理想气体的混合物其成分是一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气。根据理想气体混合物物性参数的导出方法我们就可以方便的推导出直接计算烟气物性参数的计算公式而不必先计算平均烟气成分的物性再根据实际成分计算修正系数加以修正。这样不但省去了不少麻烦而且也很容易编制出一个通用的程序只要把烟气温度、组分成分代入就可以马上算得烟气物性[1]。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、动力粘度等这些参数都可以表示成温度的函数其形式为：根据上式通过origin软件拟合得到烟气物性公式如表1所示。2.2边界条件入口条件：文章通过对烟气量进行计算得到烟气流速选用速度边界条件。烟气温度通过计算得到1923K进口湍流强度为10%进口面发射率为0。出口条件：烟气出口温度根据计算为1513K出口湍流强度为10%出口面发射率为0。壁面条件：选用等壁温壁面条件汽冷烟罩移动段烟道壁面温度选比饱和蒸汽的温度高30℃选用钢材料材料表面粗糙度为壁面发射率取0.8固体壁面为无滑移壁面。2.3通过云图数据将得到热流密度与烟道关系数据输入到origin软件中得到（图5）qw=416.81146-2.35093h-59.16544h2-67.26417h3+92.588h4-33.88839h5+4.04794h6式中qw-管子外壁平均热流密度kW/m2；h-烟道移动段高度m。准确率99.923%。3移动段I段水循环计算及分析下表是锅炉可移动段I段结构（表2）表2汽化冷却烟道移动段I段结构表管子内的热流密度式中qn-水冷管内壁平均热流密度kW/m2；qw-水冷管外壁平均热流密度kW/m2；h-烟道移动段高度m。对汽化冷却烟道移动段I段进行水循环计算得到：（表3）表3汽化冷却烟道移动段I段水循环计算表通过计算转炉汽化冷却烟道移动段I段500～600mm处的热流密度为410～415kW/m2在热量突然增加过程中受热管中水容易由核态沸腾转变为膜态沸腾。此时由于管子内壁得不到水的连续冷却传热受到汽膜的阻隔使冷却水与管壁之间的传热情况恶化壁温升高管子处于过热状态。也正因为受热管长期处于脉冲过热状态受热管因疲劳而破坏。4结论（1）汽化冷却烟道移动段I段烟气入口500-600mm爆管的主要原因为传热恶化引起管壁超温管壁减薄进而爆管。（2）汽化冷却烟道移动段I段水循环方式应改为强制循环方式。参考文献[1]许圣华.烟气物性的直接计算方法[J].苏州丝绸工学院学报19993：32-36.作者简介：王子兵（1966-）男河北省唐山市人硕士华北理工大学副教授硕士研究生导师主要从事低阶煤提质、低温余热发电和生物质能源技术的研究。*通讯作者：赵华北理工大学在读硕士研究生。