氧氣轉爐汽化冷卻煙道傳熱計算

程雷英

摘 要：氧氣汽化冷卻煙道傳熱的計算方法是一項相對較為適用的研究算法，通過對其煙氣成分計算和輻射傳熱計算等計算方法的研究，可以得出其煙氣的構成以及焓值等方面的相應計算方法，并可以按照輻射傳熱計算的嶄新標準替代機械部傳統標準關于輻射傳熱計算的制定。使得鍋爐輻射室標準獲得一個計算方法，確定出整體汽化冷煙道的溫度變化規律以及熱能回收的效率情況。

關鍵詞：氧氣；轉換；煙道前言

氧氣轉爐過程中其涉及到冶金系統的煙氣余熱的有效回收效果，并隨著國家工業機械部頒布的煙道式余熱鍋爐設計導則以及氧氣轉爐余熱鍋爐技術條件兩個條款規范，開始對其傳熱計算的方法進行了研究，因而對其進行傳熱計算的方法探討具有重要的現實意義。

1 轉爐余熱煙道的發展研究現狀

轉爐余熱煙道溫度場和熱應力的計算是一個涉及到傳熱、功能、力學的整體運作過程。由于影響因素相對較多，因而清晰的獲得熱應力和變形的分布規律是相對不容易的。煙道作為轉爐整個項目大家族中最基礎構成單元，在工業生產中一個非常常見的結構單元，其地位及作用往往被輕視，在設計上也過于簡單，對其的熱應力計算相對不多，大部分時候都是依靠己發生的事故來判斷結構有影響的位置，處于被動的事后維修階段，帶來很多實際工作的阻礙。這些阻礙都會使得整體的維護工作處在一個不利的狀況中。在隨著工程生產的投產運行，其煙道承受煙氣壓力和整體多因素的負擔開始提高，并自身載重、積灰載荷及外部自然條件的作用，產生了難以忽視的問題。通過改進煙道結構進而慢慢由隔板式向密排式開始進行研究，由水冷卻向全汽化冷卻開始進行。通過對這一過程的整體性的研究主要集中在對煙氣的處理回收利用或者是對煙道問題研究、制造方式以及傳統的積累經驗對結構設計提出改進等方面，但都在涉及煙道的溫度場以及熱應力的研究過程中存在偏少的狀況[2]。

2 煙氣成分的計算

煙氣的物理特性參數主要包含汽化冷卻入口煙溫和焓值，以及進入爐氣的燃燒產物和進入煙罩時，其煙氣中含有的攜帶熱量。其熱量的主要包括爐氣的物理熱，一氧化碳等可燃物通過燃燒所釋放出的輻射熱量。并在空氣帶入的熱量主要包括從煙罩入口的空氣以及汽化器高溫段漏入的氣體，進而通過對這過程的直觀聯系，得出漏入空氣溫度一般可按31%的進入煙罩的熱量進行等量的對比分析，并需要對其帶入空氣中的熱量進行排除，這之中是不包含灼熱的爐塵和熔池內的金屬向罩內的輻射傳熱產出的，因而需要對比在國內外資料關于煙氣在熱量中含量關系，以及煙氣總能量的3.8%左右進行對比，并且在煙氣中的二氧化碳和水蒸氣會發生有效的化學作用關系產生，熱分解需要吸熱，減少了煙氣的焓值。使得在煙氣的焓值計算中可以對其進行公式的表示。

I=1.04×（Il+Ir+Ik）-IF

公式中的I為爐其的焓值，Il為爐其的物理熱量，Ir為爐其中的可燃物燃燒所釋放的熱量，Ik為空氣中的帶入熱量值。IF為爐氣中的二氧化碳和水的分解過程所產生的熱量效果。通過計算爐氣的物理熱過程分析，其整體性較為復雜，并需要考慮到二氧化碳以及一氧化碳和水蒸氣等方面不同的作用影響，其計算公式是一種合成公式，

即

其中公式Ni為可燃物燃燒后的各部分構成氣體所占的百分比，Ii為可燃物在燃燒后各構成氣體的焓值程度，Ih為可燃物在燃燒后爐塵的焓值大小程度。其在燃燒后的爐塵需要按照嚴格的焓值計算方法進行推導：

其μy之為煙氣中的煙塵濃度大小程度，μl為爐其中的煙塵的濃度大小程度，Cash表示溶塵損失的百分比程度。因而在計算爐氣的物理數值中，需要對各構成部分的焓值以及相應的參考資料進行有效的考量，并在爐塵計算中考慮到準確的數據，并對其轉爐爐塵的密度進行一定的判定，要取值在0.173KG/Nm3。這種取值是相對于中小型的轉爐爐塵密度進行考慮的。其可以取值在0.22KG/Nm3通過這些可以有效對其進行爐塵估算。并可以對爐氣中的一氧化碳在燃燒中的放熱效果進行判定，其公式為：

其公式中TIk為當地環境溫度的變化程度，Csk為濕空氣的定壓比熱程度，其二氧化碳以及水蒸氣分解所產生的熱量分解，其二氧化碳以及水蒸氣的分解程度和相關資料可以通過分解熱量的計算公式進行判定。

3 輻射傳熱計算

大型鍋爐標準計算需要對水冷壁管道的傳熱計算進行嚴格的算法設計，其需要根據氣化冷卻煙道的物理特點和結構特點進行輻射熱量計算公式，設公式為：

整個公式中，Qi是冷卻室受熱面積所吸收的熱量程度，V1是爐氣的總量值，M是水冷壁的物理特點參數值，ad1是水冷壁的當量黑度表示大小，并同時要考慮到水冷壁的熱有效系數以及入口計算的煙溫和出口計算的煙溫程度，使得可以得出對水冷壁的當量黑度計算的參考數值，

其中a可以表示為煙氣的黑度，進而通過對煙氣黑度計算公式的對照判定，可以得出煙氣中各構成部分的黑度判定，并要依靠各構成部分的分組壓力值以及輻射層相應的厚度程度，來進行和乘積的有效對比進而開始確定其查詢的有效系數曲線值。

在公式中需要考慮的要素包含凈煙氣黑度以及二氧化碳的黑度關系，同時也需要對水黑度進行考慮，也要對煙塵輻射減弱系數的程度大小進行判定，并要對煙氣的絕對壓力值要參考標準大氣壓的取值進行判定，同時也要考慮到輻射層厚度值。這一公式可以有效的對煙氣的黑度進行計算方法的判定。其重視中關于爐口段以及煙罩段的取值要在0.05左右，并且爐口段要在上輻射段取0.01值，其也需要考慮煙塵中的爐塵計算濃度以及煙塵評價溫度的百分比，并要計算出塵粒計算的相應直徑。其成立的直徑也需要根據其空氣的過程系數進行有效的確定，并要考慮在不構成參數在相互不同比值下所對應的變化，進而對其水冷壁比較的系數以及水冷壁熱有效的系數以及水冷壁特性參數機械一定劑量的參考判定，在對綜合試差進行判定可以得出其計算的流程過程結果。

4 結束語

通過按照機械工業部所提出的計算方法進行一定程序的計算設計，并可以通過實例進行有效的計算方法驗證，發現其段位輻射傳熱數據在可知的情況下，其流傳熱量的對比也相對可以判定，其和機械部標準算法相比較更具有現實意義。

參考文獻

[1]趙錦.轉爐煙氣全干式除塵及余熱回收新工藝研究[D].東北大學，2012.

[2]姬立勝.轉爐煙氣余熱的充分回收與合理利用[D].東北大學，2012.

[3]趙志宇.延長轉爐汽化冷卻煙道使用壽命的措施[J].河北冶金，2014，6：50-51+77.