干法与湿法的高炉渣余热回收热效率与效率分析

1、干法与湿法的高炉渣余热回收热效率与 效率分析李洋冯立斌昆明理工大学冶金与能源工程学院摘要：该文以回收高炉渣余热为目标，采用热与为屮间变量，通过计算热效率和效率 来比较干法、湿法高炉渣余热回收的异同。最终得出换热而积在一定范围内，湿 法余热回收热效率低于干法余热回收热效率，湿法余热回收效率高于干法余热 回收效率。对干法和湿法高炉渣余热回收进行效率分析，为今后从热效率和效率 两方面对高炉渣进行余热冋收提供了理论依据。关键词：高炉渣;余热回收;热效率;效率;理论依据;作者简介：李洋（1992-），男，辽宁铁岭人，昆明理工大学，2015级硕士研究 牛，动力工程专业，主要从事余热利用研究；作者简介：冯立

2、斌（通讯作者）（1965-），男，云南昆明人，昆明理工大学，副 教授，主要从事传热传质领域研究。recovery heat efficiency and exergy efficiency analysis of dry method and wet method blast furnace slag waste heatli yang feng li-binfaculty of metallurgical and energy engineering,kunming university of science and technology;abstract：this article focu

3、ses on the biast furnace slag waste heat, takes heat and exergy as the intermediate variables, by calculating the heat efficiency and exergy efficiency, compares the similari ties and di fferences of the dry method and the wet method biast furnace slcig waste heat. the resuit is that: when the heat

4、exchange is within a ccrtain range, the wet method waste hea t recovery heat efficiency is lower than the dry met hod waste heat recovery heat efficiency rate, the wet method waste heat recovery exergy efficiency is higher than the dry method waste heat recovery exergy efficiency，the emalysis of wet

5、 method and dry method biast furnace slcig waste heat recovery efficiency provides the thcorctical basis for the heat recovery rate research in both heat efficiency and exergy efficency in future.keyword：blast furnace slag; heat recovery; heat efficiency; exergy efficiency; theoretical basis;0引言中国现在

6、是钢铁产业大国，钢铁产业还是耗能大户，能耗约占我国总能耗的 10%-15%,在消耗能源的同时还会产生大量的热。我国高炉炼铁历史悠久，技术 成熟，而在炼铁过程中会产生大量高炉渣，每炼出it生铁，即可产生高炉渣 250kg-300kgul，其中余热大部分未能回收，不仅造成了能源的浪费也对生态 环境造成了污染宜，因此高炉渣余热回收存在巨大的回收潜力。由于高炉渣内 含有丰富的热量，研究开发高效经济的热冋收方法是非常有必要的。日本新日铁 公司从80年代初就开始研究高炉渣余热回收技术，其他国家如英国和美国也都 在开发高炉渣余热回收技术及1，现如今在节能方面，对余热回收的比重越来越 大。目前，回收高炉渣余热

7、的方法有很多，主要分为两大类，干法高炉渣余热回收 和湿法高炉渣余热冋收£11，干法余热冋收现如今主要采用的是粒化的方法臣1， 湿法高炉渣余热回收方法是用水或者是水与空气的混合物使高炉熔渣冷却，从 而回收余热。本研究通过利用干空气以及冷却水为介质分别对干法和湿法高炉渣 余热回收的热效率、”口效率进行比较，从而客观、系统的分析出高炉渣的 回收价值。1理论推导1.1热效率对于特定的换热装置，其中有效输出的热量与输入的总热量之比称之为热效率 mo分别用20°c冷却水和20°c干空气两种冷流体对高炉渣余热进行回收，并比 较其热效率。在该理论计算中冷却水，干空气以及高炉渣物性

8、均为常数，并且对 换热面积进行约束，从而保证热效率比较的公平性。设肚为高炉渣质量流量(kg/s) , q为比热容(k j/kg - k),九为对流换热系 数(w/m - k) , a为进口温度(°c) , 丁2为出口温度(°c) o 为20°c的冷却水 (干空气)质量流量(kg/s) , c.为比热容(k j/kg - k)，为进口温度(°c), t2为出口温度(°c) , ha为对流换热系数(w/m - k),入a为导热系数(w/m k), v a为黏度系数(m/s),为流速(m/s) , s为换热面积(m) , l为厚度(m)。对高炉渣的余

9、热回收是通过换热器的热交换，实质是对流换热，因此，要求出 20°c冷却水(干空气)的对流换热系数，从而要借助到雷诺数re,普朗特数为 pr和努塞尔数nu。计算re数公式如下公式(2)为层流nu数公式?nu二0.664rep厂将公式(1)带入公式(2)得岀公式(3)nu二0.664 伞jlj公式(4)为nu数特征数方程 1nu二孕-二0.664re，pt3 入a由公式仃)(2) (3) (4)得出公式(5)“0.664賞¥1t 1i "pr3 - i- t 1i-pr3从而得出传热系数k如下:k二i+ .0.664 业l va /其中k为传热系数(w/mk) o设热

10、量为q,由热平衡方程得：q=wgcg(t1-t2) =waca(t2-t1)由传热基本公式得:q=ksat其中at对数平均温差(°c),可表示为:at=(tiqog由公式(7) (8) (9)得出公式(10)waca(t2-t!)二ks(9(t?-cin进而由公式(7) (10)得出公式(11)waca' wgcg由公式(7) (11)得出公式(12)in1 wca-ewc(titi)w“cawgcgntu 二kswa设热效率为£ ,则由公式(12) (13) (14)得公式(15)|_entu(l-k)r_eiwj( i-q通过带入物性参数以及数值比较通过20&#

11、176;c冷却水以及20°c干空气的高炉渣余热 回收热效率。1.2效率理论上，最大可能的转换能力用来作为量度能量高低品味的尺度，而这种尺度 就称为 也。在系统中， 效率是指在换热系统中，在进行转换过程中，被利 用(被收益)的与输入之比。分别用20°c冷却水和20°c干空气两种冷流体 对高炉渣余热进行冋收，并比较其 效率宜。在该理论计算中冷却水，干空气 以及高炉渣物性均为常数，并且对换热面积进行约束，从而保证效率比较的 公平性。设t。为环境温度(°c),则20°c冷却水(干空气)得到的热量 为:ezg 卜2-4讪 f在流体流动时，一定存在着阻力，

12、我们称之为沿程阻力和局部阻力，要克服阻 力就要在该装置的进出口建立一定压差，因此会产生 损失回。设為为20°c冷却水(干空气)绝热系数，乓为20°c冷却水(干空气)影响系数, 则冷却水损失为aesa:e$耳丄 wctjn (1 -fntu)ksa设也为高炉渣绝热系数，爲为高炉渣影响系数，则高炉渣损失为 e/aes=wgcgt()ln (i -0ntu) ksg设效率为n,则由公式(16) (17) (18)得公式(19)t|=l-wacatoln (1 -fntu) +-wgcgt(ty l i)t()ln名称符号冷却水质量流量kg/s冷却水比热容kj/kg-kca冷却水导

13、热系数w/m-kxa冷却水黏度系数mm2/s%冷却水绝热系数ksa冷却水影响系数fsa冷却水流速m/sua冷却水进口温度弋ti冷却水普朗特数pr高炉渣质量流量kg/swg高炉渣比热容kj/kg-kcg高炉渣进口温度弋ti对流换热系数w/m2-khg通过带入物性参数以及数值比较通过20°c冷却水以及20°c干空气的高炉渣余热 回收小效率。2计算实例分别分析以20°c冷却水和20°c干空气为介质，对经过换热的高炉渣余热回收的热效率及炯 效率进行比较。参数如表110所示。由以上参数计算得当换热面积s变化时以20°c冷却水和20°c干空气为介

14、质，经 过换热的高炉渣余热回收的热效率及 川口效率，详细见图1,图2。0.70-0.65 -0.60-0.55 -0.50-0.45 -0.40-0.35 -0.30-0.25-468单位/万平方米图1以冷却水和干空气为换热质的余热回收热效率比较下载原图6 8单位/万平方米0.9 -0.8-0.7 -一0.6-0.5 -0.4-4图2以冷却水和干空气为换热质的余热回收效率比较下载原图如图1所示，当学冷却水为换热质时，余热回收热效率随着换热面积的增大而 增大，热效率波动不明显。当以干空气为换热质时，余热回收热效率随着换热面 积的增大而增大，热效率波动明显。从总体上看，在换热面积一定时，冷却水的

15、余热回收热效率低于干空气余热回收热效率。如图2所示，当以冷却水为换热质时，余热回收 小效率随着换热面积的增 大而减小，上用效率波动不明显。当以干空气为换热质时，余热回收热效率随 着换热面积的增大而减小，效率波动明显。从总休上看，在换热面积一定时，冷 却水的余热回收 炯 效率高于干空气余热回收3结论(1)对干法与湿法高炉渣余热进行热效率与杓效率的理论计算,计算得岀在热效率方面，当换热面积在一定范围时，湿法余热回收低于干法余热回收热效率,"口效率方面，湿法余热冋收高于干法余热冋收效率。(2) 辩证分析干法与湿法高炉渣余热回收的热效率与效率，根据不同的条件对其热效率与 "口效率要

16、有不同的取值。参考文献1 李玉琴，王红兵高炉渣显热回收利用技术现状研究j安徽冶金，2016(2) : 30-31.2 倪维斗.我国能源现状与战略对策m北京：中国化工学会，2008.3 bcbar l, martinak p, hajek jwaste to energy in the field of thermal processing of waste. applied thermal engineering, 2002 (22) :897-906.4 华建社，樊建利我国高炉渣余热回收技术进展j钢铁研究，200& 36(4) : 51-53.5 bisio genergy recovery from molten slag and exploitation of the recovered energyj. energy, 1997, 22 (5) :501-509.6 王亚君，刘华冰，张有伟提高加热炉热效率的开发研究j精细与专用化 学品.2016, 24