炼焦工艺学第10章

1、焦炉的传热，第十章，焦炉的传热，第一节焦炉内传热第二节炉壁和煤材料的传热第三节蓄热室传热，焦炉的传热，第一节焦炉内传热焦炉火道的火焰和热排气的热量通过对流和辐射传递到炉壁，排气温度最大为14001600C 一、对流传热稳定对流热量可用牛顿冷却规律修正：kJ/h (10-1 )式中单位时间内热排气向炉壁的平均对流热量、kJ/h； 对流供热系数、kJ/(m2h )废气和炉壁表面的平均温度、传热面积、m2。 焦炉的传热、火道中的气体流动包括强制对流和由热浮力产生的自然对流，其对流供热系数可以分别按以下关系进行修正。 强制湍流： (10-2 )强制层流： (10-3 )自然对流： (10-4 )式中火

2、道的水力直径，m； 排气的热传导率、kJ/(mhr) Re排气的雷诺标准数排气的设备标准数、焦炉的传热、排气的格拉斯霍夫标准数排气比热容量、kJ/(m3)排气粘度、Ns/m2； 废气与壁面的温度差、废气的热膨胀系数、-1。 当通过将表达式(10-2 )、(10-3 )和(10-4 )代入表达式(10-1 )获得湍流时(10-5 )，层流时(10-6 )、 式(10-7 )中通道内气体在标准状态下的流速、m/s； 沟道内气体平均温度，k。 二、辐射传热1气体辐射的一般焦炉火道中的热排气向炉壁的传热，属于向包围其的固体表面间的气体辐射热交换过程。 正如传热学已知的，当气体为灰体时，其辐射能力遵循斯

3、蒂芬-波尔兹曼定律。 焦炉的传热，W/m2 (10-8 )式中的绝对黑体的辐射能力，W/m2； 气体的黑度5.76绝对黑体的放射常数，W/(m2K4)。 是放射气体的分压、气体层的厚度、温度的函数。 焦炉废气中的主要辐射成分为CO2和H2O，它们的黑度和可以由图101和图102调查。 图中显示的是0.1MP总压下的CO2与H2O气体的黑度和的关系。 单位是MPa，单位是m。 由于分压对水蒸气的黑度的影响比影响大，所以在校正运算时，乘以在图10-2中检测出的与分压相关的校正系数、即在图10-3中检测出的校正系数。 在焦炉的传热、图10-1 CO2黑度曲线图、焦炉的传热、气体中同时含有CO2的情况

4、下，混合气体的黑度为(10 )，一般排气中的该值不大，为0.020.04，可以忽略，在精确的修正运算和值大的情况下、图10-2 H2O黑度曲线图、图10-3 H2O黑度校正系数曲线图、焦炉的传热、气体层的有效厚度由气体的体积和形状决定，气体与包围其的固体表面进行辐射热交换时，能够用下式校正(10-10 )气体的所有器壁面积、m2； 气体放射有效系数。 说明气体放射能被气体自身吸收到达器壁的比。 这与求出的黑度和容器的体积、形状有关，一般为0.851.0，对于立方体或球体=0.9。 焦炉的传热，由于气体的吸收和辐射的选择性，气体的吸收率不仅取决于气体的和，也取决于落入气体内的放射能的光谱。 这些

5、辐射光谱取决于器壁的温度，因为下陷气体的辐射光谱来自包围气体的固体壳。 根据实验测定，CO2和H2O的吸收率ACO2和AH2O可以通过以下的近似校正运算(10-11) (10-12 )式在图10-1中调查和：和在图10-2中调查。混合气体的吸收率在公式中一般可以忽略。 在简化修正算法时，可以按，但此时的值依据和检索。 可以采用有效辐射概念，用辐射热交换的一般方程推导出焦炉的传热、双室炉火道内的气体辐射气体和包围它的固体壁面之间的辐射热交换。 图10-4炉壁的有效辐射、焦炭炉的传热、(1)炉壁的有效辐射图10-4、焦炭炉炉壁的温度、黑度、吸收率表示，在炉壁和火道内火焰气体进行辐射热交换时，其辐射

6、能力表示火焰气体与炉壁表面接触而从炉壁表面射出的总辐射能量即= () (1)与从炉壁表面射出的火焰气体入射的差代入净放射能、即(2)或式(1)时，以=()整理的(2)火道内的火焰气体的有效辐射热与上述类同，能够导出火焰气体的有效辐射。 W/m2 (6)式中火焰气体的净放射能。 焦炉的传热，(3)火道内火焰气体对固体壁面的辐射热交换气体和包围它的壁面进行辐射热交换时，角度系数为1，可以认为全部落入火焰气体中，全部落入炉壁表面，因此纯辐射能量如下。 即，从火焰气体向炉壁的辐射热交换量是将(7)式(5)、(6)代入式(7)而得到的：焦炭炉的传热，对于一般固体而言，根据库希霍夫定律已知，因此由上式整理

7、的例10-1的室炉火道的平均截面为0.4930.350 排气中的CO2为23.28%、水蒸气为4.24%、排气平均温度为1500、火道侧壁面平均温度为1300、排气量为0.032 m3/s；(1)对流热量的修正：火道水力直径m、焦炉的传热、火道内排气流速m/s对流热系数=7.02、kj/(放射热mpam=00.0815105 pammpam=00.0815105 PAM， 焦炉的传热，在从图10-1到：=1500的情况下，=0.065=1300的情况下，根据上述数据，可以用式(10-13 )进行修正计算：通过W/修正计算，、焦炉的传热的同时存在对流和辐射传热的情况下，为了修正计算的方便，辐射传

8、热图10-5 CO2辐射传热系数、图10-6 H2O辐射传热系数、焦炭炉的传热、第二节炉壁与煤材料的传热一、稳定热传导及其基本方程式1热传导的基本方程式傅里叶定律为了说明物体的各点间存在温度差时由于热传导引起的问题，如图10-7所示我们假定物体存在相互平行的2个平面，它们的温度均匀地分布在整个平面上，分别为t和t dt。 设平面的面积为f，相互的距离为dn，根据傅里叶定律，单位时间内通过规定面积的热量与热传导方向的截面积和温度梯度成正比。式所表示的每小时的通过面积f的热量为：W (10-14 )、焦炉的传热、图10-7傅立叶定律的说明图10-8单层平壁、式中热传导率、W/(m )； f传热面积

9、、m2； 时间，h。 式中的负符号表示热传递方向和温度梯度的方向相反。 焦炉的传热，2平壁稳定热传导接着探讨热传导中最简单的平壁稳定热传导。 在稳定热传导中，如果每单位时间的传热量(不随时间变化)一定，则可以将式(10-14 )中的值置换为q。 已知若为单层传热，则垂直于热流的面积f不随时间变化，平面壁厚在平面壁的两表面分别均匀，维持一定的温度t1和t2，由此坐标轴设为图108。 所给定的边界条件为n=0、t=t1、n=、t=t2。 由于温度只在垂直于表面的n个方向上变化，所以温度场在一个方向上是一次性的。 假设材料的热导率为常数，在壁内的两个等温面化中定义了厚度为dn的微单元层，并根据热导的

10、基本规律，对该薄层进行变量分离，则：焦炉的热导由上述边界条件积分上式得到： (10-15 )该式是单层平壁稳定热导的基本方程式。 二、焦炉内的热传导通过燃烧室壁传递到煤材料的热量，可以用单层平壁稳定热传导方程式(支付立叶定律)近似修正。 W (10-16 )式中的炉壁热传导率(硅炼瓦和粘土炼瓦的例子如表10-1所示)、W/m； 炉壁厚度，m； 炉壁面积，m2； 火道侧和炭化室侧炉壁的平均温度。 焦炭炉的传热，例10-2某焦炉立火道侧炉壁温度(平均)为1100，碳化室侧炉壁温度为950，瓷砖炉壁厚=0.09m，试着修正了每m2炉壁1小时的传热量。 从表10-1可知，粘土炼瓦的热传导率=1.28，

11、焦炭炉的热传导率如传热量：=2133.3W/m2碳化室壁那样变成硅炼瓦，硅炼瓦的热传导率=1.88由传热量： 10-16可知，碳化室壁越薄一般炉壁的厚度每变化1mm，结合时间约变化56min，但考虑到炉壁的蓄热作用和壁体的强度，碳化室壁不应该过薄，中国的大中型焦炉碳化室壁的厚度为100105mm，小型焦炉为9095mm。 焦炉的传热、三、不稳定传热的基本概念和粘结时间的修正1不稳定传热的基本概念是稳定传热的基本概念确定碳化焦炉壁的平均传热量，不能反映焦炉炉壁和煤材料的热流变化状况和温度变化状况。 炉壁和煤材料各层的温度和热流是随时间变化的，因此是不稳定的传热，当炉壁和煤材料被视为由单向传热的等

12、温面构成的平壁时，其温度是其等温面所处的距离和时间的函数，分别是式中、温度、时间和距离(厚度)。 研究单向热传导的不稳定热传导主要是解决与三者的关系。 对焦炉炉壁和煤材料，解决了炉道温度、结合时间和碳化室宽度(包括炉壁厚度)的关系。 焦炉的传热由煤材料在碳化室内不稳定地传热的理论导出，能够得到如下的表示火道温度、焦炭中心温度、碳化室宽度和粘结时间的关系式： (10-17 )式中，分别依赖于火道温度、焦炭中心温度和煤材料的温度、准数(与准数的函数焦炉的传热、FO传热准数(傅里叶准数)、反映时间对传热的影响的煤材料的导温系数、m2/h； 结束时间，h。 在煤材料的导温系数中，c为煤材料的比热、煤材

13、料的密度、煤材料的热传导率。 表示物体所具有的温度变化能力。焦炭炉的传热，2焦炭时间的补正算(1)克拉科夫法根据式(10-17 )，焦炭结束时，或者(10-18 )克拉科夫是在不同的构造焦炉测量的焦炭消耗热量、焦炭中心温度和火道温度的数据，图10-9的粘合炉料的平均有效图10-10粘结炉材的平均有效导温系数与焦炭中心温度的关系、焦炭炉的热传导、克拉克夫还制作了不同炉壁厚条件下的和的关系图(10-11 ) (2)郭树才法大连理工大学郭树才在1964年基于式(10-18 )，制作了6种类型的30个修正了炉壁和煤材料的热物理残奥表：炉炼瓦导热率，kJ/(mh )煤材料导热率根据30个生产数据的数学统计求出系数a、b、c，以下的关联式(10-19 )、焦炭炉的导热，上式是二元一次线性方程式，对于一定的Bio准数铁兆波法简化碳化室炉壁和煤材料双平壁的不稳定热传导平衡方程式