干法与湿法的高炉渣余热回收热效率与效率分析

2022-04-15 08:41:27 | 浏览次数：

摘要：该文以回收高炉渣余热为目标，采用热与为中间变量，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。最终得出换热面积在一定范围内，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回收提供了理论依据。

Abstract： This article focuses on the blast furnace slag waste heat， takes heat and exergy as the intermediate variables， by calculating the heat efficiency and exergy efficiency， compares the similarities and differences of the dry method and the wet method blast furnace slag waste heat. The result is that： when the heat exchange is within a certain range， the wet method waste heat recovery heat efficiency is lower than the dry method 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 analysis of wet method and dry method blast furnace slag waste heat recovery efficiency provides the theoretical basis for the heat recovery rate research in both heat efficiency and exergy efficency in future.

关键词：高炉渣；余热回收；热效率；效率；理论依据

Key words： blast furnace slag；heat recovery；heat efficiency；exergy efficiency；theoretical basis

中图分类号：X757 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）02-0157-03

0 引言

中国现在是钢铁产业大国，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1t生铁，即可产生高炉渣250kg-300kg[1]，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[2]，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回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[2]，现如今在节能方面，对余热回收的比重越来越大[3]。

目前，回收高炉渣余热的方法有很多，主要分为两大类，干法高炉渣余热回收和湿法高炉渣余热回收[4]，干法余热回收现如今主要采用的是粒化的方法[5]，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、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[6]。分别用20℃冷却水和20℃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Wg为高炉渣质量流量（kg/s），Cg为比热容（kJ/kg·K），hg为对流换热系数（W/m2·K），T1为进口温度（℃），T2为出口温度（℃）。Wa为20℃的冷却水（干空气）质量流量（kg/s），Ca为比热容（kJ/kg·K），t1为进口温度（℃），t2为出口温度（℃），ha为对流换热系数（W/m2·K），λa为导热系数（W/m·K），νa为黏度系数（m2/s），ua为流速（m/s），S为换热面积（m2），L为厚度（m）。

对高炉渣的余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℃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。

通过带入物性參数以及数值比较通过20℃冷却水以及20℃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 [7]。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℃冷却水和20℃干空气两种冷流体对高炉渣余热进行回收，并比较其效率[8]。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T0为环境温度（℃），则20℃冷却水（干空气）得到的热量 ΔEs为：

在流体流动时，一定存在着阻力，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[9]。

设ksa为20℃冷却水（干空气）绝热系数，Fsa为20℃冷却水（干空气）影响系数，则冷却水损失为ΔEsa：

设ksg为高炉渣绝热系数，Fsg为高炉渣影响系数，则高炉渣损失为ΔEsg：

通过带入物性参数以及数值比较通过20℃冷却水以及20℃干空气的高炉渣余热回收效率。

2 计算实例

分别分析以20℃冷却水和20℃干空气为介质，对经过换热的高炉渣余热回收的热效率及效率进行比较。参数如表1[10]所示。

由以上参数计算得当换热面积S变化时以20℃冷却水和20℃干空气为介质，经过换热的高炉渣余热回收的热效率及效率，详细见图1，图2。

如图1所示，当以冷却水为换热质时，余熱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，余热回收效率随着换热面积的增大而减小，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。从总体上看，在换热面积一定时，冷却水的余热回收效率高于干空气余热回收效率。

3 结论

①对干法与湿法高炉渣余热进行热效率与效率的理论计算，计算得出在热效率方面，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，在效率方面，湿法余热回收高于干法余热回收效率。