高炉中的热交换原理是啥？

2023-01-08

本文主要是 高炉中的热交换原理是什么？ 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。

参考知识1 高炉热交换(exchange
of
heat
in
blast
furnace)
高炉连续铸钢|炼铁过程中炉内上升煤气流与下降炉料之间的热传递现象。从热工角度看高炉热交换属逆流式高温气流将热传输给运动着的散料床，使散料温度升高，而煤气自身温度降低的现象。它是高炉冶炼的主要过程之一。热交换不仅决定着高炉内温度场分布，而且还影响着冶炼过程的还原、造渣等一系列物理化学反应，因为上升的高温煤气既是载热体，又是还原剂，也就是在与炉料热交换过程中既提供炉料升温的热量，还提供各种物理化学变化所需的热量，保证还原等过程的进行。高炉内的温度场虽然因各高炉具体情况的不同，沿圆周及半径方向依煤气流分布而干差万别，但是沿炉子高度的温度分布却有共同规律：在炉料装入炉内的上部地区和从风口燃烧带形成煤气往上升的地区，由于煤气与炉料之间的温度差很大，进行着很强烈的热交换，形成高炉上部热交换区和下部热交换区；而在高炉的中部，煤气与炉料的温差较小(25～50℃)，是热交换进行得极其缓慢的地区，被称为热交换空区或热储备区。热储备区的存在说明高炉是一种热交换很完善的设备。这种热交换规律是由前苏联学者基塔耶夫()教授发现，并通过热平衡方程和传热速率方程的联解给出了其传热规律的数学表达式。
传热方式和传热控制环节
高炉内以传导、对流、辐射三种方式将热量由煤气传给炉料。其传热过程是由煤气向料块表面的外部传热和料块表面向料块核心的内部传热完成的。传导传热主要是在料块内部传热中起主导作用，也就是料块表面的热通过传导传热传到料块中心。由于高炉料柱内料块之间的接触绝大部分是点接触，所以料块之间的传导传热很小而常被忽略不计。传导传热的传热方程为Qc=λ/r(t料表—t料核
)=hc(t料表—t料核)；式中Qc为通过传导传送的热量，kj/m2s；λ为炉料的导热系数，W/m·℃；t料表、t料核为炉料表面和核心的温度，o
C；hc为导出的导热系数W/·m2·℃；r为炉料的半径，m。对流传热是运动的煤气流对料块外表面的主要传热方式，其规律为Qt=a(t料表—t料核)；式中Qt为对流传热量，kJ/m2s；α为对流给热系数，w/m2·℃，它与煤气的流速(以雷诺数为特征的流动状态)、煤气的运动黏度与料块的直径有关；t气为煤气温度，℃。辐射传热是高温煤气以辐射方式向料块表面传送热最，它与料块的黑度、煤气的温度和煤气中三原子气体(例如CO2、H2O)含量和不对称双原子气体(CO)的含量等有关。辐射传热规律为Qr=ε
Cr(T4气—T4料表)=hr(t气一t料表)
；式中Q为通过辐射传送的热量，kJ/m2·s；ε为黑度；Cr为辐射系数，w/mg2．K4；hr为导出的辐射系数，w/m2·℃。研究和测定的结果说明：矿石的导出导热系数hc高于焦炭的，而矿石和焦炭的hc又分别高于它们的对流给热系数α，所以在高炉的热交换过程中对流给热是限制性因素。研究还证明不同温度下矿石的hc远高于(α+hr)
，因此对流给热仍然是控制环节，但是焦炭在高温下(725℃以上)hc小于(α+hr)，这时焦炭本身的传导传热成为控制性环节。