干熄炉风帽供风压力损失的数值研究

　　0　引　言

　　风帽是工业炉窑经常应用的设备,除干熄炉外,循环流化床锅炉、沸腾炉、竖炉石灰窑、流化床垃圾焚烧炉等也用风帽。不同的设备所设计的风帽均有所不同,即便是同一种设备,由于不同的技术流派,不同的制造厂家也纷纷推出不同的设计,因此所采用的风帽结构也不尽相同[1]。

　　干熄炉内的供风分为风帽供风(也称为中心供风)和环缝供风两部分。熄焦用的循环气体从熄焦室底部供入,经下部的环形气道、调节砖和风帽进入熄焦室中心,同时经过上部气道和鼓风箱的缝沿熄焦室的周边供入熄焦室,以保证沿熄焦室所有截面的焦炭都能被气体均匀冷却。所以,干熄炉内布风系统的结构设计是相当关键的,而对于布风装置中的核心元件“风帽”的设计就显得尤为重要。

　　在不同的炉窑中风帽的外形结构不尽相同,所起的作用也有一定差别,但它们有一个共同的功能就是在炉窑内起布风的作用。在干熄炉中,风帽一般安装在冷却室下方的底锥斗中,所起的作用一是供风,使循环气体能够沿径向均匀分布;二是支撑炉料,改善焦炭在冷却室内的下降状况。干熄炉内风帽的设计和安装对提高冷却效率,降低焦炭出口温度波动,以及对干熄焦装置稳定操作起到很大的作用。

　　1　风帽阻力

　　为了保证干熄炉的正常运行,风帽阻力的选取非常重要。风帽阻力太小,布风均匀性差;风帽阻力太大,风机功率增大,耗电增大,经济性差。风帽阻力

　　式中:v为热态下的风帽流速,m/s,一般设计习惯按20℃提供数据,故在校核风帽阻力时一定要对热风温度进行相应修正;ρ为空气密度,kg/m3,按热风温度查取;ξ为风帽阻力系数。

　　风帽阻力系数主要取决于风帽结构,由于风帽结构较复杂,理论上不好计算,基本上都采用试验方法来取得。任中等[1]曾利用实验装置对集中风帽的阻力系数进行过实验,实验结果表明,不同风帽的阻力系数有一定差异。所以在新设计的风帽使用之前,应进行阻力系数实验,为布风装置设计提供准确的ξ数值。

　　风帽阻力系数ξ与局部阻碍形状、固体壁面的相对粗糙以及Re有关。在不同情况下,各因素所引起的作用不同。局部阻碍形状始终是一个起主导作用的因素,由于受局部阻碍的强烈扰动作用,流动在较小的Re时就已充分紊动;相对而言,壁面的相对粗糙、Re对局部阻力系数的影响就很小了。因此,一般情况下,ξ只决定于局部阻碍的形状。

　　因此,布风系统的流动阻力特性的数值分析,只须满足模型与原型几何相似,就能满足力学相似。

　　2　干熄炉实验风帽的物理模型

　　为了研究风帽安装位置和形状的变化对布风的影响,根据实际生产,本文设计了三个风帽:高风帽、低风帽和椭圆风帽[2],见图1。布风气体出口编号见图1(a)。因为风帽存在十字支撑,这样每一个出口又被十字支撑分成了四部分。正对着进口的出口称为“A”,其他出口顺时针分别称为“B、C、D”。如“1A”为出口1的A出口。