焦爐傳熱(heat transfer for coke oven)是指熱量在焦爐中的傳遞過程。是焦爐熱工研究的主要內容之一。煤氣在燃燒室內燃燒產生的熱量，通過爐牆傳給煤料，煤料以不穩定熱傳導方式升溫，經層狀結焦成為熱炭。為了提高焦爐的熱效率，降低熱損失，採用填充格子磚的蓄熱室以回收廢氣的熱量。
基本介紹
- 中文名：焦爐傳熱
- 外文名：heat transfer for coke oven
- 領域：工程技術
- 學科：冶金工程
簡介,火道向爐牆的傳熱,爐牆向煤料的傳熱,炭化室煤料的傳熱,蓄熱室的傳熱,
簡介
焦爐傳熱(heat transfer for coke oven)是指熱量在焦爐中的傳遞過程。是焦爐熱工研究的主要內容之一。煤氣在燃燒室內燃燒產生的熱量，通過爐牆傳給煤料，煤料以不穩定熱傳導方式升溫，經層狀結焦成為熱炭。為了提高焦爐的熱效率，降低熱損失，採用填充格子磚的蓄熱室以回收廢氣的熱量。焦爐各部位的傳熱是傳導、輻射、對流共存的綜合傳熱過程，這些傳熱方式分別在不同的部位和不同的時間起主導作用。由於焦爐操作的周期性變化和氣流的定期換向，焦爐各處的熱流(單位時間內的傳熱量)和溫度以及爐料的熱物理性能均隨時間而變化，焦爐傳熱屬於不穩定傳熱。但這種變化具有周期性的規律。為簡化起見，通常對燃燒室和蓄熱室各處的溫度和熱流均取用周期變化的平均值。按穩定傳熱過程作近似的分析和計算。
火道向爐牆的傳熱
煤氣和空氣流在立火道內以擴散燃燒方式燃燒，燃燒產生的火焰和熱廢氣的熱量通過輻射和對流的方式傳遞給爐牆。燃燒廢氣溫度高達1400-1600℃，同時煤氣在燃燒過程中因熱解而產生的高溫游離炭有強烈的輻射能力，且火道中氣流速度較慢，因此在立火道中輻射熱量占90%-95%以上。而對流傳熱量僅占5-10%。
爐牆向煤料的傳熱
屬不穩定的熱傳導，但在近似計算中也可按穩定熱傳導求平均值。
按不穩定熱傳導計算熱流的變化，在裝煤開始的1-2小時，炭化室牆將大量熱量傳給煤料，砌體的熱量輸出大於蓄熱最，使爐牆溫度從1050-1100℃急劇降至700℃左右，爐牆炭化室側與燃燒室側的溫差加大，熱流提高。隨著炭化室牆面溫度升高，熱流又逐漸減少，在結焦後期砌體的蓄熱大於放熱，使爐牆溫度又回升至1050-1100℃。在整個傳熱過程中，通過爐牆的熱流和爐牆溫度隨結焦時間而變化。這種傳熱屬於不穩定熱傳導。
炭化室煤料的傳熱
煤料的溫度和熱物理參數隨時間、空間變化的不穩定導熱過程。它和燃燒室內氣體的燃燒、對流和輻射傳熱以及爐牆的導熱有關。在不考慮煤料的熱物理參數的變化、炭化過程的熱效應和煤料水分蒸發等的情況下，炭化室煤料的傳熱可以用一維不穩定導熱方程式來求解。當採用分離變數法和代入幾何、物理、時間和邊界條件後，可確定操作條件(如煤氣性質，燃燒室溫度和裝爐煤性質等)和炭化室特徵(如炭化室尺寸和爐磚材質等)對結焦時間、生產能力和熱量消耗的影響。
蓄熱室的傳熱
蓄熱室中的格子磚是熱量的傳遞者。蓄熱室內通廢氣時，格子磚被加熱；換向後，格子磚將蓄存的熱量傳給空氣或貧煤氣。隨著定期換向格介磚反覆進行等量的蓄熱或放熱。蓄熱室各部位溫度在上升氣流(冷卻期和下降氣流加熱期)期間，均隨時間星周期性變化，屬於不穩定傳熱過程。在加熱期，格子磚表面溫度逐漸升高，進入蓄熱室的廢氣溫度與格子磚表面溫度的差逐漸減小，傳熱量逐漸下降，離開蓄熱室的廢氣溫度逐漸升高。在冷卻期，空氣或貧煤氣的預熱溫度逐漸降低。因此，換向時間不能過長。但換句時需切斷煤氣停止加熱，這會導致煤氣漏失量增加，機械磨損加重，因此換向時間也不宜太短。一般每隔20或30分鐘換向一次。在一個加熱和冷卻周期內，傳熱過程可以看作廢氣將熱最通過格子磚傳給空氣或貧煤氣的過程。這與熱流體通過間壁將熱量傳給冷流體的過程類似，是傳導、輻射、對流三者兼有的綜合傳熱過程。
