垂直冷却水管内液固两相流的传热与抗垢性能_张琳

Heattransferandanti-foulingofliquid-solidtwo-phaseflowinverticalcoolingwaterpipesZhangLin，BuQingxuan，YouYikuang（KeyLaboratoryofOil&GasStorageandTransportationTechnology，CollegeofMechanicalandEnergyEngineering，JiangsuPolytechnicUniversity，Changzhou213016，China）垂直冷却水管内液固两相流的传热与抗垢性能张琳，卜庆选，尤一匡（江苏工业学院机械与能源工程学院油气储运技术省重点实验室，江苏常州213016）［摘要］针对污垢沉积而导致高炉冷却壁传热效率降低的疑难问题，通过在冷却水管内加入固相颗粒以形成液固两相流，从而改变两相流体对冷却水管的传热和抗垢性能。在不同固相体积分数下进行了冷却水管内液固两相流动的传热和抗垢性能研究。研究结果表明，由于固相颗粒的扰动和剪切效应，不仅可以增大冷却水管传热系数和强化传热效果，而且增强了抗污垢能力，延长了设备的高效运行时间，实现冷却壁的长期高效运行。［关键词］冷却壁；液固两相流动；强化传热；抗垢性能［中图分类号］X703.1［文献标识码］B［文章编号］1005-829X（2009）09-0022-04Abstract：Tosolvethehardproblemthatthereductionofheattransferefficiencyonthecoolingstaveofblastfurnaceduetofoulingdeposition，solidparticleshavebeenaddedintothecoolingwaterpipes，formingliquid-solidtwo-phaseflow，whichcanchangetheheattransferandanti-foulingcapacitiesofthecoolingwaterpipes.Underdifferentsolidphasevolumescores，theheattransferandanti-foulingcapacitiesoftheliquid-solidtwo-phaseflowinthecoolingwa-terpipesarestudied.Theresultsindicatesthatbecauseoftheperturbationandshearingeffectofsolidphaseparti-cles，notonlycantheheattransfercoefficientandheattransfercapacityofthecoolingwaterpipesbeenhanced，buttheanti-foulingcapacitybeincreased.Thusthehighlyeffectiverunningtimeoftheequipmentisgreatlyextended，realizingthelong-termhighlyeffectiverunningofthecoolingstaves.Keywords：coolingstave；liquid-solidtwo-phasefluid；heattransferenhancement；anti-foulingcapacity［基金项目］江苏省高校计划研究项目（06KJB530046）；江苏工业学院科技发展基金（ZMF07020016）第29卷第9期2009年9月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．29No．9Sep.，2009冷却壁作为高炉的换热设备，其传热效果对高炉的寿命有着非常重要的影响。为了提高冷却壁的冷却能力，国内外学者围绕冷却壁的材质〔1〕、冷却壁的结构优化〔2-4〕、冷却壁水管污垢的清洗〔5-6〕、冷却壁的传热特性〔1〕等方面做了大量卓有成效的研究工作。目前，高炉冷却壁冷却水管内壁污垢的清洗仍然是一个难题。工业实践中普遍采用的高压水冲洗法、沙洗法都是“先病后医”低效率的方法，除垢效果不是非常理想。在线化学清洗法，其清洗效果也难以保证。笔者提出液固流态化清洗技术来实现高炉冷却壁冷却水管内壁污垢的在线清洗及强化传热，并对其抗垢性能进行了实验研究。1实验装置系统为了研究垂直冷却水管内液固两相流动抗垢和传热性能，分别对单相水流和加入不同体积分数的液固两相流的垂直管进行冷态实验和热态实验。实验装置系统示意见图1。实验试件规格：水管为D34mm×2mm×1000mm的无缝钢管，套管为D48mm×3mm×1000mm的无缝钢管。实验时套管内蒸汽的温度控