新型格子磚結(jié)構(gòu)—實現(xiàn)最大通孔率和均勻格孔間的速度分布(r)

1、新型格子磚結(jié)構(gòu)簡介實現(xiàn)最大通孔率和均勻格孔間的速度分布陳維漢 陳維漢：華中科技大學教授 現(xiàn)為公司總工程師 電話 劉世聚 劉世聚：公司董事長，電話鄭州豫興耐火材料有限公司）高爐熱風蓄熱室用的蓄熱體，常常采用多孔格子磚的形式。由于格子磚的制作誤差，在實際堆放的過程中很難保證磚孔從上到下100%的通暢。上下兩塊格子磚常常出現(xiàn)錯位，尤其是錯層堆放時以至于從上面看下去就出現(xiàn)一些月牙形的錯臺，隨著堆放高度的增加錯位現(xiàn)象會越來越嚴重，且錯臺的分布也是隨機的，很不規(guī)則。統(tǒng)計表明格孔的通孔率一般在6080%之間。由于錯位使得實際的流體與孔道之間的傳熱當量直徑變

2、小，且孔壁的視在粗糙度也會明顯提高。這對煙氣或冷風與孔壁之間的換熱得以強化，但流動阻力也會相應(yīng)地增加，而自然形成的通孔率分布也是不均勻的，這又會導致氣流速度分布的不均勻，從而削弱熱交換過程。相對于熱風爐的其它問題，錯層現(xiàn)象一直沒有引起人們足夠的重視，是因為大直徑的格孔使用得多，即使局部出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象對整個熱風爐性能的影響不會十分明顯。隨著格子磚孔徑的縮小這個潛在的問題就顯現(xiàn)出來了。這是因為格子磚的尺寸誤差不因孔徑縮小而相應(yīng)減小，因而錯臺尺寸相對于孔直徑的比之就增加了，這對于流場的影響就會明顯增大。如果上下層格孔間沒有錯臺，煙氣中攜帶的煤氣灰塵就不易在格孔壁面上粘附；如果上下層格孔間存在錯臺，煙氣

3、中的灰塵會在其上堆積，最終導致格子磚磚孔氣流不通暢或堵塞；尤其是處于高溫區(qū)的上層格子磚，對高鋁系列的格子磚而言，已經(jīng)接近蠕變軟化臨界點的溫度，尤其是在高風溫熱風爐中的格子磚更是如此，而煤氣所帶的顆粒物經(jīng)燃燒過程也處在軟化狀態(tài)，因而在格子磚層間的錯臺上極易發(fā)生顆粒（灰塵）的粘附。一旦出現(xiàn)粘附就會使表面不再光滑，就更容易發(fā)生粘附與沉積，使粘附過程得以加快，最后會將整個格孔堵塞。因此，保證格子磚的通孔率是一件提高格子磚利用率和實現(xiàn)格子磚長期安全穩(wěn)定運行的很重要的事情。格子磚的另一個主要問題是，格孔之間的氣流相互交換的能力很差，一旦進入蓄熱室格子磚的氣流分布確定之后，在整個氣流流經(jīng)的蓄熱室內(nèi)，氣流的整

4、體分布很難改變，因為格孔是從上到下通暢的，通過縫隙的橫向孔間的氣流動量交換很差。蓄熱室中的這種流動狀態(tài)必然導致各處的熱交換強度不均勻，也就減弱整體的熱交換水平和減小了蓄熱體的利用率。為此，提出一種能同時解決上述問題新型格子磚，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括：等六邊型的磚體，磚體高度方向（豎向）均布有豎向通孔（格孔），該豎向通孔是由小直徑的直段和逐步變大直徑的錐段構(gòu)成，猶如一個喇叭狀的通道；錐段（喇叭口）開口一端是格子磚的上端面，小直徑的直段開口的一端是下端面，其上有與等直徑段相連通的平行水平通道。該格子磚的堆砌方法是在一個層面上，一個格子磚上的水平通道與另一塊格子磚上的水平通道是平行相接的，以便

5、于氣流的水平方向的流動。在上下格子磚之間是上面一塊格子磚的小孔徑下端面與下一塊格子磚的大孔徑上端面連接，由于大小直徑之間的差異要大于上下堆放可能引起的偏差。這樣就防止了上下孔之間出現(xiàn)錯位的月牙形平臺。由上述可以看出，當煙氣流從燃燒室進入由格子磚組成的蓄熱體時，氣流在格子磚小孔徑處速度加快，在進入斜向大孔徑的截面時構(gòu)成一種類似于氣流噴射流動狀態(tài)，可以對其水平通道中的氣流有抽吸作用，這就能促使蓄熱體中的氣流分布趨于均勻。同時，在格子磚下端部與另一格子磚上端部解除后，在沒有水平通道的另一個方向上會是一個突擴的流場結(jié)構(gòu)，在形成小的渦旋同時也增加了氣流的紊流度，這在一定程度上增強了格孔與氣流間的換熱能力

6、。當冷的鼓風從冷風口通入冷風室，由下而上從小孔徑端進入后流向大孔徑端，速度逐漸減小，而當冷風再從大孔徑端進入等直徑段小孔徑端時，因流動阻力增加而會迫使氣流向水平通道流動，這樣就能使蓄熱室中氣流趨于均勻。同時因水平通道的作用與孔徑的突然收縮而造成的氣流紊亂，也會增強孔壁和氣流間的熱交換能力。由于格子磚堆放時是小孔徑放在大孔徑上，能有效防止格磚堆放中格孔錯位出現(xiàn)的水平錯臺，這就從根本上消除了煙氣中攜帶的粉塵在格孔中的堆積以至堵塞格孔造成氣流分布不均和使熱交換能力下降的隱患。此外，當煙氣流從大孔徑端進入流向小孔徑端時，流速逐步增大，煙氣中灰塵失去了粘附的機會，即使有局部的粘附也會在氣流加速中被攜帶到

7、下游，最終將粘附在格孔里的灰塵帶出格子磚?？傊瑹o論是高溫煙氣流從燃燒室進入蓄熱體格子磚，還是冷風從冷風室進入蓄熱室格子磚，由于錐形的格孔結(jié)構(gòu)使得氣流的速度總是處于變化之中，還能在上下層格子磚之間通過水平通道與相鄰格孔中的氣流發(fā)生相互作用，從而使蓄熱室的氣流分布逐步趨于均勻。顯然，這種新型結(jié)構(gòu)的格子磚具有雙向調(diào)節(jié)氣流分布的功能，還能在保證通孔率的前提下通過改變格孔的形狀來增強格孔的熱交換能力，同時又消除了氣流中灰塵在孔壁上粘附的條件。使用這樣的格子磚就為熱風爐高強度、高效率、高風溫地運行提供了基礎(chǔ)性的支撐。向下流動流型向上流動流型圖2b格子磚組合結(jié)構(gòu)及格孔流場示意圖格孔等直徑段格子磚上端面格孔變直徑錐段格子磚下端