烧结余热高效回收关键理论及应用

本书凝练了著者及其团队10余年的研究成果，是一本系统阐述烧结过程余热资源回收与利用的专著。全书围绕竖罐/环冷机-余热锅炉等环节，重点阐述了烧结矿内气体流动与气固传热的关键科学问题，进而剖析了基于竖罐和环冷机模式烧结余热回收与利用的关键技术问题。

董辉，1969年6月出生，工学博士，东北大学冶金学院热能工程系、国家环境保护生态工业重点实验室教授，博士生导师。主要从事冶金余热资源回收利用、竖式炉窑热工、液化天然气冷能利用、工业废盐资源化等研究。主持国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、环境保护部科技计划、省级科技计划等项目10余项。

《现代冶金与材料过程工程丛书》序
前言
第1章 概述1
1.1 烧结矿余热资源的组成及特点 1
1.1.1 测试对象、体系内容与方法 1
1.1.2 热工测试结果与分析3
1.2 烧结过程余热资源回收利用技术进步与展望 8
1.2.1 国外烧结余热回收利用技术发展状况 9
1.2.2 国内烧结余热回收利用技术发展状况 12
1.2.3 烧结余热回收与利用技术发展途径 17
1.3 烧结余热回收关键科学问题与技术问题的凝练 21
第2章 烧结基本原理 23
2.1 铁矿烧结发展状况 23
2.2 烧结过程 24
2.3 烧结过程主要反应及固结机理 28
2.3.1 燃烧反应 28
2.3.2 水分的蒸发和凝结 30
2.3.3 碳酸盐分解 30
2.3.4 铁氧化物的分解还原和氧化 31
2.3.5 有害杂质的去除 32
2.3.6 固相反应 33
2.3.7 液相黏结及基本液相体系 34
2.3.8 烧结矿冷凝固结 38
2.3.9 烧结矿的矿物组成及结构 39
2.4 烧结矿质量指标 40
2.4.1 烧结矿强度和粒度 40
2.4.2 烧结矿冶金性能 41
2.4.3 碱度 42
2.5 成熟应用的烧结工艺技术 43
2.5.1 低硅高还原性烧结矿技术 43
2.5.2 低碳厚料层烧结技术 45
2.5.3 小球团烧结法 46
2.5.4 烧结机偏析布料技术 48
2.6 烧结新技术进展及应用 49
2.6.1 镶嵌式烧结法 49
2.6.2 复合造块法 50
2.6.3 涂层制粒技术 52
2.6.4 烧结喷吹氢系气体燃料技术 53
2.7 铁矿烧结的发展趋势 56
第3章 烧结矿床层内填充特性及气体流动的实验研究 58
3.1 烧结矿层填充特性的研究 58
3.1.1 烧结矿形状因子的研究 58
3.1.2 烧结矿床层内空隙率分布的研究 61
3.2 烧结矿床层内流动过程分析 66
3.3 烧结矿床层内气体流动状态的判定 67
3.3.1 颗粒床层内的雷诺数 67
3.3.2 实验原理 68
3.3.3 实验装置 69
3.3.4 实验过程 70
3.3.5 实验结果与讨论 71
3.4 烧结矿床层内气流压降实验关联式的确定 76
3.4.1 修正Ergun方程 76
3.4.2 颗粒摩擦因子 79
3.4.3 无量纲化床层阻力关联式的建立 82
第4章 烧结矿床层内气固传热实验研究 91
4.1 烧结矿床层内气固传热过程分析 91
4.1.1 烧结矿床层内的导热过程 91
4.1.2 烧结矿床层内的对流传热过程 92
4.1.3 烧结矿床层内的辐射传热过程 92
4.2 烧结矿床层内气固传热过程实验研究 92
4.2.1 床层内气固传热系数公式推导 93
4.2.2 床层内气固？传递系数公式推导 95
4.2.3 实验装置与过程 101
4.2.4 实验结果与分析 104
4.3 烧结矿床层内气固传热过程试验研究 112
4.3.1 实验内容与目的 112
4.3.2 实验装置与过程 113
4.3.3 实验结果与分析 117
第5章 烧结余热回收竖罐内流动与传热数值计算及应用 120
5.1 物理模型及其基本假设 120
5.2 竖罐内气固传热数学模型 122
5.2.1 多孔介质模型 122
5.2.2 竖罐内流动与传热基本方程 124
5.2.3 竖罐内气体流动模型 130
5.3 网格划分及边界条件131
5.3.1 网格划分 131
5.3.2 边界条件的设置 132
5.4 模型计算方法 133
5.4.1 模型计算软件的选择 133
5.4.2 数值离散方法的选择 134
5.4.3 SIMPLE算法 136
5.5 模型参数UDF 137
5.5.1 UDF的编写基础 137
5.5.2 UDF宏的选取与定义 138
5.6 模型可靠性验证及分析 139
5.6.1 模型网格的无关性验证 139
5.6.2 模型的可靠性验证 140
5.7 烧结矿竖罐内气固传热过程数值计算 142
5.7.1 某一工况下模拟计算结果分析 142
5.7.2 主要影响因素及其影响规律 148
5.8 竖罐适宜热工参数的确定 157
5.8.1 竖罐适宜热工参数的判据 157
5.8.2 试验设计方法的确定 160
5.8.3 试验方案的确定 162
5.8.4 单罐条件下竖罐适宜结构参数和操作参数的确定 168
5.8.5 双罐条件下竖罐适宜结构参数和操作参数的确定 170
第6章 环冷模式下烧结矿床层内流动和传热数值计算及其应用 174
6.1 环冷机内气固传热过程数值计算模型的建立 174
6.1.1 模型建立基本流程 174
6.1.2 环冷机内传热过程研究方法的确定 174
6.1.3 物理模型的建立 175
6.1.4 数学模型的建立 177
6.1.5 数值计算区域与条件的设定 181
6.2 环冷机内气固传热基本规律与影响因素分析 185
6.2.1 环冷机内气体流动基本规律分析 186
6.2.2 环冷机内温度分布基本规律分析 187
6.3 余热发电模式下环冷机热工参数的确定 190
6.3.1 环冷机出口热载体可用性判断依据及计算 190
6.3.2 环冷机气固传热过程影响规律分析 192
6.3.3 适宜操作参数的确定 198
6.4 环冷机余热分级回收梯级利用工艺 201
6.4.1 工艺流程与参数确定的原则与方法 201
6.4.2 较为完善的可行性实施方案 202
6.4.3 较为实际的可行性实施方案 206
第7章 烧结余热直接热回收系统研究 209
7.1 烧结混合料干燥规律的实验研究 209
7.1.1 实验原理 209
7.1.2 实验内容 211
7.1.3 实验结果分析 212
7.2 烧结余热用于烧结混合料干燥 214
7.2.1 基本假设 214
7.2.2 解析模型建立 215
7.2.3 解析模型验证 218
7.2.4 烧结混合料干燥工艺参数的确定 221
7.3 烧结余热用于烧结点火 228
7.3.1 烧结点火的作用与意义 228
7.3.2 烧结点火工艺及特点分析 229
7.3.3 影响点火的因素分析 233
7.3.4 点火助燃工艺参数的确定 235
7.4 烧结余热用于热风烧结 240
7.4.1 热风烧结的作用与意义 240
7.4.2 热风烧结工艺及特点 242
7.4.3 热风烧结工艺参数的确定 242
第8章 烧结余热锅炉热工参数优化及应用 251
8.1 余热锅炉结构设计 251
8.1.1 余热锅炉整体结构 251
8.1.2 余热锅炉结构确定 254
8.1.3 余热锅炉通风阻力的确定 261
8.1.4 余热锅炉水循环检验 267
8.2 余热锅炉计算机辅助计算软件 273
8.2.1 计算机辅助计算概念 273
8.2.2 计算机辅助热力计算 274
8.2.3 计算机辅助阻力计算 275
8.2.4 计算机辅助水循环计算 276
8.2.5 程序编制原则 276
8.2.6 程序设计基本流程 277
8.3 余热锅炉的热经济学分析与优化 278
8.3.1 余热锅炉热经济学基础概念 278
8.3.2 受热面几何参数优化模型的建立 282
8.3.3 蒸汽参数优化模型的建立 287
8.3.4 优化模型的求解方法 292
8.4 基于某竖罐余热锅炉的案例分析 294
8.4.1 计算程序的编制 294
8.4.2 热工参数优化 303
第9章 烧结余热回收系统热力学分析 305
9.1 余热回收的热力学分析方法 305
9.1.1 能量分析理论 305
9.1.2 焓分析 305
9.1.3 焓分析 306
9.1.4 能级分析 310
9.2 热力学分析模型和余热回收利用原则的建立 313
9.2.1 热力学分析模型建立的方法与步骤 313
9.2.2 余热回收与利用原则的确定 321
9.3 烧结余热回收系统热力学分析与评价 322
9.3.1 烧结生产条件 323
9.3.2 烧结环冷余热回收系统热力学分析与评价 324
9.3.3 现有余热利用不足及技术的改进方案及分析 331
9.3.4 烧结矿余热竖罐式回收系统热力学分析 334
参考文献 339