六棱柱滾筒冷渣機(jī)傳熱效率影響

趙飛， 王佳， 何慶中， 何濤， 王漫漫

(四川輕化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 宜賓 644000)

滾筒冷渣器作為CFB(circulating fluidized bed)鍋爐的重要輔機(jī)，作用就是將排渣溫度降低到除渣設(shè)備可以承受的溫度，回收排渣的物理顯熱，其換熱效率和安全可靠性對CFB鍋爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。從降低熱渣冷卻過程中能源浪費(fèi)以及保護(hù)環(huán)境的角度考慮，研究高溫爐渣在冷渣器內(nèi)的換熱過程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。

顆粒在滾筒內(nèi)的傳熱包括顆粒-顆粒、顆粒-壁面、顆粒-流體和顆粒內(nèi)部傳熱等幾個(gè)方面。在顆粒間傳熱研究方面，Gu等[3-4]以工業(yè)滾筒烘絲機(jī)為載體，用實(shí)驗(yàn)的方法考察了滾筒轉(zhuǎn)速、氣流和壁面溫度對絲狀顆粒物料的傳熱性能影響，將球形顆粒的傳熱研究拓展到絲狀顆粒物料。在氣固傳熱或?qū)α鱾鳠岱矫?，Liu等[5]將顆粒流模型、湍流模型和熱傳導(dǎo)模型結(jié)合起來，研究了回轉(zhuǎn)窯橫截面內(nèi)粒子的運(yùn)動規(guī)律與傳熱特性。在顆粒與壁面之間的傳熱方面，Nafsun等[6]以小長徑比的試驗(yàn)滾筒為載體研究了兩種不同初始溫度的石英砂在滾筒內(nèi)的混合傳熱過程。在顆粒內(nèi)部導(dǎo)熱方面，Oschmann等[7]基于有限差分法提出了一種解析粒子內(nèi)部熱傳導(dǎo)情況的隱式熱傳導(dǎo)模型。

采用EDEM軟件中Hertz-Mindlin傳熱模型和溫度更新模型，基于離散單元法，通過考察固體單球型灰渣顆粒體系溫度分布、平均溫度變化與溫度概率密度函數(shù)，根據(jù)料床平均溫度差異隨時(shí)間的變化，研究了冷渣管轉(zhuǎn)速和粒徑對換熱效率的影響，提出了提高冷渣管工作效率需考慮的核心因素，明確了進(jìn)一步優(yōu)化冷渣管傳熱的思路方向。

1 研究對象及相關(guān)參數(shù)

1.1 研究對象

研究載體為六棱柱滾筒冷渣機(jī)，即冷渣管為六棱柱結(jié)構(gòu)。相對于傳統(tǒng)的圓柱形冷渣管，多棱柱結(jié)構(gòu)可提高灰渣顆粒在滾筒內(nèi)的翻滾次數(shù)，增強(qiáng)灰渣顆粒的混合效率；同時(shí)，還可減小顆粒在冷渣管中的滑動，增大灰渣顆粒與管壁的碰撞次數(shù)，提高換熱效率[8-9]。

六棱柱滾筒冷渣機(jī)三維模型如圖1所示，六棱柱冷渣管繞圓柱形滾筒中心均勻布置，冷渣管布置分為內(nèi)層和外層共12根冷渣管，內(nèi)層4根、外層8根，內(nèi)外層冷渣管在圓周上錯(cuò)開排列。在工程應(yīng)用中，冷渣機(jī)滾筒均保持在極低的轉(zhuǎn)速下，一般不超過10 r/min。忽略灰渣顆粒在冷渣管中因偏心運(yùn)動而產(chǎn)生的離心力影響，可認(rèn)為內(nèi)外層冷渣管中的顆粒運(yùn)動規(guī)律與冷渣管繞其中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的顆粒運(yùn)動規(guī)律一致。

圖1 滾筒冷渣機(jī)三維模型Fig.1 Three dimensional model of roller slag cooler

按弗洛德數(shù)的評判標(biāo)準(zhǔn)，滾筒內(nèi)灰渣運(yùn)動狀態(tài)主要為滾落方式。研究表明，滾落運(yùn)動是滾筒內(nèi)灰渣顆粒的理想運(yùn)動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，灰渣顆粒能實(shí)現(xiàn)有效混合并具有最佳傳熱效應(yīng)[10-11]。

圖2為六棱柱冷渣管物理模型及灰渣顆粒運(yùn)動過程。圖2(a)為單根冷渣管物理模型，具體參數(shù)為：六棱柱邊長L=200 mm，軸向?qū)挾萣=500 mm，壁厚t=10 mm。圖2(b)為灰渣顆粒在料床中的運(yùn)動過程示意圖，在運(yùn)動過程中，可將滾落狀態(tài)下料床分為兩個(gè)區(qū)域，即下部的靜態(tài)區(qū)域(靜止區(qū))和靠近料床表面的活動區(qū)域(活動區(qū))。仿真過程中，冷渣管內(nèi)料床靜止區(qū)與活動區(qū)劃分如圖2(c)所示。

圖2 物理模型及運(yùn)動過程Fig.2 Physical model and motion process

1.2 顆粒運(yùn)動與傳熱模型

如圖3(a)所示，管內(nèi)灰渣填充率約為30%，料床集中在下部，上部主要為來自鍋爐的流化熱風(fēng)，灰渣顆粒與冷卻水沿軸向?qū)ο騻魉?。高溫灰渣顆粒進(jìn)入后會持續(xù)散熱，其中大部分熱量被冷卻水帶走，其余部分熱量被空氣和冷渣管吸收。熱傳導(dǎo)、對流換熱和輻射三種傳熱方式共同作用。由于空氣在滾筒中流速很慢，可忽略空氣對流傳熱的影響[12-13]，同時(shí)忽略殘?zhí)既紵屠湓鼨C(jī)環(huán)境散熱。此時(shí)，主要傳熱包括灰渣與覆蓋壁面的換熱Q1、氣流與渣床表面的對流換熱Q2、氣流向非覆蓋壁面的輻射和對流換熱Q3、灰渣向非覆蓋壁面的輻射換熱Q4、冷渣管外壁面與夾層冷卻水對流換熱Q5，如圖3(b)所示。

1.3 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

滾筒冷渣器用于CFB燃煤鍋爐高溫爐渣冷卻與余熱回收，在封閉容腔內(nèi)高溫爐渣從進(jìn)口1 000 ℃左右降低到170 ℃以下，方便輸送和灰渣資源再利用。該冷渣管材料為Q235鋼，初始溫度360 K，傾角為5°,灰渣顆粒初始溫度為1 200 K，其余物理參數(shù)見表1。

表1 相關(guān)物理參數(shù)Table 1 Material characteristic parameters

圖3 顆粒運(yùn)動與傳熱途徑Fig.3 Particle motion and heat transfer path

2 運(yùn)動方程及傳熱模型

2.1 顆粒運(yùn)動方程

根據(jù)牛頓第二定律以及力-位移之間的關(guān)系，可以得到單個(gè)顆粒i的運(yùn)動方程[14]為

(1)

對式(1)進(jìn)行積分求解，可得到兩次迭代時(shí)間步長中間點(diǎn)表示的更新速度為

(2)

式(2)中：Δt為時(shí)間步長，s；N為對應(yīng)時(shí)間t。

對式(2)進(jìn)行積分求解，可以得到位移的表達(dá)式為

(3)

由此，在得到顆粒新的位移值后，代入力-位移關(guān)系式中計(jì)算出新的作用力，如此反復(fù)迭代求解，實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)顆粒運(yùn)動的力-位移運(yùn)動狀態(tài)的跟蹤。

2.2 灰渣顆粒熱傳導(dǎo)模型

為了保證熱傳導(dǎo)算法的功能，將Hertz-Mindlin溫度更新模型與熱傳導(dǎo)模型結(jié)合使用。顆粒間的傳熱通量的計(jì)算公式[15-17]為

Qp1p2=hcΔTp1p2

(4)

式(4)中：Qp1p2為單位時(shí)間內(nèi)顆粒間的熱通量，W/m2；ΔTp1p2為顆粒間的瞬時(shí)溫度差，K；hc為熱傳導(dǎo)系數(shù)，W /(m2·K)，其表達(dá)式為

(5)

式(5)中：kp1、kp2為顆粒導(dǎo)熱系數(shù)，W /(m2·K)；Fn為法向接觸力，N；r*為顆粒幾何平均半徑，m；E*為灰渣顆粒碰撞形成的等效楊氏模量，GPa。

計(jì)算完所有的熱通量后，每個(gè)顆粒隨時(shí)間變化的溫度更新公式為

(6)

式(6)中：mp為顆粒質(zhì)量；Cp為顆粒比熱容；T為顆粒溫度；∑Qheat為換熱通量與導(dǎo)熱通量的總和。

2.3 顆粒傳熱特性

為方便了解灰渣顆粒體系的溫度變化過程，引入顆粒體系平均溫度，即

(7)

式(7)中：Ti為第i個(gè)灰渣顆粒的溫度；N為顆粒體系的顆?？偭俊?/p>

在冷渣管內(nèi)，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，料床內(nèi)溫度分布存在區(qū)域性差異[15-17]。在顆粒體系熱輸入與輸出穩(wěn)定的情況下，單個(gè)顆粒溫度Ti始終小于初始溫度T0，大于冷卻后最低顆粒溫度T1，即T1

(8)

通常，顆粒體系內(nèi)某一時(shí)刻的溫度分布可以用概率密度函數(shù)來表征[18-19]。因此，引入灰渣顆粒溫度概率密度函數(shù)(temperature probability density function，T-PDF)。t時(shí)刻的顆粒溫度概率密度函數(shù)可定義為

(9)

式(9)中：n(T*)為無量綱溫度灰渣顆?？偭浚沪*為顆粒無量綱溫度增量，T*∈(T*-ΔT*/2,T*+ΔT*/2)。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 模型驗(yàn)證

目前，國內(nèi)外已有較多學(xué)者對顆粒物料在回轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)的運(yùn)動與傳熱過程進(jìn)行了多方面的實(shí)驗(yàn)研究[20-24]。選取Komossa等[24]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為參考，設(shè)計(jì)一個(gè)與其實(shí)驗(yàn)相同的工況進(jìn)行數(shù)值模擬，并將得到的模擬結(jié)果與之對比，以此來驗(yàn)證EDEM軟件及其數(shù)值模型的可靠性。

Komossa等[24]的主要研究內(nèi)容是滾筒內(nèi)顆粒運(yùn)動規(guī)律與傳熱特性。參照他的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，之后，將模擬結(jié)果與他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，如圖4、圖5所示。從顆粒體系整體運(yùn)動規(guī)律和受熱情況來看，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。因此，應(yīng)用離散單元法與傳熱模型來預(yù)測六棱柱滾筒灰渣顆粒的運(yùn)動和傳熱是可行的。

圖4 料床表面顆粒速度概率分布Fig.4 Probability distribution of particle velocity on the surface bed

圖5 料床平均溫度變化Fig.5 Average temperature change of material bed

3.2 轉(zhuǎn)速對傳熱的影響

3.2.1 溫度概率密度函數(shù)

圖6為不同轉(zhuǎn)速n下各時(shí)間點(diǎn)概率密度函數(shù)(T-PDF)隨無量綱溫度T*的變化趨勢。20 s時(shí)，料床高溫核心區(qū)內(nèi)部仍然有大量顆粒處于初始高溫狀態(tài)，其對應(yīng)的T*=0點(diǎn)T-PDF值處于較高水平。此時(shí)，n=4、6、8、10 r/min的T-PDF值依次為10.82、10.43、10.27、9.01。通過這些數(shù)據(jù)變化可以說明：在顆粒體系起始階段，同一時(shí)刻下原始溫度顆粒量在顆?？偭恐兴急壤请S著轉(zhuǎn)速的增大而減小。隨著熱傳導(dǎo)過程的進(jìn)行，某一時(shí)刻顆粒體系內(nèi)所有顆粒溫度均會低于初始溫度(1 200 K)，即，此時(shí)T-PDF在T*=0點(diǎn)數(shù)值為0。從圖6中還可看出，n=4、6、8、10 r/min在T*=0、T-PDF=0的時(shí)間依次為80、80、80、60 s，表明，轉(zhuǎn)速在傳熱效應(yīng)上的優(yōu)越性隨熱傳遞時(shí)間的增加逐漸明顯。這也驗(yàn)證了不同轉(zhuǎn)速之間的平均溫度差異隨傳熱時(shí)間延長而逐漸增大。

如圖6(a)中點(diǎn)A、B、C、D、E所示，隨著低溫顆粒密集度的增加，T-PDF趨于平穩(wěn)變化的拐點(diǎn)(對應(yīng)T*)也在隨時(shí)間變化逐漸增大。不同轉(zhuǎn)速下，T-PDF在其峰值和拐點(diǎn)處對應(yīng)的T*有所不同；且同一時(shí)刻T*的最小值在不斷上升，即顆粒最高溫度不斷下降。另外，對于所有轉(zhuǎn)速，60 s后T-PDF近似呈正態(tài)分布且均出現(xiàn)了峰值，即顆粒溫度最集中的T*所對應(yīng)的概率密度值。同一時(shí)刻，峰值處的T*最小值隨著轉(zhuǎn)速的增大逐漸增大。如在100 s時(shí)，其峰值對應(yīng)的T*依次為0.17、0.21、0.23、0.25，峰值依次為5.41、4.40、4.95和5.11。

圖6 不同轉(zhuǎn)速下灰渣顆粒的溫度概率密度函數(shù)Fig.6 The T-PDF of slag particles at different speeds

圖7為不同轉(zhuǎn)速下冷渣管內(nèi)灰渣顆粒的高溫核心區(qū)占比隨時(shí)間的變化。在不同時(shí)刻不同工況下，冷渣管壁面和料床表面附近均分布著大量低溫顆粒，而料床的中心區(qū)域總是聚集高溫顆粒，這一區(qū)域被稱為灰渣料床的“高溫核心區(qū)”[24]。對高溫核心區(qū)的判斷目前沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)以無量綱溫度前20%為標(biāo)準(zhǔn)作為高溫核心區(qū)，發(fā)現(xiàn)40 s后灰渣顆粒高溫核心區(qū)比例大體上均在不斷減小，相同時(shí)刻，隨著轉(zhuǎn)速的增加，高溫核心區(qū)所占比例減少。

圖7 高溫核心區(qū)占比Fig.7 Proportion of high temperature core area

在圖6中60 s開始，不同轉(zhuǎn)速下冷渣管灰渣顆粒溫度概率密度分布形式都逐漸近似于正態(tài)分布，對其擬合后的曲線均值μ和方差σ見表2。隨著時(shí)間延長，各轉(zhuǎn)速下曲線的均值μ均增大，說明灰渣顆粒的分布中心溫度均在不斷下降；且隨著時(shí)間延長，各轉(zhuǎn)速下曲線的方差σ均減小，說明灰渣顆粒溫度分布逐漸集中、溫差減小。結(jié)合曲線均值μ和方差σ的變化發(fā)現(xiàn)，增加轉(zhuǎn)速會增大均值μ，使灰渣體系的內(nèi)顆粒平均溫度下降加快，冷卻過程中灰渣顆粒散熱均勻。

3.2.2 不同轉(zhuǎn)速下顆粒體系平均溫度

圖8為不同轉(zhuǎn)速下灰渣顆粒平均溫度隨時(shí)間的變化，均隨時(shí)間的延長平均溫度不斷降低，但下降速率不同。灰渣顆粒的平均溫度隨著轉(zhuǎn)速的增加而近似線性下降，n=6、8、10 r/min的平均溫度下降速率相對于n=4 r/min依次增加了26.5%、40.9%和61.1%。是因?yàn)樵谕粫r(shí)間段內(nèi)，增加轉(zhuǎn)速會增加滾筒內(nèi)料床的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，使料床表面的顆粒在翻轉(zhuǎn)過程與料床內(nèi)部高溫核心區(qū)的顆?；旌洗螖?shù)更多，溫度混合更均勻，更加有利于換熱，這可以與圖6和表2相互驗(yàn)證。

圖8 不同轉(zhuǎn)速下灰渣顆粒平均溫度變化Fig.8 Average temperature change of ash particles at different speeds

表2 溫度概率密度曲線正態(tài)分布擬合特征值Table 2 Fitting characteristic value of normal distribution of probability density curve of temperature

3.2.3 灰渣顆粒運(yùn)動分析

圖9為六棱柱冷渣管內(nèi)單個(gè)取樣粒子運(yùn)動軌跡，起點(diǎn)位置在料床表面中心，粒子回轉(zhuǎn)半徑Rg被定義為粒子距冷渣管回轉(zhuǎn)中心的瞬時(shí)距離，軌跡顏色表示顆粒在某一特定位置的速度大小。圖10為不同轉(zhuǎn)速下取樣粒子瞬時(shí)回轉(zhuǎn)半徑與速度隨時(shí)間的變化趨勢。結(jié)合圖9和圖10可知，灰渣顆粒的運(yùn)動都體現(xiàn)出較強(qiáng)的周期性和脈沖特點(diǎn)。不同轉(zhuǎn)速對單個(gè)粒子的運(yùn)動特性影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：粒子速度和脈沖周期。n=4、6、8、10 r/min工況下，粒子速度方面，其最大速度vmax依次為0.55、0.62、0.65、0.7 m/s，大部分脈沖段內(nèi)速度均小于0.5 m/s，表明，隨著轉(zhuǎn)速的增加，單個(gè)粒子各脈沖周期內(nèi)速度總體呈上升趨勢，最大速度vmax也是如此；脈沖周期方面，依次為1.5、2、2.5和3個(gè)脈沖周期，相同時(shí)間內(nèi)脈沖周期越多，表明顆粒運(yùn)動越劇烈。

顆粒運(yùn)動越劇烈使其與相鄰顆粒之間相對位置變化較大、相互作用力較大，很可能導(dǎo)致受法向接觸力Fn增大，增大熱傳導(dǎo)系數(shù)hc；另外，隨著轉(zhuǎn)速的增加，同一時(shí)間段內(nèi)，顆粒間的熱交換次數(shù)增多，導(dǎo)致顆粒間的瞬時(shí)溫差ΔTp1p2逐漸增大，最終使得熱通量Qp1p2增大，傳熱效率增大。

圖9 單個(gè)粒子軌跡示意圖Fig.9 Schematic diagram of a single particle trajectory

圖10 不同轉(zhuǎn)速下取樣粒子vg與Rg隨時(shí)間的變化Fig.10 Variations of sampled particles vg and Rg with time at different speeds

3.3 粒徑對傳熱的影響

3.3.1 溫度概率密度函數(shù)

圖11為不同粒徑下各時(shí)間點(diǎn)概率密度函數(shù)隨無量綱溫度T*的變化趨勢。在顆粒混合初期(t=20 s)，顆粒體系溫度還未達(dá)到均勻混合，仍有大量初始溫度顆粒存在，其對應(yīng)T*=0點(diǎn)T-PDF值仍處于較高水平，分別為8.02、10.81和12.6，表明，同一時(shí)刻下高溫核心區(qū)的占比率隨粒徑的增大而增大。隨著顆?；旌舷蚓鶆蚧l(fā)展，在某一時(shí)刻的T-PDF=0，即所有顆粒均降至初始溫度以下，但不同粒徑下，顆粒體系達(dá)到T-PDF=0所需的時(shí)間隨粒徑減小而延長,d=3 mm、d=4 mm和d=5 mm所需時(shí)間分別為80、80、60 s，表明，增大顆粒粒徑會降低冷渣管的傳熱效率。這也和圖12增大粒徑使平均溫度升高這一現(xiàn)象相互驗(yàn)證。

圖11 不同粒徑下灰渣顆粒的溫度概率密度函數(shù)Fig.11 The T-PDF of ash particles with different particle sizes

圖11還可看出，同時(shí)刻下T-PDF峰值與拐點(diǎn)處對應(yīng)的T*均隨粒徑的減小而向右推移，表明同樣的散熱時(shí)間內(nèi)，粒徑越小，其顆粒體系內(nèi)數(shù)量占比最多的顆粒溫度越低，顆粒間接觸量越大，增大了法向接觸力Fn，使熱傳導(dǎo)系數(shù)hc增大，同時(shí)也增大了顆粒間的瞬時(shí)溫差ΔTp1p2，使得小粒徑顆粒間熱通量Qp1p2增大，傳熱效率提高。

3.3.2 不同粒徑下顆粒體系平均溫度

圖12為不同粒徑下顆粒體系平均溫度隨時(shí)間的變化曲線,隨著散熱時(shí)間的增加，顆粒體系平均溫度呈線性下降；且顆粒直徑越小，平均溫度越低，傳熱效果越好，d=4 mm和d=5 mm的平均溫度下降速率相對于d=3 mm的下降了17.6%和30.7%。對于不同粒徑引起的平均溫度差異變化，其主要取決于單位面積內(nèi)顆粒體系與壁面的接觸點(diǎn)數(shù)量。小粒徑顆粒所占有的體積更小，則同樣面積大小的管壁可容納的顆粒量更多，單位面積內(nèi)顆粒與壁面的接觸數(shù)也就更多，同等大小的壁面單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量也就越多。同樣，顆粒體系內(nèi)部顆粒間傳熱也通過點(diǎn)接觸的方式來實(shí)現(xiàn)，小粒徑下更大的接觸量也間接加快了傳熱進(jìn)程。以t=60 s為例，d=4 mm的顆粒接觸數(shù)總量為41 886次，d=3 mm的顆粒接觸數(shù)總量為106 797次，其接觸量是前者的2倍多。因此，顆粒體系的散熱效率主要取決于傳熱時(shí)間和單位時(shí)間內(nèi)顆粒接觸點(diǎn)數(shù)量(包括顆粒與顆粒、顆粒與壁面的接觸)。

圖12 不同粒徑下灰渣顆粒平均溫度變化Fig.12 Average temperature change of ash particles under different particle sizes

3.3.3 不同粒徑下顆粒運(yùn)動分析

圖13為不同粒徑下取樣粒子瞬時(shí)回轉(zhuǎn)半徑與速度隨時(shí)間的變化趨勢，可以看出，粒子速度vg和回轉(zhuǎn)半徑Rg均呈現(xiàn)出一致的脈沖變化特點(diǎn)。當(dāng)顆粒運(yùn)動至顆粒體系活動區(qū)中心位置時(shí)，顆粒出現(xiàn)單個(gè)脈沖周期內(nèi)最大速度，此時(shí)粒子距冷渣管回轉(zhuǎn)中心最近，vg與Rg處于脈沖段。當(dāng)粒子進(jìn)入顆粒體系靜止區(qū)后，粒子速度與滾筒轉(zhuǎn)速保持一致，繞回轉(zhuǎn)中心做近似圓周運(yùn)動。此時(shí)粒子vg與Rg處于平穩(wěn)段。

圖中還可看出，不同粒徑下單個(gè)粒子的脈沖周期長短基本相同。在整個(gè)取樣時(shí)間段(50 s)內(nèi)，各粒徑下均有10個(gè)脈沖周期。因冷渣管轉(zhuǎn)速較低，粒子在靜止區(qū)繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)速大致相當(dāng)，故各粒徑下vg曲線在平穩(wěn)段保持在相同水平，僅Rg隨粒子擴(kuò)散軌跡的不同而小范圍波動。對于脈沖段內(nèi)的最大速度vmax而言，小粒徑工況下最大速度vmax分布較均勻，而大粒徑工況下最大速度vmax則波動較大。例如，d=3 mm時(shí)，最大速度vmax在0.4～0.6 m/s范圍內(nèi)；d=5 mm，vmax在0.4～0.8 m/s。這是由于在同樣的活動區(qū)表面起始位置，大粒徑顆粒質(zhì)量較大，勢能更大，到達(dá)Rg最小處所具有的速度也更大。

圖13 不同粒徑下取樣粒子vg與Rg隨時(shí)間的變化Fig.13 Variation of sampled particles vg and Rg with time under different particle sizes slag cooler

4 結(jié)論

基于離散元方法，采用EDEM軟件中Hertz-Mindlin傳熱模型和溫度更新模型，通過考察灰渣顆粒體系平均溫度變化、溫度概率密度函數(shù)和運(yùn)動規(guī)律，研究了轉(zhuǎn)速和粒徑冷對冷渣管換熱效率的影響，得到了如下結(jié)論。

(1)灰渣顆粒在運(yùn)動過程中的確會形成高溫核心區(qū)。增大轉(zhuǎn)速會提高傳熱效率，是因?yàn)楦叩霓D(zhuǎn)速使得顆粒間相互作用更劇烈，料床表面顆粒與內(nèi)部高溫顆粒混合越充分，同時(shí)使顆粒間的法向作用力Fn和瞬時(shí)溫差ΔTp1p2增大，使高溫核心區(qū)占比減小，T-PDF中的σ變小，溫度分布更均勻。

(2)灰渣顆粒粒徑對冷渣管的換熱效率主要取決于傳熱時(shí)間和單位時(shí)間內(nèi)顆粒接觸點(diǎn)數(shù)量，增大粒徑會降低冷渣管的換熱效率。因?yàn)榱皆叫?，灰渣顆粒與顆粒、顆粒與壁面的接觸次數(shù)越多，會使顆粒間的瞬時(shí)溫差ΔTp1p2增大，顆粒間熱通量Qp1p2增大，使顆粒體系散熱量增大，使灰渣顆粒平均溫度下降越快，提高顆粒的換熱效率。