第12期 冯妍卉等：干熄炉焦炭床层局部和平均换热系数 。1269· 两支热电偶，以测量焦炭温度，如图3所示.在炉体 实验用焦炭比热容为0.96kJkg1K1,热导 半径中心插入抽气热电偶，用于测量相应位置的炉 率为1.1W·m1·K-1,可视密度为107275 气温度.测试信号由Data Acquisition System装置 kg“m3,其他基本参数如表17所示选取五种筛 采集，通过RS一232C端口与计算机交换数据. 分直径的焦炭进行实验.在每种粒径的实验时，冷 却空气质量流量的控制范围分别为1000~1200、 2加热风风机 1600-18002050-2250和2500~2800kgh1. 表1实验用焦炭的物性参数 Table 1 Physical properties of experimental cokes 筛分直 当量直 堆密度/ 序号 孔隙率 径/mm 径/mm (kg'm-3) 15-25 2045 569.57 0.469 25-35 3329 54242 0.494 冷却风 35-45 4418 53384 0502 45-55 5478 53L.82 0.504 1一加热风孔板流量计：2一换热器组：3一干熄炉组：4一阀组： 55-65 61.42 509.60 0525 5一冷却风孔板流量计 图1干熄炉系统实验装置示意图 Fig.I Schematic illustration of experimental sets of a Q system 2平均换热系数 2.1平均换热系数的定义 参见图2，根据热平衡原理，在冷却段x→x十 dx高度微元段和t→t十dr微元时间内，焦炭与气 预存段 气体出口 体单位时间内的换热量可表述为： do=aal Te(x,t)-Tg(x,t)]Fdx (2) 其中，a为表面换热系数，Wm2·K；a为焦炭 冷却 气体 焦炭 的比表面积，m'；T。和T,为焦炭和冷却气体的温 冷却段 温度 温度 度；F为干熄炉横截面面积，m2.对于一定形状、一 定筛分粒径的焦炭在等截面干熄炉内的换热，α和 布风板 F均为常数，所以在测量段(0≤x≤H)内对式(2)积 底锥段 分，可得： 气体人口 o-:[ a,Tex,t)dx- H 图2干熄焦实验炉温度测量点分布图 Fig.2 Temperature testing points in CDQ experimental shaft Jo aTs(x,)dx d/△r (3) 其中τ，和τ。分别表示计算开始时刻和结束时刻， s;且△t=te-t. 热电偶1 为了处理式(3)中的积分项设T(x,)沿x 热电偶2 方向存在某种平均值T(τ)，使 气体 H H (x,dx-aTd()dx- 「H 成立则定义 图3焦炭测试球物理模型 a.dx (4) Fig.3 Physical model of testing coke两支热电偶, 以测量焦炭温度, 如图 3 所示.在炉体 半径中心插入抽气热电偶, 用于测量相应位置的炉 气温度 .测试信号由 Data Acquisition System 装置 采集, 通过 RS -232C 端口与计算机交换数据. 1—加热风孔板流量计;2—换热器组;3—干熄炉组;4—阀组; 5—冷却风孔板流量计 图 1 干熄炉系统实验装置示意图 Fig.1 Schematic illustration of experimental sets of a CDQ system 图 2 干熄焦实验炉温度测量点分布图 Fig.2 Temperature testing points in CDQ experimental shaft 图 3 焦炭测试球物理模型 Fig.3 Physical model of testing coke 实验用焦炭比热容为 0.96 kJ·kg -1 ·K -1 , 热导 率为 1.1 W · m -1 ·K -1 , 可视 密度 为 1 072.75 kg·m -3 , 其他基本参数如表 1 [ 7] 所示, 选取五种筛 分直径的焦炭进行实验 .在每种粒径的实验时, 冷 却空气质量流量的控制范围分别为 1 000 ～ 1 200 、 1 600 ～ 1 800 、2 050 ～ 2 250 和 2 500 ～ 2 800kg·h -1 . 表1 实验用焦炭的物性参数 Table 1 Physical properties of experimental cokes 序号 筛分直 径/mm 当量直 径/ mm 堆密度/ ( kg·m -3 ) 孔隙率 1 15 ～ 25 20.45 569.57 0.469 2 25 ～ 35 33.29 542.42 0.494 3 35 ～ 45 44.18 533.84 0.502 4 45 ～ 55 54.78 531.82 0.504 5 55 ～ 65 61.42 509.60 0.525 2 平均换热系数 2.1 平均换热系数的定义 参见图 2, 根据热平衡原理, 在冷却段 x ※x + d x 高度微元段和 τ※τ+dτ微元时间内, 焦炭与气 体单位时间内的换热量可表述为 : d Q =αsa[ Tc ( x , τ) -Tg ( x , τ)] F dx ( 2) 其中, αs 为表面换热系数, W·m -2 ·K -1 ;a 为焦炭 的比表面积, m -1 ;Tc 和 Tg 为焦炭和冷却气体的温 度 ;F 为干熄炉横截面面积, m 2 .对于一定形状、一 定筛分粒径的焦炭在等截面干熄炉内的换热, a 和 F 均为常数, 所以在测量段( 0 ≤x ≤H)内对式( 2)积 分, 可得 : Q =Fa∫ τe τs ∫ H 0 αsT c( x , τ) d x - ∫ H 0 αs Tg ( x , τ) d x d τ/Δτ ( 3) 其中 τs 和 τe 分别表示计算开始时刻和结束时刻, s ;且 Δτ=τe -τs . 为了处理式( 3) 中的积分项, 设 Tc ( x , τ) 沿 x 方向存在某种平均值 Tc( τ), 使 ∫ H 0 αs Tc ( x , τ) d x =∫ H 0 αs Tc( τ) d x = Tc( τ)∫ H 0 αsd x 成立, 则定义 αs = 1 H∫ H 0 αsdx ( 4) 第 12 期 冯妍卉等:干熄炉焦炭床层局部和平均换热系数 · 1269 ·