[实用新型]一种带混沌效应的高炉冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高炉设备，特别涉及基于混沌效应的高炉冷却装置。

背景技术

高炉作为炼铁的重要设备为炼钢提供原料。高炉内部通过设置冷却器，充分冷却内衬，延长内衬寿命，冷却是延长高炉寿命和安全生产的重要措施。

高炉冷却介质常采用水、空气及气水混合物，冷却方式有水冷、风冷和气化冷却三种。水的热容量大，导热性能好，且廉价易得，被广泛的应用到高炉冷却。从炉体看冷却方式可以分为内部冷却和外部冷却两种形式。1)外部冷却，多采用喷水冷却的方式，通过冷却炉壳冷却内衬，但通常情况下，只有高炉在炉役末期被烧坏或者严重脱离时，为了维持生产，才采用此种方法。2)内部冷却，冷却元件安装在炉壳和内衬间，以增强冷却效果。

现有高炉内部冷却主要采用冷却板、冷却壁的形式，如图1所示，包括冷却板10、20以及将冷却板相连接的直管30。现阶段高炉处于高负荷率生产条件下，高炉冷却系统的承受巨大的工作压力，冷却板、冷却壁烧损现象时常发生，严重影响了高炉的安全生产。高炉冷却系统已经定型，无法进行大型的技术改造，只能在现有的设备的基础上努力提高冷却系统的工作效率。因此，可以通过两种方式来提高冷却系统的冷却效率，一是提高冷却系统的工作压力，即增加冷却系统的通流流量；二是提高单位流量冷却水的热量携带能力。但冷却系统的供流压力的提高需要考虑冷却系统的承载能力等多方面因素，无法随意的改变。而提高单位流量冷却水的热量携带能力能够在不影响系统基本工作条件、无需对冷却系统进行大的改造的基础上，通过改变流体流场的状况达到提高冷却系统效率的目的。

提高单位流体的热量携带能力的传统方法包括增加热传递的表面面积、对传热表面进行处理或者采用机械装置增强流体的混合等，但这些方法往往会导致换热器成本的增加以及换热器外形的改变。流体加入运动部件(叶片、挡板等)后，尽管可以增加流体的湍动，提高热传导效率，但会使流体产生高的剪切应力和压力损失，由于换热器使用寿命的减小而增加设备使用和维护的成本。

国外有研究表明，在层流状态下，流体微团的混沌混合所产生的混沌对流可以提高热传递效率，使得加热比较均匀，并且不会增加能量损失。但这类研究多集中在如何在低雷诺数下通过诱发流体混沌特征以提高流体的混合效率，当流体处于高雷诺数(Re>10⁵)状态时，原有的混沌发生器将不能诱发流体产生混沌特征，而在这种高雷诺数情况下，为了通过诱发和加强流体的混沌特征，并进一步提高换热器的换热效率，必须对混沌发生器的结构进行重新设计，这一方面国内外尚没有相关的仿真研究与实验研究。

高炉冷却装置还有采用冷却板组形成，即由4组冷却板构成，每组冷却板中间通过带阀门的管道连接成一个整体，流体流经的路径相对较长，流体的湍流状态在长管道中逐步衰减，冷却板的冷却效果无法达到最佳。另外，该冷却装置现场条件已经定型，无法实施大规模改造，且不能改变现有系统的基本工作条件。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于混沌效应的高炉冷却装置，通过在冷却板间接入混沌中继装置，实现冷却板的长管路混沌效应，从而极大地提高流体的混合质量与传热效率，提高生产效率，降低能耗。而且，其可以在不影响系统基本工作条件，不改变冷却装置现有外形，不增加换热器使用和维护成本的前提下，增加流体的湍动，提高热传导效率。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种带混沌效应的高炉冷却装置，包括，数个冷却板，串联形成冷却板组；所述的一个冷却板的进口端的管路上串设一混沌发生器；各冷却板之间的管路上分别串设一混沌中继器，该混沌发生器、混沌中继器由一弯管及相应的阀门组成，该弯管分别与冷却板内的冷却水通道相连通。

又，所述的弯管由数个周期弯管形成。

另外，所述的弯管的弯曲半径与管道半径比值为8∶1～15∶1。

所述的弯管的扭转角度α为5～15度。

本实用新型利用流体的混沌特性来提高现有冷却设备冷却效率的一套辅助装置。可以在某一限定区域内诱发流体运动的混沌现象，对流体进行剧烈的拉伸与折叠，通过高效的无切割混合来极大地提高流体的混合质量与传热效率，提高生产效率，降低能耗。该装置无需对现有的高炉冷却设施进行大规模的改造，可以在不影响系统基本工作条件，不改变冷却装置现有外形，不增加换热器使用和维护成本的前提下提高单位流体的热携带能力。