新型格子砖结构—实现最大通孔率和均匀格孔间的速度分布(r)

1、新型格子砖结构简介一一实现最大通孔率和均匀格孔间的速度分布陈维汉i刘世聚2（郑州豫兴耐火材料有限公司）高炉热风蓄热室用的蓄热体，常常采用多孔格子砖的形式。由于格子砖的制作误差，在实际堆放 的过程中很难保证砖孔从上到下100%的通畅。上下两块格子砖常常出现错位，尤其是错层堆放时以至 于从上面看下去就出现一些月牙形的错台，随着堆放高度的增加错位现象会越来越严重，且错台的分 布也是随机的，很不规则。统计表明格孔的通孔率一般在60-80%之间。由于错位使得实际的流体与孔 道之间的传热当量直径变小，且孔壁的视在粗糙度也会明显提高。这对烟气或冷风与孔壁之间的换热 得以强化，但流动阻力也会相应地增加，而自然

2、形成的通孔率分布也是不均匀的，这又会导致气流速 度分布的不均匀，从而削弱热交换过程。相对于热风炉的其它问题，错层现象一直没有引起人们足够 的重视，是因为大直径的格孔使用得多，即使局部出现堵塞现象对整个热风炉性能的影响不会十分明 显。随着格子砖孔径的缩小这个潜在的问题就显现出来了。这是因为格子砖的尺寸误差不因孔径缩小 而相应减小，因而错台尺寸相对于孔直径的比之就增加了，这对于流场的影响就会明显增大。如果上下层格孔间没有错台，烟气中携带的煤气灰尘就不易在格孔壁面上粘附；如果上下层格孔 间存在错台，烟气中的灰尘会在其上堆积，最终导致格子砖砖孔气流不通畅或堵塞；尤其是处于高温 区的上层格子砖，对高铝系

3、列的格子砖而言，已经接近蠕变软化临界点的温度，尤其是在高风温热风 炉中的格子砖更是如此，而煤气所带的颗粒物经燃烧过程也处在软化状态，因而在格子砖层间的错台 上极易发生颗粒（灰尘）的粘附。一旦出现粘附就会使表面不再光滑，就更容易发生粘附与沉积，使 粘附过程得以加快，最后会将整个格孔堵塞。因此，保证格子砖的通孔率是一件提高格子砖利用率和 实现格子砖长期安全稳定运行的很重要的事情。格子砖的另一个主要问题是，格孔之间的气流相互交换的能力很差，一旦进入蓄热室格子砖的气 流分布确定之后，在整个气流流经的蓄热室内，气流的整体分布很难改变，因为格孔是从上到下通畅 的，通过缝隙的横向孔间的气流动量交换很差。蓄热

4、室中的这种流动状态必然导致各处的热交换强度 不均匀，也就减弱整体的热交换水平和减小了蓄热体的利用率。陈维汉：华中科技大学教授现为公司总工程师电话刘世聚：公司董事长，电话此，提出一种能同时解决上述问题新型格子砖，其结构如图2所示，其结构包括：等六边型的 砖体，砖体高度方向（竖向）均布有竖向通孔（格孔），该竖向通孔是由小直径的直段和逐步变大直径 的锥段构成，犹如一个喇叭状的通道；锥段（喇叭口）开口一端是格子砖的上端面，小直径的直段开 口的一端是下端面，其上有与等直径段相连通的平行水平通道。该格子砖的堆砌方法是在一个层面上, 一个格子砖上的水平通道

5、与另一块格子砖上的水平通道是平行相接的，以便于气流的水平方向的流动。 在上下格子砖之间是上面一块格子砖的小孔径下端面与下一块格子砖的大孔径上端面连接，由于大小 直径之间的差异要大于上下堆放可能引起的偏差。这样就防止了上下孔之间出现错位的月牙形平台。由上述可以看出，当烟气流从燃烧室进入由格子砖组成的蓄热体时，气流在格子砖小孔径处速度 加快，在进入斜向大孔径的截面时构成一种类似于气流喷射流动状态，可以对其水平通道中的气流有 抽吸作用，这就能促使蓄热体中的气流分布趋于均匀。同时，在格子砖下端部与另一格子砖上端部解 除后，在没有水平通道的另一个方向上会是一个突扩的流场结构，在形成小的涡旋同时也增加了气

6、流 的紊流度，这在一定程度上增强了格孔与气流间的换热能力。当冷的鼓风从冷风口通入冷风室，由下 而上从小孔径端进入后流向大孔径端，速度逐渐减小，而当冷风再从大孔径端进入等直径段小孔径端 时，因流动阻力增加而会迫使气流向水平通道流动，这样就能使蓄热室中气流趋于均匀。同时因水平 通道的作用与孔径的突然收缩而造成的气流紊乱，也会增强孔壁和气流间的热交换能力。由于格子砖堆放时是小孔径放在大孔径上，能有效防止格砖堆放中格孔错位出现的水平错台，这 就从根本上消除了烟气中携带的粉尘在格孔中的堆积以至堵塞格孔造成气流分布不均和使热交换能力 下降的隐患。此外，当烟气流从大孔径端进入流向小孔径端时，流速逐步增大，烟

7、气中灰尘失去了粘 附的机会，即使有局部的粘附也会在气流加速中被携带到下游，最终将粘附在格孔里的灰尘带出格子 砖。总之，无论是高温烟气流从燃烧室进入蓄热体格子砖，还是冷风从冷风室进入蓄热室格子砖，由 于锥形的格孔结构使得气流的速度总是处于变化之中，还能在上下层格子砖之间通过水平通道与相邻 格孔中的气流发生相互作用，从而使蓄热室的气流分布逐步趋于均匀。显然，这种新型结构的格子砖 具有双向调节气流分布的功能，还能在保证通孔率的前提下通过改变格孔的形状来增强格孔的热交换 能力，同时又消除了气流中灰尘在孔壁上粘附的条件。使用这样的格子砖就为热风炉高强度、高效率、 高风温地运行提供了基础性的支撑。勺匕流动流邪格子砖上