一种冷却水管优化配置的方法及均匀分流的水管结构技术

本发明专利技术属于高炉冷却系统领域，具体涉及一种冷却水管优化配置的方法及均匀分流的水管结构；所述均匀分流的水管结构包括与总进水口/总出水口连接内径与总进水口/总出水口相同的第一大环；横向分流管；竖直分流管；连接所述竖直分流管和横向分流管的第二大环；连接竖直分流管和冷却壁水管的第三大环；所述第一大环、横向分流管、第二大环、竖直分流管和第三大环顺序连通；所述竖直分流管与所述第二大环不在同一水平面；所述第三大环与所述冷却壁水管连通。所述均匀分流的水管结构可使高炉炉体冷却壁在周向方向上的水量分配更加均匀，并减少了冷却壁的破损，提高了高炉寿命。

A Method for Optimizing the Configuration of Cooling Water Pipes and the Structure of Uniform Distribution Pipes

The invention belongs to the field of blast furnace cooling system, in particular to a method for optimizing the configuration of cooling water pipes and a pipe structure of uniform shunt; the pipe structure of uniform shunt includes the first ring with the same inner diameter as the total intake/total outlet; the transverse shunt pipe; the vertical shunt pipe; the second ring connecting the vertical shunt pipe and the transverse shunt pipe. The first ring, the transverse shunt pipe, the second ring, the vertical shunt pipe and the third ring are connected sequentially; the vertical shunt pipe and the second ring are not on the same horizontal plane; the third ring is connected with the cooling stave pipe. The uniform distributary water pipe structure can distribute water more evenly in the circumferential direction of the cooling stave of the blast furnace body, reduce the damage of the cooling stave and improve the service life of the blast furnace.

【技术实现步骤摘要】
一种冷却水管优化配置的方法及均匀分流的水管结构
本专利技术属于高炉冷却系统领域，具体涉及一种冷却水管优化配置的方法及均匀分流的水管结构。
技术介绍
高炉长寿已经成为当代炼铁技术进步的重要标志和组成部分。尤其是高炉中热负荷高，热流冲击大，对炉体冷却设备破坏性强，因此提高炉体冷却设备寿命是确保高炉长寿的关键因素之一；而提高冷却设备的寿命除了优化操作制度、增强炭砖抗侵蚀能力、增强冷却器传热能力等方法外，提高供水方式的均匀性也是一种重要的方法，通过提高供水方式的均匀性可以有效降低高炉冷却器的破损，延长高炉使用寿命。高炉冷却系统的供水模式千差万别，钢铁企业对高炉冷却系统的控制仍然根据生产经验，缺乏科学依据与理论支撑，造成水资源的大量浪费，冷却效果也不佳，目前现在国内高炉冷却系统所采用的供水方式在周向方向上和竖直方向上的均匀度都不高，因此亟需对高炉冷却系统的供水方式进行改进。并且目前国内外对高炉供水系统均匀性的研究很少，其研究也主要集中在风口小套、高炉水站监测以及供水稳定性等方面，对高炉炉体冷却壁供水系统供水均匀性的研究几乎是空白。现今高炉冷却系统存在许多不同的供水模式，通过综合对比分析，主要归为以下几类：Ⅰ.单进口直接供水方式(如图1所示)该供水方式是最老的供水方式，在远离进水口位置的地方水流速度很小，而在进水口位置水流速度很大，即该供水方式的水量分配是极其不均匀的。基本上很少采用这种供水方式。Ⅱ.双进口或多进口直接供水方式(如图2A和图2B所示)为了进一步提高一根进水管直接供水方式的均匀性，常常通过在高炉周向方向上均匀的增加进水口个数的方法来提高水量分配的均匀性，形成了双进口或多进口直接供水方式，该供水方式比第一种供水方式要好，但也存在很多不足之处，只有在较多的进水口个数的条件下，才能有效的提高水量分配的均匀性，效果才会更明显；并且该方法在具体施工时，由于管道布局复杂，增加管道的施工难度。Ⅲ.单进口一圈横向分流管结构的供水方式(如图3所示)为了克服双进口或多进口直接供水方式存在的不足，在此基础上增加一圈横向分水管，即从进水口进入的水不直接流入高炉冷却壁，而是依次通过外部的大环管和横向的分水管向中间的冷却壁进行均匀供水，形成了单进口一圈横向分流管结构的供水方式。该供水方式可以极大的提高冷却系统的水量分配均匀性，但是中间冷却壁的水量分配均匀性很大程度上受外部大环管的水量分配均匀性的影响，由于外部大环管的水量分配是不均匀的，所以内部冷却壁的水量分配仍然存在不太均匀的现象。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，进一步提高一圈横向分流管的供水方式的水量分配均匀性，本专利技术提供了一种均匀分流的水管结构及高炉冷却系统。所述均匀分流的水管结构可使高炉炉体冷却壁在周向方向上的水量分配更加均匀，并减少了冷却壁的破损，提高了高炉寿命。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种均匀分流的水管结构，所述均匀分流的水管结构包括：第一大环，所述第一大环与总进水口/总出水口连接且所述第一大环内径与总进水口/总出水口内径相同；横向分流管；竖直分流管；第二大环，所述第二大环与所述竖直分流管和横向分流管连接；第三大环，所述第三大环与所述竖直分流管和冷却壁水管连接；所述第一大环、横向分流管、第二大环、竖直分流管和第三大环顺序连通；所述竖直分流管与所述第二大环不在同一水平面；所述第三大环与所述冷却壁水管连通。进一步地，所述竖直分流管垂直于所述第二大环；所述第二大环与所述第三大环具有同一中心轴且直径相同。进一步地，所述第三大环、第二大环和竖直分流管的内径关系如下：满足该关系可以保证水流在各类型水管中流动时，水速不出现突变；其中，D1为所述第三大环的内径，D2为所述第二大环的内径，d为所述竖直分流管的内径，N为围绕高炉一圈时高炉冷却壁的个数。进一步地，所述竖直分流管与冷却壁水管的个数相同且等距交错分布；所述竖直分流管和所述横向分流管的个数相同且等距交错分布。进一步地，所述竖直分流管的个数为M*N(1≤M≤6，优选M＝4)同时，所述横向分流管的个数为M*N根；M为每块高炉冷却壁上冷却壁水管的个数，N为围绕高炉一圈时高炉冷却壁的个数。进一步地，所述N的值要根据高炉实际尺寸和冷却壁的实际尺寸作为参考，一般以高炉底部一圈的实际冷却壁个数为准。进一步地，所述竖直分流管内径、横向分流管的内径和冷却壁水管的内径相同。进一步地，所述冷却壁进水管和所述竖直分流管都垂直于水平面，与高炉炉体平行，只是相互之间是错位且等距离的圆周排列，在同一圆周曲面上；虽然两者的形状和位置相近，但是功能有所不同，所述冷却壁进水管是冷却壁中的水管，起到冷却高炉炉体的作用；所述竖直分流管是起均匀分流的作用，它的存在使得冷却壁水管中的水更加均匀。进一步地，所述第一大环的内径与所述总进水口的内径相同，且所述总进水口的内径大于所述竖直分流管、横向分流管的内径，以降低总的进水速度。进一步地，每一层高炉冷却壁的阀门(主要压阻)必须在同一标高位置；并且，在各个冷却壁管道的衔接处(相贯位置)必须圆滑连接(有合理的倒角)。本专利技术的另一目的是提供一种采用上述的均匀分流的水管结构对高炉进行冷却的高炉冷却系统，所述系统包含两个所述均匀分流的水管结构，两个所述均匀分流的水管结构分别设置在总进水口和总出水口处，呈镜面对称。进一步地，所述高炉冷却系统采用的所述均匀分流的水管结构对高炉进行冷却，提高高炉的使用寿命。本专利技术还有一目的是提供一种高炉冷却系统中冷却水管优化配置的方法，所述方法首先建立高炉冷却系统的三维模型，再通过现有的ANSYS软件对其进行数值模拟；通过检测模拟的水流场若干测速点的速度，分别计算不同进水口数条件下和不同进口角度条件下水流的不均匀度；根据不均匀度的值定量比较不同供水方式的均匀性，从而得到优化的供水方式，实现高炉冷却系统供水方式的改进，最终得到的供水方式为上述所述的均匀分流的水管结构。进一步地，所述通过检测模拟的水流场若干测速点的速度，分别计算不同进水口数条件下和不同进口角度条件下水流的不均匀度，包括：确定模拟的水流场若干测速点：在高炉周向S个区(每个区包含几块冷区壁)设定S个测速点(当然也可以每一根冷却水管设一个测速点)，测得流水速度为vi，其中i＝1,2,3,……,S；计算S个区的速度平均值及方差：速度平均值用μ表示，则：S个区的速度方差用D表示，则：计算不均匀度：采用下列公式计算水流场的不均匀度：其中，K为不均匀度，D为S个速度数据的方差值，μ代表S个速点数据的平均速度。进一步地，所述水流场是指流水从所述总进水口进入直至从高炉冷却出水口流出的这段水流场。进一步地，计算不同进水口数条件下水流的不均匀度是采用所述ANSYS软件对不同进口数条件下的一圈横向分流管结构的供水方式进行模拟分析，在圆周向方向上各个测速点提取的速度数据，并计算不同进口数条件下的不均匀度，进行水流场均匀性分析。进一步地，计算不同进口角度条件下水流的不均匀度是采用所述ANSYS软件在一圈横向分流管结构的供水方式的基础上，通过改变总进水口的进水角度，来对比分析不同进口条件下的不均匀度，从而得出最优的供水角度。图6是不同进口角度条件下的一圈横向分流管结构的供水方式对比图。通过模拟分析，沿着周向方向，在水流场中各个测速点提取速度值，并计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述均匀分流的水管结构包括：第一大环，所述第一大环与总进水口/总出水口连接且所述第一大环内径与总进水口/总出水口内径相同；横向分流管；竖直分流管；第二大环，所述第二大环与所述竖直分流管和横向分流管连接；第三大环，所述第三大环与所述竖直分流管和冷却壁水管连接；所述第一大环、横向分流管、第二大环、竖直分流管和第三大环顺序连通；所述第三大环与所述冷却壁水管连通。

【技术特征摘要】
1.一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述均匀分流的水管结构包括：第一大环，所述第一大环与总进水口/总出水口连接且所述第一大环内径与总进水口/总出水口内径相同；横向分流管；竖直分流管；第二大环，所述第二大环与所述竖直分流管和横向分流管连接；第三大环，所述第三大环与所述竖直分流管和冷却壁水管连接；所述第一大环、横向分流管、第二大环、竖直分流管和第三大环顺序连通；所述第三大环与所述冷却壁水管连通。2.根据权利要求1所述的一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述竖直分流管垂直于所述第二大环；所述第二大环与所述第三大环具有同一中心轴且直径相同。3.根据权利要求1所述的一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述第三大环、第二大环和竖直分流管的内径关系如下：其中，D1为所述第三大环的内径，D2为所述第二大环的内径，d为所述竖直分流管的内径，N为围绕高炉一圈时高炉冷却壁的个数。4.根据权利要求1所述的一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述竖直分流管与冷却壁水管的个数相同且等距交错分布；所述竖直分流管和所述横向分流管的个数相同且等距交错分布。5.根据权利要求1所述的的一种均匀分流的水管结构，其特征在于，所述竖直分流管内径、横向分流管的内径和冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，焦克新，张建良，许斌，贾广如，杨林浩，刘征建，王广伟，张磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11