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我国钢铁行业能耗占全国总能耗的10%~15%，其在全国节能减排工作中具有举足轻重的意义。钢铁冶炼过程中产生的高炉渣蕴含丰富的余热资源。目前，高炉渣的处理方法主要是水淬法，但水淬工艺需消耗大量水资源，还会排放SO2、H2S等有害气体，高炉渣的显热也未得到有效回收利用。为了克服上述缺点，国内外学者提出多种高炉渣干式处理方法，其中离心粒化余热回收技术因其结构简单、操作方便和装置稳定性好等优点，成为最具前景的高炉渣处理工艺。但由于粒化熔渣颗粒极易粘结、余热回收品质与物料品质难以兼顾等原因，该技术还未实现工业化应用。基于强化粒化熔渣颗粒换热、促进颗粒运动、防止颗粒粘结、实现颗粒有效排出的研发思想，本文提出一种倾斜布风复合式冷却离心粒化仓，针对离心粒化后的高温熔渣液滴在该粒化仓中风冷过程的运动及换热特性进行研究，为高效粒化仓的结构设计和运行工况提供理论指导，促进该技术的工业化应用。
针对高温熔渣液滴在倾斜布风复合式冷却离心粒化仓中的运动及换热特性，本文首先通过冷态实验研究了倾斜布风板下固体颗粒流化运动的动态行为，并考察了颗粒类型、布风板倾角及结构对颗粒流化运动行为的影响，获得了最佳布风板倾角。在此基础上，搭建了基于倾斜布风板的复合式冷却离心粒化仓实验系统，实验研究了粒化熔渣液滴/颗粒在粒化仓中的运动及换热特性，考察了粒化器转速、熔渣初始温度、冷却风量和冷却水量对液滴/颗粒运动及换热的影响。最后，建立粒化仓中颗粒群运动及换热的数学模型，数值模拟了高温颗粒在粒化仓中的运动和换热过程，获得了促进气固换热的最佳工况。得到的主要结论如下：
①冷态实验结果表明，随着入口风速的增加，位于倾斜布风板顶端的颗粒会最先发生流化，从而可促进颗粒从布风板顶端向底端的运动，且表观流化风速越大，床层高度越小时，这种运动促进作用越明显。停止供风后，倾斜布风板上固体颗粒的形貌由初始的水平面变成翼型面，即靠近布风板顶端的床层最薄，沿着布风板高度下降的方向，床层高度逐渐增大。采用非均匀布风板能够调节床层物料的运动状况。当布风板倾角为30°时，可有效促进颗粒运动，且风机能耗最小。
②高温熔渣液滴/颗粒在倾斜布风复合式冷却离心粒化仓中过程有三个阶段：飞行阶段、撞击水冷壁阶段和在倾斜布风板上的滑落阶段。其中飞行阶段颗粒主要为液滴状态，撞壁阶段颗粒为半熔融状态，在布风板滑落阶段的颗粒主要为凝固状态。在这三个阶段中，高温颗粒在倾斜式布风板上滑落过程中的对流换热量最大，其次是在飞行阶段，而颗粒撞击水冷壁时换热量最小。但就三个阶段的传热系数而言，熔渣液滴在飞行阶段的传热系数最小为185W·m-2·K-1，熔渣颗粒在倾斜布风板上滑落阶段的传热系数最大，可达717W·m-2·K-1，而在撞击水冷壁阶段的传热系数为634W·m-2·K-1。此外，降低粒化器转速、提高熔渣初始温度、增大冷却风流量都使得余热回收率提高。适当地增大冷却水量可以改善水冷壁面的换热效果，降低颗粒在粒化仓中的粘结，促进整体余热回收率地提高。
③通过观察粒化仓中颗粒群流动换热地模拟结果可以发现，颗粒在粒化仓中运动的三个阶段中，撞击壁面阶段的颗粒温降最快，其次是飞行阶段。熔渣颗粒在粒化仓的整个运动过程中以辐射换热为主，对流换热次之，最后是颗粒撞击壁面的导热。粒化仓内空气温度最高的区域为颗粒与壁面碰撞附近的区域，并且沿径向方向粒化仓内空气温度逐渐升高。降低布风板入口风速和增大熔渣的质量流量都可以提高粒化仓出口空气温度，出口空气温度越高意味着更高的余热回收品质，而降低颗粒直径是提高余热回收率的最佳手段。此外，采用倾斜布风方式时，相比于入口风向垂直于布风板，入口风向竖直向上时更能促进出口空气温度的提高。
针对高温熔渣液滴在倾斜布风复合式冷却离心粒化仓中的运动及换热特性，本文首先通过冷态实验研究了倾斜布风板下固体颗粒流化运动的动态行为，并考察了颗粒类型、布风板倾角及结构对颗粒流化运动行为的影响，获得了最佳布风板倾角。在此基础上，搭建了基于倾斜布风板的复合式冷却离心粒化仓实验系统，实验研究了粒化熔渣液滴/颗粒在粒化仓中的运动及换热特性，考察了粒化器转速、熔渣初始温度、冷却风量和冷却水量对液滴/颗粒运动及换热的影响。最后，建立粒化仓中颗粒群运动及换热的数学模型，数值模拟了高温颗粒在粒化仓中的运动和换热过程，获得了促进气固换热的最佳工况。得到的主要结论如下：
①冷态实验结果表明，随着入口风速的增加，位于倾斜布风板顶端的颗粒会最先发生流化，从而可促进颗粒从布风板顶端向底端的运动，且表观流化风速越大，床层高度越小时，这种运动促进作用越明显。停止供风后，倾斜布风板上固体颗粒的形貌由初始的水平面变成翼型面，即靠近布风板顶端的床层最薄，沿着布风板高度下降的方向，床层高度逐渐增大。采用非均匀布风板能够调节床层物料的运动状况。当布风板倾角为30°时，可有效促进颗粒运动，且风机能耗最小。
②高温熔渣液滴/颗粒在倾斜布风复合式冷却离心粒化仓中过程有三个阶段：飞行阶段、撞击水冷壁阶段和在倾斜布风板上的滑落阶段。其中飞行阶段颗粒主要为液滴状态，撞壁阶段颗粒为半熔融状态，在布风板滑落阶段的颗粒主要为凝固状态。在这三个阶段中，高温颗粒在倾斜式布风板上滑落过程中的对流换热量最大，其次是在飞行阶段，而颗粒撞击水冷壁时换热量最小。但就三个阶段的传热系数而言，熔渣液滴在飞行阶段的传热系数最小为185W·m-2·K-1，熔渣颗粒在倾斜布风板上滑落阶段的传热系数最大，可达717W·m-2·K-1，而在撞击水冷壁阶段的传热系数为634W·m-2·K-1。此外，降低粒化器转速、提高熔渣初始温度、增大冷却风流量都使得余热回收率提高。适当地增大冷却水量可以改善水冷壁面的换热效果，降低颗粒在粒化仓中的粘结，促进整体余热回收率地提高。
③通过观察粒化仓中颗粒群流动换热地模拟结果可以发现，颗粒在粒化仓中运动的三个阶段中，撞击壁面阶段的颗粒温降最快，其次是飞行阶段。熔渣颗粒在粒化仓的整个运动过程中以辐射换热为主，对流换热次之，最后是颗粒撞击壁面的导热。粒化仓内空气温度最高的区域为颗粒与壁面碰撞附近的区域，并且沿径向方向粒化仓内空气温度逐渐升高。降低布风板入口风速和增大熔渣的质量流量都可以提高粒化仓出口空气温度，出口空气温度越高意味着更高的余热回收品质，而降低颗粒直径是提高余热回收率的最佳手段。此外，采用倾斜布风方式时，相比于入口风向垂直于布风板，入口风向竖直向上时更能促进出口空气温度的提高。