合理用量计算和冷却 壁的优化，使冷却水的用量更加合理，从而达到节约用水、降低能耗的效果。
[0052] 下面就冷却壁的冷却水合理用量的计算过程作详细说明：
[0053] 一、冷却壁合理用水量的评估
[0054] 1、冷却壁的热流量计算
[0055] 由现场的在线监测系统或便携式流量计和测温仪进行现场测量，获得冷却壁冷却 水体积流量Mv，单位为m3/h;冷却壁冷却水进口水温ti，单位为°C;冷却壁冷却水出口水温 t2,单位为°C。通过查找有关物质的物性参数表可以获得有关饱和水与冷却壁的物性参数， 其中，Cp为冷却水比热，单位为kj/kg;P为冷却水密度，单位为kg/m 3;可由下式计算出冷却 壁的热流量
[0056] Q = 0.278X 10-3XCpXpXMvX (t2-ti) (1)
[0057] 2、换热系数计算
[0058] 由传热学理论可知，管内紊流强制对流换热系数为：
[0059] a= (As/d) · Nu (2)
[0060] 其中，a为冷却水换热系数，单位SWAm2.°C) ;As为水的导热系数，单位为W/(m. °C);冷却壁水流通道通径d，单位为m;Nu为努谢尔特数，无量纲。
[0061 ]努谢尔特数
[0062] Nu = 0.023Re°-8Pr°·4 (3)
[0063] 通过查阅高炉设备的技术资料等方法获冷却壁的有关尺寸冷却壁水流通道通径 d，冷却壁水流通道数量η，由式：
[0064]
[0065] 计算出冷却水在冷却壁水流通道中流速。通过查找有关物质的物性参数表可以获 得有关饱和水与冷却壁的物性参数冷却水导热系数XsXm 2,单位为W/(m.°C);冷却水运动 黏度v，单位为m2/s;普朗特数PrXl(T 6,无量纲;冷却壁导热系数λ?，单位为W/(m.°C)。可算 得雷诺数：
[0066] Re = ud/v (5)
[0067] 可用雷诺数来判别冷却水在冷却壁流道中的状态，即：
[0068] Re >104,为紊流状态，
[0069] 冷却水对冷却壁的冷却过程可视为管内紊流强制对流换热过程，管内紊流强制对 流换热系数可由下式计算：
[0070] a=(As/d)0.023(ud/v)°-8Pr0·4 (6)
[0071 ] 3、冷却壁水流通道壁面温度计算
[0072] 在传热学中，对流换热过程其热流量表达式如下：
[0073]
[0074] 其中，Q为热流量，单位为kw;a为冷却水换热系数，单位为W/m2 · °C) ;F2为水冷壁 水流通道面积，单位为m2; Tw2冷却壁水流通道壁面温度，单位为1; ti冷却壁冷却水进口水 温，单位为°(3; t2冷却壁冷却水出口水温，单位为°(3。
[0075] 水冷壁水流通道面积由下式算得
[0076] F2 = n23Tdl (8)
[0077] 式中，F2为水冷壁水流通道面积，单位为m2; η为水流通道数量;d为水流通道直径， 单位为m; 1为水流通道长度，单位为m。
[0078] 通过查阅高炉设备的技术资料等方法获取冷却壁的有关尺寸，冷却壁水流通道长 度1，单位为m;水冷壁水流通道通径d，单位为m; η为冷却壁水流通道数量，
[0079] 冷却壁水流通道壁面温度可由下式算得：
[0080](9)
[0081 ] 4、冷却壁热面温度计算
[0082]同理在传热学中，导热过程其热流量可由下式表示：
[0083] Q = AiSiX (Twi-Tw2)/1000 (10)
[0084] 式中，Q为热流量，单位为kw;Al为冷却壁导热系数，单位为W/(m.°C) ;S1为形状因 子，单位为m; Twl为水冷壁壁面温度，单位为1; Tw2为水冷壁水流通道壁面温度，单位为°〇。 其中，S1取决于等温面面积沿热流途径改变的性质。
[0085] 如图2所示，上式适用于任意几何形状的概括性表示式，
[0086] 在 h>d，d《l 时，有：
[0087]
[0088]冷却壁热面温度Twl可由下式算得
[0089](12)
[0090] 通过查阅高炉设备的技术资料等方法获取冷却壁的有关尺寸，冷却壁水流通道长 度1，单位为m;水冷壁水流通道通径d，单位为m;冷却壁水流通道中心距b，单位为m;冷却壁 面到水流通道中心厚度h，单位为m;冷却壁水流通道数量η;通过查表可得冷却壁导热系数λ 1，单位为W/(m.°C);a为冷却水换热系数，单位为W/(m2.°C)，可由式(2)得知。
[0091] 5、冷却壁合理用水量的评估
[0092] 根据公式（12)可计算得出在冷却壁水流通道长度为1，水冷壁水流通道通径为d， 冷却壁水流通道中心距为b，冷却壁面到水流通道中心厚度为h，且通过冷却壁水流通道冷 却水主要运行参数冷却壁水流通道的流量为Mv，冷却壁冷却水进口温度为tl，冷却壁冷却 水出口温度为t2时的冷却壁壁面温度Twl。用冷却壁壁面温度Twl与工艺技术文件中冷却壁 面允许温度进行比较，就可判断出当前运行工况下的用水量是否合理。
[0093]二、冷却壁合理用水量的精确计算
[0094] 根据运行工况得知，通过冷却壁传热的热流量Q、有技术文件要求的冷却壁面温度 Twl和测得的冷却水的给水温度为tl这三个参数，便可计算出冷却壁的冷却水合理用水量。
[0095] 将冷却水回水温度用温差的形式来表示，即t2 = Zt+tl，由公式（1)可将冷却水流 量写成以下形式：
[0096] Mv = Q/(0.278X 10-3XCpXpX At) (13)
[0097] 当在某一运行工况下，通过冷却板的热流量为Q时，冷却水流量Mv与温差成反 比函数。
[0098] Mv = f(」t)
[0099] 冷却水流速u与冷却水用量Mv关系如下：
[0100]
[0101] 由公式(2):
[0102] a=(As/d)0.023(ud/v)°-8Pr0·4
[0103] 可知：
[0104] 冷却水的换热系数α又与冷却水流速u有关，物性参数又与冷却水的进出水温差有 关。水在管内紊流强制对流换热的换热系数a可写为饱和水流速u、温差的关联式：
[0105] a = f(u、Z]t)
[0106] 由公式(9)
[0107]
[0108] 可知：
[0109] Tw2 = f(a、Z]t)
[0110] 由公式（12)得知，冷却壁的热面温度Twl与冷却水的换热系数a和冷却水温差 互为关联。冷却壁的热面温度Twl与冷却水的换热系数a和冷却水温差的关联式可写成：
[0111]
[0112] 由此可知，冷却壁的热面温度Twl可写成水在管内紊流强制对流换热的换热系数a 和冷却水温差Z]t的关联式
[0113] Twi = f(a、Z]t)
[0114] 以上公式，在计算过程中有互为循环关系。所以，无法在利用以上算式直接求得 Mv。但可以应用在运行工况下，已知冷却壁传热的热流量是Q、冷却水的给水温度为tl和，利 用有关联的算式进行迭代计算，求得满足技术文件要求冷却壁热面温度Twl范围值的冷却 水用量。
[0115] 迭代计算方法如下:在冷却水实际运行温差值上增加一个小于运行温差一个数量 级增量进行计算，直到冷却壁的热面温度Twl计算值，无限接近或等于技术文件要求冷却壁 面温度范围的上限值。计算步骤如下：
[0116] 给定一个在实际运行温差值上增加一个小于运行温差一个数量级增量的温差Z t，由下式算得对应的冷却水用量Mv;
[0117] Mv = Q/(0.278X 10-3XCpXpX At) (16)
[0118] 由下式计算出冷却水在冷却壁水流通道中流速u
[0119]
[0120] 由冷却水在冷却壁水流通道中流速u和根据饱和水热物理性质表查得数据进行拟 合，得出饱和水的物性参数函数式
[0121] 运动粘度为
[0122] ν=(-3Χ10-6χ3+0·0006χ 2-0·0471χ+1·759) X10-6 (18)
[0123] 水导热系数为
[0124] As = (-0.0016x2+0.3003x+53.972) X 10-2 (19)
[0125] 普朗特数为
[0126] Pr = -2