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新型顶燃式热风炉燃烧技术研究
摘　要：在首秦公司引进、消化俄罗斯卡卢金顶燃式热风炉技术基础上，分析其技术优点和存在的不足，自行设计热风炉炉型、燃烧器结构多种方案，采用仿真、试验等手段研究了煤气、空气旋角、位置和布置方式变化的基本规律，并优选了一种可行方案，在迁钢2号高炉预热炉上进行应用试验。仿真和冷态试验结果表明，新开发的热风炉具有结构紧凑，工艺设计简单，炉顶、炉墙温度较低，燃烧完全等优点。投产应用表明，该热风炉运行良好，风温达到预期目标，满足了高炉炼铁生产需要。该技术的开发和应用，可以为国内大型高风温热风炉设计提供参考。
优质期刊推荐顶燃式热风炉燃烧器的数值模拟及试验研究--《华中科技大学》2007年硕士论文
顶燃式热风炉燃烧器的数值模拟及试验研究
【摘要】：
燃烧器是热风炉的供热装置,其性能的优劣直接影响着热风炉的使用寿命和送风温度。顶燃式热风炉陶瓷燃烧器有着火焰长度短、理论燃烧温度高、燃烧稳定性强及煤气燃烧完全的特点,在炼铁装置中得到了广泛的应用。但由于顶燃式热风炉内气体流动以及气体燃烧过程是一个涉及湍流、燃烧、对流、辐射等多方面的复杂过程,目前对它内部的流场和燃烧器的燃烧特性还没有完全了解,因而缺乏系统的研究和成熟的设计经验。基于以上情况,本论文结合数值模拟和试验研究两种方法,研究了顶燃式热风炉陶瓷燃烧器的基本工作特性。
论文首先建立与原形相似比为1:6的三维热风炉模型,使用商用软件FLUENT,选择适合模拟顶燃式热风炉内气体流动的控制方程与k -ε湍流模型,采用SIMPLE算法,在给定速度入口的边界条件下,分析了热风炉内气体的流场、燃烧室出口和燃烧器喷口出口处的气流均匀性。通过在煤气环道中增设导流砖,有效地防止了蓄热室中偏流的产生。
其次分析了目前湍流燃烧的模拟方法,选用适合顶燃式陶瓷燃烧器的湍流扩散燃烧理论,选用P1辐射模型,在给定空气和煤气入口流量的条件下,对陶瓷燃烧器的燃烧过程进行模拟,确定了燃烧过程中气体的速度分布、温度分布、各组分的浓度分布等。验证并调整了一些模型参数,使得计算机模拟结果能够较真实的反映实际过程。
然后在相似理论指导下,制造与原形相似比为1:6的试验模型,进行模型冷态试验。重点测试了空气环道、煤气环道和模型的阻尼特性,燃烧器喷口气流的均匀性。并通过对煤气环道结构进行改进,改善了燃烧器喷口气流的均匀性。
最后,论文对课题进行了总结,并对顶燃式热风炉陶瓷燃烧器的后续研究工作提出了建议。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：TF578【目录】：
ABSTRACT5-11
1 绪论11-22
1.1 引言11
1.2 热风炉结构形式的发展11-13
1.2.1 内燃式热风炉11-12
1.2.2 外燃式热风炉12-13
1.2.3 顶燃式热风炉13
1.3 热风炉用燃烧器的发展13-18
1.3.1 金属燃烧器14
1.3.2 陶瓷燃烧器14-17
1.3.2.1 套筒式陶瓷燃烧器15-16
1.3.2.2 栅格式陶瓷燃烧器16-17
1.3.2.3 三孔式陶瓷燃烧器17
1.3.3 顶燃式热风炉用陶瓷燃烧器17-18
1.4 陶瓷燃烧器的研究18-21
1.4.1 陶瓷燃烧器的试验研究18-19
1.4.2 陶瓷燃烧器的数值模拟19-21
1.5 本文要做的工作21-22
2 数值计算方法22-30
2.1 引言22
2.2 基本控制方程和湍流模型22-24
2.2.1 基本控制方程22-23
2.2.2 湍流模型23-24
2.3 离散方法和离散格式24-26
2.3.1 离散方法24-25
2.3.2 离散格式25-26
2.4 压力与速度的耦合26-27
2.5 边界条件27-28
2.6 近壁面处理方法28-29
2.7 小结29-30
3 冷态模拟30-39
3.1 模型建立30
3.2 网格划分30-31
3.3 理论分析31-33
3.3.1 理论燃烧温度分析32
3.3.2 火井流速分析32-33
3.4 计算结果与分析33-37
3.4.1 速度分布33-34
3.4.2 燃烧室至蓄热室之间流场特性34-36
3.4.3 燃烧室出口气流分布均匀性分析36
3.4.4 喷口出口处流体的均匀性36-37
3.5 小结37-39
4 热态模拟39-49
4.1 引言39
4.2 湍流燃烧模型39-41
4.2.1 直接数值模拟39-40
4.2.2 大涡模拟40
4.2.3 概率密度函数输运方程模拟40-41
4.2.4 唯象的湍流燃烧模型41
4.3 辐射模型41-42
4.4 模拟条件42
4.5 计算结果与分析42-48
4.5.1 PDF 燃烧模型计算结果42-44
4.5.2 速度分布44-45
4.5.3 燃烧室垂直截面温度场分析45
4.5.4 混合气体浓度分布45-46
4.5.5 燃烧室出口烟气温度分析46-47
4.5.6 燃烧室出口残余CO 分析47
4.5.7 燃烧室出口压力分析47-48
4.6 小结48-49
5 冷态试验49-58
5.1 引言49
5.2 物理模型试验理论依据49-50
5.3 模型设计与试验50-52
5.4 试验结果与分析52-57
5.4.1 模型的阻尼特性52-55
5.4.1.1 空气通道的阻尼特性53
5.4.1.2 煤气通道的阻尼特性53-54
5.4.1.3 模型的阻尼特性54
5.4.1.4 自模化区的确定54-55
5.4.2 模型喷口出口处流体的均匀性55-56
5.4.3 改进后的喷口气流均匀性56-57
5.5 小结57-58
6 总结与展望58-60
6.1 全文总结58-59
6.2 未来工作展望59-60
参考文献61-65
附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文65
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京公网安备74号热风炉燃烧控制技术的研究--《钢铁》2005年04期
热风炉燃烧控制技术的研究
【摘要】：分析了我国炼铁系统热风温度偏低的原因。针对我国高热值燃料缺乏的现状,阐述了用低热值煤气获得高热风温度的途径。重点介绍了国内外热风炉燃烧控制技术的研究进展与应用概况,分别讨论了传统控制、数学模型及人工智能等热风炉燃烧控制方式的原理、实际应用概况及各自的优缺点,提出了热风炉燃烧控制技术的发展方向。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TF325.4【正文快照】：
　　近年来,我国炼铁生产技术取得了长足进步,如高炉利用系数、入炉焦比、综合焦比、喷煤比、高炉寿命等方面均缩小了与国际先进水平的差距。但是热风的温度提高不大,成为与国际先进水平差距最大之处。在日本、德国、韩国等国外先进高炉使用的风温达1 300 ℃,在我国只有宝钢
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京公网安备74号热风炉燃烧优化控制技术研究与应用
对高炉的热风炉来说，它的作用是安全平稳地给高炉提供尽可能高温的热风，降低高炉的焦炭用量，达到节能降耗的目的。提高高炉风温水平一直是我们努力的方向，如果全国高炉的风温水平平均提高10℃，则全年将节约焦炭130万吨，减少二氧化碳排放约150万吨。在日本、德国、韩国等国外先进高炉在70年代使用的风温已达;，在我国只有少数先进高炉的风温达到;，而国内大多数钢铁企业的风温水平一直在;左右徘徊。因此，这已成为进一步提高喷煤量、改善高炉指标的最主要障碍，在一定程度上制约了我国冶炼技术的发展。
实现煤气的合理燃烧，才能将其能量充分利用，热风炉才有可能在消耗同样煤气量情况下，蓄到更多的热量，为提高送风温度创造条件。
热风炉本身是一个具有本质非线性、大滞后、慢时变特性的复杂被控对象，随着燃烧工作环境的变化其特性也在不断发生变化，要准确地掌握热风炉的运行状态是很困难的。近年来，国内外都在致力于热风炉的燃烧控制研究，和隆优化基于“通用燃烧优化控制技术（BCS）”
的热风炉燃烧优化控制系统是基于软测量技术和热风炉燃烧效果数学模型计算出当前工况下的最佳风煤比并实现了闭环控制和滚动优化，从而使拱顶温度始终保持最高。可方便设定各种烧炉制度对空气、煤气的双优化和双向优化，克服了煤气、空气压力的频繁波动和煤气的热值变化等因素对烧炉的不利影响。
热风炉燃烧优化控制系统基于热风炉蓄热能力数学模型可完成几座高炉之间的协调优化操作，从而实现了平衡烧炉的目的。这项技术不仅实现了热风炉全自动优化运行，运行自控率可达90%以上，送风温度提高10度以上或同等送风温度下降低煤气3%以上。而且在提高热风炉安全运行上也做了大量工作，其中包括智能语音报警技术、故障诊断与自愈控制技术、平衡烧炉技术，无扰切换技术等安全技术，全面解决了热风炉燃烧控制的所有难题。
&&& 4号420立方米高炉的热风炉实施热风炉燃烧优化技术后，实现了全自动烧炉，可降低4#高炉热风炉煤气消耗3%以上，仅此一项每年可为永联钢铁产生一百万元以上的经济效益。该控制系统可以快速将拱顶温度烧到最大，并且在规定的时间内，让废气温度达到设定值。自动烧炉期间，一旦拱顶温度超过设定的上限，会自动的启动一系列保护动作。
下图的对比可以明显看出手、自动烧炉的实际情况，图中绿色代表煤气流量，红色是煤气调节阀输出，淡蓝色是拱顶温度曲线。
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