頂燃蓄熱式熱風爐傳熱及流動過程的模擬研究.pdf

1、熱風爐是高爐煉鐵生產中的重要組成部分，主要功用就是為高爐提供高溫且持續(xù)的熱風，高風溫是高爐煉鐵中提高生鐵的產量和質量、降低生產成本及能耗的有效措施之一，所以熱風的溫度及持續(xù)時間是評判熱風爐工作性能的重要標準。而熱風的溫度及持續(xù)時間是由熱風爐燃燒加熱情況和送風換熱情況決定，因此掌握熱風爐內煙氣和空氣的流動及傳熱規(guī)律，尤其是煙氣對蓄熱體的加熱過程、蓄熱體對冷風的加熱過程對于如何獲取高風溫及延長持續(xù)時間至關重要。
　　為了掌握熱風爐內煙

2、氣和空氣的流動及傳熱規(guī)律，本文分別建立了頂燃蓄熱式熱風爐燃燒期和送風期三維流動及傳熱數學模型，而且本文引用多孔介質模型作為蓄熱體部分進行通體模擬，同時根據相似原理建立1∶12的冷態(tài)模型對所建數學模型的準確性進行檢驗。根據數值模擬的結果對分析制約目前所用熱風爐的效率的因素，提出改進方法，同時采用本數學模型對改進后的熱風爐內流動和傳熱過程進行分析對比，研究傳統(tǒng)型熱風爐和改進型熱風爐的性能優(yōu)劣。
　　熱風爐工作過程可以分為燃燒期和送風期

3、兩個階段，在燃燒期:高爐煤氣和助燃空氣混合，以旋流狀態(tài)噴入燃燒室的燃燒空間充分燃燒后，流入蓄熱體，加熱蓄熱體，最后由煙道流出，通過模擬結果顯示整個熱風爐最高溫度可達1650K，燃燒室平均溫度為1500K。在加熱冷風階段，冷風通過高溫的格子磚進行換熱，出口熱風溫度維持在1000℃以上的時間為9550s。同時發(fā)現(xiàn)燃燒室內部的渦流中心明顯偏離幾何中心，分析其原因是高爐煤氣和助燃空氣進入到燃燒器內部時，各個噴嘴的流速及進出口壓差分布不均勻所致。

4、冷態(tài)模型實驗得到類似規(guī)律，模型爐內氣流由上向下旋轉運動，并且由上而下的旋轉強度逐漸減弱。在不同流量的工況下，均可發(fā)現(xiàn)處在中心位置的飄帶有所擺動，說明渦流中心稍有偏離。
　　針對各個噴嘴速度和壓力分布不均勻的現(xiàn)象，提出以下幾種優(yōu)化方案:三向進氣型、旋向進氣型和三向旋轉進氣型。經過模擬發(fā)現(xiàn)，三向進氣型熱風爐內部形成的渦流處于幾何的中心，蓄熱體的加熱情況較好，整個熱風爐最高溫度可達1690K，燃燒室內平均溫度為1550K;出口熱風溫度維

5、持在1000℃以上的時間為10450s。旋向進氣型熱風爐內部雖然流速有所提升，但渦流中心偏離幾何中心，出口熱風溫度維持在1000℃以上的時間為9700s。三向旋轉進氣型熱風爐內部的流速提升，但分布不均勻;渦流中心偏離幾何中心，出口熱風溫度維持在1000℃以上的時間為9050s。綜上所述，三向進氣改進型頂燃蓄熱式熱風爐的工作效果較好。
　　同時本文還對傳統(tǒng)頂燃蓄熱式熱風爐的不同噴嘴人流角度進行了模擬研究。對比三種噴嘴不同角度的模型可