頂燃蓄熱式熱風(fēng)爐傳熱及流動(dòng)過程的模擬研究.pdf

1、熱風(fēng)爐是高爐煉鐵生產(chǎn)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(fēng)，高風(fēng)溫是高爐煉鐵中提高生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本及能耗的有效措施之一，所以熱風(fēng)的溫度及持續(xù)時(shí)間是評(píng)判熱風(fēng)爐工作性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。而熱風(fēng)的溫度及持續(xù)時(shí)間是由熱風(fēng)爐燃燒加熱情況和送風(fēng)換熱情況決定，因此掌握熱風(fēng)爐內(nèi)煙氣和空氣的流動(dòng)及傳熱規(guī)律，尤其是煙氣對(duì)蓄熱體的加熱過程、蓄熱體對(duì)冷風(fēng)的加熱過程對(duì)于如何獲取高風(fēng)溫及延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間至關(guān)重要。
　　為了掌握熱風(fēng)爐內(nèi)煙

2、氣和空氣的流動(dòng)及傳熱規(guī)律，本文分別建立了頂燃蓄熱式熱風(fēng)爐燃燒期和送風(fēng)期三維流動(dòng)及傳熱數(shù)學(xué)模型，而且本文引用多孔介質(zhì)模型作為蓄熱體部分進(jìn)行通體模擬，同時(shí)根據(jù)相似原理建立1∶12的冷態(tài)模型對(duì)所建數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)分析制約目前所用熱風(fēng)爐的效率的因素，提出改進(jìn)方法，同時(shí)采用本數(shù)學(xué)模型對(duì)改進(jìn)后的熱風(fēng)爐內(nèi)流動(dòng)和傳熱過程進(jìn)行分析對(duì)比，研究傳統(tǒng)型熱風(fēng)爐和改進(jìn)型熱風(fēng)爐的性能優(yōu)劣。
　　熱風(fēng)爐工作過程可以分為燃燒期和送風(fēng)期

3、兩個(gè)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(jié)果顯示整個(gè)熱風(fēng)爐最高溫度可達(dá)1650K，燃燒室平均溫度為1500K。在加熱冷風(fēng)階段，冷風(fēng)通過高溫的格子磚進(jìn)行換熱，出口熱風(fēng)溫度維持在1000℃以上的時(shí)間為9550s。同時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒室內(nèi)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(jìn)入到燃燒器內(nèi)部時(shí)，各個(gè)噴嘴的流速及進(jìn)出口壓差分布不均勻所致。

4、冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)得到類似規(guī)律，模型爐內(nèi)氣流由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且由上而下的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)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(dòng)，說(shuō)明渦流中心稍有偏離。
　　針對(duì)各個(gè)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(jìn)氣型、旋向進(jìn)氣型和三向旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣型。經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)，三向進(jìn)氣型熱風(fēng)爐內(nèi)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(gè)熱風(fēng)爐最高溫度可達(dá)1690K，燃燒室內(nèi)平均溫度為1550K;出口熱風(fēng)溫度維

5、持在1000℃以上的時(shí)間為10450s。旋向進(jìn)氣型熱風(fēng)爐內(nèi)部雖然流速有所提升，但渦流中心偏離幾何中心，出口熱風(fēng)溫度維持在1000℃以上的時(shí)間為9700s。三向旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣型熱風(fēng)爐內(nèi)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(fēng)溫度維持在1000℃以上的時(shí)間為9050s。綜上所述，三向進(jìn)氣改進(jìn)型頂燃蓄熱式熱風(fēng)爐的工作效果較好。
　　同時(shí)本文還對(duì)傳統(tǒng)頂燃蓄熱式熱風(fēng)爐的不同噴嘴人流角度進(jìn)行了模擬研究。對(duì)比三種噴嘴不同角度的模型可