影响热风炉燃烧期格子砖温度分布因素初探.doc

影响热风炉燃烧期格子砖温度分布因素初探
摘要
目前,国内热风炉风温普遍较低。为优化热风炉设计,提高热风温度,建立了热风炉蓄热室内传热过程的数学模型,设计了应用程序软件,探讨了不同的操作参数如操作制度、操作周期等和高度对格子砖温度场分布、气体温度分布和格子砖蓄热量的影响。结果表明:烟气和格子砖的温度在高度上呈线性变化;通过将单位时间的煤气量翻一倍左右进行强化燃烧的方式可以将燃烧期缩短为原来的一半,并且能使格子砖蓄热量达到要求的水平;当蓄热室高度降为原来的 %时,%,%;当周期延长20%%,周期延长40%%,可见周期的影响是逐渐减小的。

提高热风温度是提高高炉产量、降低焦比和能源消耗的有效措施。一般每提高100℃的风温可以降低焦比15~20kg/t 铁,增加喷煤量约 30kg/t 铁,所以提高风温既可以降低焦比,又可以增加喷煤量,从而获得良好的经济效益。多年来,我国重点钢铁企业热风温度在 1080℃徘徊,而国际先进钢铁企业热风温度高达1300℃,我国高炉炼铁的热风温度与国外相比,差距在 100~150℃之间。热风温度偏低,是我国炼铁技术进步与国际先进水平相比差距最大的地方。
为了全面研究热风炉,我们先后对热风炉蓄热室底部空腔内冷风流场进行了三维数值模拟和比较分析,对热风炉鼓风室冷风气流分布进行了分析,对热风炉拱顶空间内烟气分布进行了数值模拟计算。在前面这些成果的基础上,对格砖的物性参数、对热风炉蓄热室格砖温度分布的影响也进行了研究。本文在前人的基础上,考虑了入口气体流量、气体密度、气体通道数目和水力学直径对气体速度的影响考虑了压力对气体的热物性的影响,考虑流体内部热传导,还考虑对流换热系数和格砖热物性随时间、温度及位置变化而变化,根据传热学和流体力学建立气体和格子砖温度分布的数学模型,设计出了专门用于热风炉蓄热室格子砖温度分布计算和设计的应用程序,通过改变不同的操作参数:如蓄热室高度以及操作制度和操作周期等,模拟计算出不同的温度分布,探讨了不同的操作参数对格子砖温度场分布、气体温度分布和格子砖蓄热量的影响,从而为热风炉蓄热室格子砖的设计提供可靠的依据。

本文初始数据采用国内某钢厂设计的热风炉来进行计算,其热工特性如表1所示。程序中计算燃烧期辐射换热系数需要用到烟气的成分。计算中采用的烟气成分为 CO2占 %,%,%,%。格子砖选用高效19孔砖,其主要特性参数和蓄热室各段所用格子砖的材质参数所示。

应用上述热风炉蓄热室格子砖温度分布模拟软件,分别计算了7种不同的情况,具体如表2所示。这7种情况中方案1为“两烧一送”操作制度,方案2则为“一烧一送”制度,方案3和4则是为了与方案1就周期长度带来的影响进行比较,方案5和6是改变了蓄热室的高度分别与方案1和方案2进行对比,以研究高度的影响规律,方案7是为了与方案5进行对比。
表2 不同计算参数列表
方案燃烧期(min) 送风期(min) 烟气流量(m3/h) 蓄热室高度(m)
1 100 60 47470
2 50 60 949