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鞍钢热风炉冷风分配技术的研究

发布日期:2016-03-10 来源: 中国窑炉网 查看次数: 442 作者:[db:作者]
核心提示:  鞍钢热风炉冷风分配技术的研究张胤贺友多李士琦沈颐身(包头钢铁学院)(北京科技大学)况进行了模拟研宄。根据对现有设备存在的气流在格子砖内分配不均匀情况,通过在支柱空腔内设置不同的水平和垂直导流板,使

  鞍钢热风炉冷风分配技术的研究张胤贺友多李士琦沈颐身(包头钢铁学院)(北京科技大学)况进行了模拟研宄。根据对现有设备存在的气流在格子砖内分配不均匀情况,通过在支柱空腔内设置不同的水平和垂直导流板,使得气流分配尽量均匀。作为一种可行性研宄,对现有单侧冷风入口进行了双侧入口的模拟研究,研宄表明在现场条件允许的条件下,双侧入口明显优于单侧入口。

  1刖言高风温是现代高炉生产的特点之一,提高热风温度能够提高高炉的冶炼强度,进而提高产量,可通过补偿物理热加喷煤量,从两层意义上降低焦比。提高热风温度的途径从理论上讲有多种。常见的有:通过提高热风炉烧炉煤气的热值来提高热风炉的燃烧温度;改进燃烧器的设计,减少空气过剩系数来提高理论燃烧温度。这两种途径都是通过提高热风炉的最高送风温度来提高平均温度。另一类方法是不提高最高热风的温度,而是延长最高送风温度的使用时间,进而提高热风的平均使用温度。这种方法主要通过提高热风炉的有效蓄热面积来实现。但通过加热风炉格子砖的加热面积来加有效蓄热面积所加的投资费用是巨大的。对于新设计或己建成的热风炉,可通过对设备进行适当优化设计,进而提高格子砖的有效加热面积来实现高风温。国内外在这方面的研究日益多。国外以荷兰胡格温斯公司为代表在燃烧器的优化设计方面做了大量的研究工作,取得了多项研究成果,开发了几种各有特色的陶瓷燃烧器来提高热风温度。国内武汉钢铁设计研究院开展了这方面的多项研究工作,在各大钢铁公司取得了显著的经济效益所介绍的方法。所有上述方程的计算已实现了软件化,全部处理过程已形成独立的三维流场计算机软件包。应用该软件对热风炉内的气流分布进行模拟研究,进而确定出优化设计方案。

  3模拟研究条件鞍钢4号高炉热风炉的基本情况如下,热风炉内径6.632m、高度40m,蓄热面积25.7m2、燃烧室外径3.45m、支柱空腔内有18根支柱、支柱直径0. 105m,冷风管道直径1. 1m、风量2200m3/min、冷风管道入口与热风炉轴线夹角50°。热风炉水平截面布置及其网格划分如所示,其中支柱截面按面积折算为正方形,图中数字为支柱标号。

  4模拟结果及讨论由于格子砖内气体不能互通,只要气体进入格子砖即能全部通过格子砖,因而研究时只考虑气流在支柱空腔内的流动,来考察气体进入格子砖的均匀情况。应用计算机软件模拟计算了几种不同情况下空腔内的气体分布。

  4.1原设计条件下支柱空腔内的气流分布为了研究现有热风炉格子砖的利用情况,首先模拟计算了原设计条件下的气流分布,此时支柱空腔内气流分布如所示,其中2―a为不同高度上的水平截面图,k=2为底部。依次往上,冷风入口段为6 ~13,2―b为两个方向上的垂直截面图,图中空白处为不可流通区域(包括支柱、燃烧室和壁面),气体出口的气量(即进入格子砖的气量)如所示。

  从―a中可以看出,气体从冷风管道进入热风炉后,首先被支柱5进行一次分配,然后分成两股气流,其中左侧气流被支柱8进行二次分配,而右侧气流则被支柱6进行二次分配。这两次气流分配是最主要的,而其它支柱的分配作用相对弱得多。可见支柱的安排不是任意的,合理地安排支柱的位置本身即可起到分配气流的作用,尤其是位于气流主要流动方向上的支柱。气流在整个空腔内由于支柱的作用分成若干支流,同时存在一些回流区。在入口气流的两侧形成两个很弱的小回流,同时在燃烧室两侧角部同样存在这样的区域。从―b上看,气流进入格子砖时总体(b)垂直截面速度分布图改进设计条件下热风炉支柱空腔内气流分布图是向上流动,但在入口区上部由于气流的巨大卷吸作用,形成一个较大的向下回流区,从中可以清楚地看出这个回流区的存在。另外由于支柱5的分配不合理使得右侧流量偏多,而左侧本身面积较右侧大许多,流量明显不足,这也是造成中右侧角部气量很大,而左侧角部气量很小的主要原因。

  根据以上结果和分析可以认为,原设计存在明显的不足和缺陷,热风炉内部气流的分布存在很大的不均匀现象,无法充分发挥热风炉的潜力。4.2加设水平和垂直导流装置后的气流分布为了合理地组织气流的分布,进而使得进入格子砖内的气量尽量均匀,模拟计算了加设各种不同位置、方向和大小的导流板进行气流的强制分配。通过不同方案的组合,最后确定了一个较为合理的设计方案。即在入口处的上部加设1块水平导流板,限制由于入口气流的卷吸形成的回流,另在适当位置加设10块垂直导流板,与各相临支柱相结合,进行气流的分配,可达到均匀气流的作用。在这种设计方案下,模拟得到的气流分布如所示,出口气量如所示。

  一a显示了入口气流在支柱5和相联接的垂直导流板共同作用下进行气流的一次分配,这样使得左侧气量明显大于右侧,起到了预期的作用。支柱8与相接的导流板以及支柱6与相接的导流板仍然承担二次气流的分配,与原来不同的仅是分配的比例不同而已。显示了由于设置导流板使得出口气流比原来均匀的情况,其中入口处的回流明显减小,气流分配不均匀的程度得到了改善。但可看出,即使设置了11块导流板,气流的分配仍然难以很均匀,这是由于热风炉设计先天性的设计不足造成的。

  4.3双侧入口条件下的气流分布为了探讨合理的设计方案,从理论上研究了由单侧入口改为双侧对称入口情况下的气流分布情况。具体方案为,保留原冷风入口,同时在其左侧对称位置上设计同样尺寸的入口,入口风量平均分配。该设计只能在现场条件下允许的情况下实现,鞍钢4号高炉热风炉由于管道及空间布置困难无法实现该改进方案。

  计算得到的该设计条件下气流分布如所示,其出口气量如所示。

  从中看出,由于气流从对称的入口进入热风炉,仅仅依靠支柱的分配作用基本能够消除空腔内的弱流区,包括在单侧入口时很难消除的角部弱流区。清楚地显示了出口气量的情况,除入口处由于卷吸引起的回流区外,各部分气流要均匀得多,而且两个回流区也比原来小许多。

  5结论通过对所研究热风炉在几种条件下的气流分布进行研究,可以得出以下几点结论:(1)原设计热风炉存在明显的气流分布不均匀现象,造成热风炉部分蓄热面积的浪费,无法充分发挥格子砖的加热能力。

  通过设置一定的导流板可以起到均匀气流的作用,进而提高格子砖的利用率,对提高热风炉的热效率具有重要的意义。但也发现对于原设计的缺陷很难通过这样的方法彻底改变。

  作为一种方案的选择,如对现有热风炉如果将单侧入口改为双侧入口,气流分布的不均匀性将得到很大的改善,建议在现场条件允许的情况下,尽量采用双侧入口的设计方案。

  通过研究发现热风炉本身的支柱具有重要的气流分配作用,设计合理的支柱排列方式对于均匀气流具有不可替代的作用,建议设计部门在设计新的热风炉时认真考虑支柱的排列问题。

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