热风炉蓄热室传热模拟及操作制度研究

论文摘要

蓄热式热风炉是高炉炼铁重要的配套设备,其主要任务是稳定地向高炉提供热风。热风炉蓄热室内的格砖是热风炉进行热交换的载体,格砖蓄放热效率的高低直接影响到热风温度的高低和热风炉热效率,而采用合理的操作制度能够最大限度地发挥热风炉的能力,获得巨大的经济效益。因此,研究热风炉传热过程及热风炉的操作制度具有积极的意义。针对热风炉蓄热室传热的特点,建立了蓄热室传热过程求解的简化模型。为求解单个格孔及其所控制的格砖传热,建立了单孔道简化模型;为求解蓄热室整体传热,利用多孔介质理论建立了多孔介质简化模型;并借助FLUENT软件运用k ?ε湍流模型、组分模型及离散坐标（DO）辐射模型对蓄热室传热的单孔道模型进行求解;运用k ?ε湍流模型、组分模型、P-1辐射模型及多孔介质条件对蓄热室传热的多孔介质模型进行求解。最后,总结了各操作制度下的周期时间、气体流量等参数的计算方法,并对操作制度进行模拟研究。研究工作表明:利用单孔道模型模拟得到的热风炉燃烧期烟气出口最高温度及送风期热风平均出口温度与文献给出的生产实际值误差分别为4.0%和2.5%,从而验证了模型的正确性。多孔介质模型的模拟结果说明在蓄热室同一高度横截面上的温度分布较为均匀;对五孔砖蓄热室和七孔砖蓄热室的模拟结果表明七孔砖蓄热室换热速度比五孔砖快、其热效率也较高。不同操作制度的模拟结果表明在三座热风炉的三种操作制度中,一烧二送操作制度的热效率最高,其热风平均出口温度也最高。因此,利用FLUENT软件建立的蓄热室传热计算简化模型,可以有效的对热风炉的传热过程及其在不同操作制度下的工作情况进行模拟,该模型的建立为热风炉的设计及操作制度的选取提供了一种有效便捷的手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 蓄热式热风炉介绍
• 1.2.1 热风炉的原理
• 1.2.2 热风炉的分类
• 1.2.3 热风炉操作制度
• 1.3 热风炉蓄热室传热模型及模拟方法
• 1.3.1 蓄热室传热模型
• 1.3.2 蓄热室模拟方法
• 1.4 多孔介质理论及其应用
• 1.4.1 多孔介质基本概念
• 1.4.2 多孔介质研究方法及其应用
• 1.5 课题的研究目的及内容
• 1.5.1 课题的研究目的
• 1.5.2 课题的研究内容
• 2 热风炉蓄热室传热过程分析及FLUENT 软件应用
• 2.1 热风炉蓄热室传热过程分析
• 2.2 FLUENT 软件及相关模型介绍
• 2.2.1 基本模型
• 2.2.2 湍流模型
• 2.2.3 组分模型
• 2.2.4 辐射模型
• 2.2.5 多孔介质条件
• 2.3 本章小结
• 3 蓄热室传热的单孔道简化模型
• 3.1 模型假设
• 3.2 数学模型
• 3.3 边界条件及初始条件
• 3.4 应用实例
• 3.4.1 计算所需的数据
• 3.4.2 网格划分
• 3.4.3 FLUENT 求解设置
• 3.4.4 结果分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 4 蓄热室传热的多孔介质简化模型
• 4.1 模型假设
• 4.2 数学模型
• 4.3 边界条件及初始条件
• 4.4 应用实例
• 4.4.1 计算所需的数据
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 FLUENT 求解设置
• 4.4.4 结果分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 5 热风炉操作制度研究
• 5.1 操作制度参数计算
• 5.1.1 周期时间参数计算
• 5.1.2 热风炉内气体流量计算
• 5.2 操作制度模拟分析
• 5.2.1 操作制度实例
• 5.2.2 操作制度结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录