蓄热式加热炉炉内热工特性分析和优化研究

论文摘要

蓄热式加热炉作为高温空气燃烧技术在冶金工业炉窑上的应用,是燃烧学和热工领域的一项重要技术革新,相对于传统炉型,其在节能和环保上的巨大优势,使其从一开始问世就受到炉窑领域专业人士的广泛关注。研究蓄热式加热炉炉内的热工特性对于进一步发展蓄热式燃烧技术的理论和应用具有重要意义。虽然蓄热式加热炉有很多优点,但是在实际应用中,逐渐暴露出在设计、研发和操作上的诸多不成熟及不合理之处,产量达不到规定要求,炉子操作工况十分恶劣。本文以鞍钢一炼钢厂蓄热式加热炉为例,通过理论基础分析、现场热工测试、数值模拟实验和优化设计研究等多种方法,对蓄热式加热炉从实践到理论再到实践进行彻底剖析,从而完成对蓄热式燃烧技术的改良。本文的主要研究内容包括：(1)对某实验炉进行数值模拟,利用其实验结果对所建模型求解的准确性进行验证,进而分析在双蓄热式加热炉中,气流的绝对速度、相对速度以及喷口夹角对炉内温度分布、速度矢量分布和气氛的影响。(2)通过对鞍钢一炼钢厂蓄热式加热炉进行热工测试分析,找出其所存在的问题及造成这些问题的原因,在此基础上提出具体的解决措施。(3)在推导烧嘴口径优化设计方程和蓄热室优化设计算法的基础上,采用Visual Basic6.0语言,并结合Access2003,采用模块化结构,开发了一套蓄热式推钢加热炉初步设计软件,完成对鞍钢一炼钢厂蓄热式推钢加热炉的初步设计,并提出改造中具体采用的技术措施和总体改造方案。(4)利用正交实验法对加热炉的部分结构参数和操作参数进行优化分析,得到最优工况,并通过对最优工况下加热炉的稳态与非稳态数值求解验证所建物理模型的可适用性和VB模块化编程设计的合理与准确性,同时得到换向后炉内的流场、温度场和压力场随时问的变化情况,为有效解决由于蓄热式加热炉换向而带来的炉压波动等问题提供理论参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 蓄热式燃烧技术的产生及发展
• 1.2 蓄热式燃烧技术的原理及优势
• 1.3 蓄热式燃烧技术的研究现状及问题
• 1.4 国内外加热炉数值模拟研究现状
• 1.5 本研究工作的主要内容和意义
• 第2章 双蓄热式加热炉燃烧特性研究
• 2.1 加热炉数学模型的研究
• 2.1.1 湍流流动的基本控制方程
• 2.1.2 湍流输运模型
• 2.1.3 湍流燃烧模型
• 2.1.4 辐射换热模型
• x生成模型'>2.1.5 NO_x生成模型
• 2.2 计算区域与网格划分
• 2.3 数值计算模型和方法
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 数学模型的确定
• 2.3.3 求解方法
• 2.3.4 边界条件
• 2.4 计算结果及分析
• 2.4.1 轴面温度与速度矢量分布
• 2.4.2 模拟结果验证
• 2.4.3 气流绝对速度对炉内燃烧过程的影响
• 2.4.4 气流相对速度对炉内燃烧过程的影响
• 2.4.5 喷口角度对炉内燃烧过程的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 双蓄热式加热炉存在问题剖析与诊断
• 3.1 热工测试目的
• 3.2 热工测试方法
• 3.2.1 燃料
• 3.2.2 烟气
• 3.2.3 钢坯
• 3.2.4 炉膛温度和压力
• 3.2.5 氧化烧损
• 3.3 热工测试结果
• 3.3.1 测试结果
• 3.3.2 热平衡编制
• 3.3.3 主要技术指标
• 3.4 测试结果分析
• 3.4.1 热平衡分析
• 3.4.2 技术指标分析
• 3.4.3 关键问题分析——炉压问题
• 3.5 本章小结
• 第4章 双蓄热式加热炉优化设计研究
• 4.1 蓄热炉关键部分优化设计
• 4.1.1 烧嘴喷口优化设计
• 4.1.2 蓄热室优化设计
• 4.2 加热炉热工计算模块的实现
• 4.2.1 程序编制原则
• 4.2.2 热工计算结果
• 4.3 加热炉优化设计技术措施
• 4.3.1 结构设计分析
• 4.3.2 加热炉问题汇总
• 4.3.3 主要技术措施
• 4.4 加热炉优化设计总体方案
• 4.4.1 炉型、炉温制度及供热方式
• 4.4.2 炉体结构及主要尺寸
• 4.4.3 蓄热式燃烧系统
• 4.4.4 供风系统
• 4.4.5 煤气系统
• 4.4.6 排烟系统
• 4.4.7 吹扫放散系统
• 4.4.8 水冷系统
• 4.5 本章小结
• 第5章 加热炉的数值模拟及参数优化研究
• 5.1 加热炉热工特性优化分析
• 5.1.1 炉内温度分布的影响因素分析
• 5.1.2 正交优化实验
• 5.1.3 优化结果分析
• 5.2 加热炉计算区域与网格划分
• 5.2.1 计算区域的确定
• 5.2.2 网格划分
• 5.3 加热炉数值计算模型和方法
• 5.3.1 基本假设
• 5.3.2 数学模型的确定
• 5.3.3 求解方法
• 5.3.4 边界条件
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 炉内温度分布特征
• 5.4.2 炉内流场特征
• x的排放'>5.4.3 NO_x的排放
• 5.5 换向过程对炉内热工参数的影响
• 5.5.1 炉内流场变化特征
• 5.5.2 炉内温度场变化特征
• 5.5.3 炉内压力场变化特征
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文