高炉煤气双预热蓄热式环形加热炉冷态炉内流场及暂态特性

【摘要】： 针对将高炉煤气双预热蓄热式烧嘴应用于环形加热炉的全新设计,为了获得该炉型炉内流场、压力场等的稳态及暂态特性,本文以空气作为模拟介质,依据模化理论,试验研究使用蓄热式燃烧器的环形加热炉炉内流场结构、压力场稳态及暂态特性,天然气浓度分布模拟炉气铺展情况,并测量其速度分布,为该炉型的设计提供参考设计参数,为该炉型的设计、施工及可靠安全运行提供保证。 速度场测量的结果表明,从喷口喷出的气流在炉内形成了漩涡,流量越大,气流越容易到达对侧炉墙,从而被对侧抽风吸出。但发生抽吸现象并不是在正对的第一个喷口,依流量不同,为第二个到第三个不等。另外,对于三个不同的加热段,越靠近均热段的喷口喷出的气流越不容易被对侧的排烟排出,表明均热段所产生的烟气在后面的加热段基本被全部吸出,不能到达尾部烟道,而前加热段所产生的烟气,大部分在后面加热段吸出。因此,可以延长炉气在炉内的停留时间,不至于烟气一旦产生就被吸出的问题,这样有利于燃料在高温下充分燃烧。 从烟迹显示流型来看,环形炉炉内气流是按均热段、三加热段、二加热段等到炉尾这样一个顺时针方向流动的,气体主流速度逐渐变大,这样便于与低温的入炉钢坯形成很好的对流换热条件。因此这样的流动条件可以形成很好的逆流加热的炉内温度场。 从烧嘴口到排烟口的过程中,速度变化较大,煤气和空气不能充满喷口附近区域;距离烧嘴口越远的地方,截面上速度变化越平缓,波动越小;同时,在喷嘴口两侧附近都有一气流漩涡产生,漩涡处气体流速很小。炉膛主要工作区域速度分布比较均匀,有利于形成稳定均匀的温度场和压力场。 从天然气浓度分布模拟炉气铺展来看,第一加热段空煤气混合速度比第三加热段稍快,混合更均匀。天然气出口区域浓度要高一些。主流区浓度分布较均匀,空煤气混合比较好,有利于燃烧和在炉膛内形成稳定的温度场。而在靠近内环抽风口位置,天然气浓度较低,表明不会有大量的燃料进入蓄热室,在蓄热室内形成二次燃烧,造成燃料浪费和蓄热体损坏。由于上游来流的影响而冲淡了燃气浓度,下游加热段的烧嘴远端燃料浓度较低,可能会对火焰组织不利,该问题可以通过增加下游加热段烧嘴的刚性来解决该问题。 【关键词】：双预热蓄热式烧嘴 流场测试 压力暂态特性 冷态模拟 控制策略
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TF572
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题意义10-11
• 1.2 国内外现状综述11-17
• 1.2.1 蓄热燃烧技术的基本原理11-14
• 1.2.2 蓄热燃烧技术与环形加热炉14-17
• 1.3 问题的提出和主要研究内容17-20
• 1.3.1 本文主要研究内容17-20
• 2 试验模型及理论基础20-26
• 2.1 试验模型的模化20
• 2.2 保证相似性的适用技术20-22
• 2.2.1 几何相似20-21
• 2.2.2 物理条件相似21
• 2.2.3 关于边界条件及初始条件相似21-22
• 2.3 相似模型法的要点22-23
• 2.3.1 模型尺寸的确定22
• 2.3.2 模拟蓄热式烧嘴总空气量及其他参数计算22
• 2.3.3 模型介质及材料的选择22-23
• 2.3.4 关于定性参数23
• 2.4 模型总体设计23-26
• 3 试验设备及试验方法26-34
• 3.1 模型设计与各部分具体结构26-27
• 3.2 各个试验设备及参数范围27-29
• 3.2.1 实验硬件设备及参数范围27
• 3.3.2 软件系统27-29
• 3.2.3 实验测量仪器29
• 3.3 实验方法29
• 3.4 控制系统组成及软件组态29-30
• 3.5 模型调试及流量调平30-33
• 3.5.1 流量调平方案设定30
• 3.5.2 流量调平的结果与分析30-33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 压力波动测定及分析34-45
• 4.1 模型炉膛压力与原炉炉膛压力之间的换算关系34
• 4.2 不同工况下炉内各段间的压力波动34-38
• 4.3 烧嘴空煤气换向对炉内压力场的影响38-44
• 4.3.1 主要研究内容及试验方案38-39
• 4.3.2 试验结果及分析39-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 速度场的测定45-61
• 5.1 主要研究内容及试验方案的设计45
• 5.2 速度场的测定及分析45-52
• 5.2.1 试验方法及数据处理方法45-46
• 5.2.2 试验结果和分析46-52
• 5.3 各段流谱观察52-59
• 5.3.1 试验方法及数据处理方法的设计52-53
• 5.3.2 试验结果和分析53-59
• 5.4 本章小结59-61
• 6 浓度场模拟分析炉内烟气铺展度情况61-67
• 6.1 主要研究内容及试验方案的设计61
• 6.2 试验结果和分析61-65
• 6.2.1 第一加热段3 个断面的浓度场分布情况及分析62-64
• 6.2.2 第三加热段3 个断面的浓度场分布情况及分析64-65
• 6.3 本章小结65-67
• 7 蓄热式环形加热炉控制策略分析及结论67-70
• 7.1 炉压控制策略分析67
• 7.2 流动组织控制策略67-68
• 7.3 烧嘴燃烧组织控制策略68
• 7.4 总体结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录74

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