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蓄热式连续加热炉内气体流动及热工制度的研究

谢国威  
【摘要】:高温蓄热燃烧(High Temperature Air Combustion)是上个世纪90年代兴起的高效燃烧技术。它在加热炉上的应用——蓄热式连续加热炉通过蓄热室高效回收烟气显热,使燃用纯高炉煤气的加热炉在我国中小型钢铁企业得到快速发展,取得了降低加热炉燃耗、减少高炉煤气放散的双重效果。近些年来,随着加热炉燃料种类、空气和煤气预热方式的改变以及单炉加热能力的增加,蓄热式连续加热炉的节能效果及其在大型钢铁联合企业的应用受到影响。为了解决部分蓄热式加热炉烟气与被预热气体水当量不等,炉膛压力大且波动频繁,蓄热室蓄热能力不足等问题,论文开展了蓄热式连续加热炉内气体流动规律及热工制度的研究,开发带有副烟道的蓄热—换热式联用加热炉的炉型结构。 1.研究了沿炉气流动方向上的炉膛压力制度,换向瞬间的炉压波动及炉门逸气、吸风等问题,并进行了实验验证,得到炉内气体流动的基本规律及其影响因素。结果表明,气体流量、炉气出口抽力、换向方式是影响蓄热式连续加热炉炉膛压力分布的主要因素。加热炉结构参数一定时,气体流量减小使沿炉气流动方向的炉膛压力降低且前后压差减小;增大炉气出口抽力,炉膛压力水平降低但不影响压力分布;采用分散换向较集中换向炉压分布均匀。炉气入口面积与炉膛纵截面积比、副烟道面积的大小是影响蓄热式连续加热炉炉膛压力的主要因素。加热炉操作参数一定时,增加炉气进口面积与炉膛纵截面积比,炉膛压力降低;增加副烟道面积同烧嘴进口面积之比,炉膛压力降低,设置副烟道将明显改善蓄热式连续加热炉的炉膛压力。蓄热式连续加热炉换向瞬间炉压波动的理论和实验研究表明,受蓄热式连续加热炉炉气进出口面积相等的制约,当炉子热负荷较小时,炉压波动可通过换向瞬间风机调节得以缓解;当热负荷较大时,炉压波动则难以避免。通过对炉门逸气、吸风现象的分析得知,单纯加大引风机抽力的方法不能避免炉门逸气、吸风的现象发生。 2.围绕蓄热室结构、操作参数与蓄热室热工指标之间的关系,研究了蓄热室传热特性,得到蓄热室传热的基本规律及其影响因素。结果表明,操作参数中气体流量对蓄热室传热特性影响较大,不改变蓄热室及蓄热体的结构尺寸,提高气体流量将导致蓄热室内气体预热温度降低、烟气排烟温度上升以及蓄热室热效率下降;结构参数中蓄热室高度对蓄热室传热特性影响较大,当流过蓄热室的气体流量不变时,增加蓄热室高度虽然使流过蓄热室后气体预热温度上升、烟气排烟温度下降以及蓄热室热效率上升,但是由于蓄热室高度的增加将导致蓄热室内阻力的增加,进而使烧嘴前气体压力减小,加热炉动力消耗增加且影响炉内燃烧效果。 3.提出了蓄热—换热式联用加热炉的炉型结构,讨论了蓄热—换热式联用加热炉的两种供热制度,即蓄热式烧嘴紧临出料端、换热式烧嘴紧临进料端,蓄热式烧嘴紧临进料端、换热式烧嘴紧临出料端。运用热价值理论,应用净热价值方程对两种供热制度进行分析,结果表明蓄热式烧嘴紧临进料端、换热式烧嘴紧临出料端的供热制度的热价值较大,热能利用较合理。 4.给出了鞍钢轧钢加热炉系统中长期改造规划,规划后加热炉炉群包括蓄热—换热式联用加热炉、蓄热式连续加热炉以及换热式连续加热炉三种炉型。针对鞍钢1780生产线1#换热式连续加热炉进行蓄热—换热式联用加热炉改造设计,采用蓄热式烧嘴紧临进料端、换热式烧嘴紧临出料端的供热制度,设计后加热炉的单位热耗由1.45GJ/t降为1.22GJ/t,动力消耗由0.014GJ/t变为0.033GJ/t,综合节能14.7%。


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