混合煤气成分变化对加热炉内温度场影响的数值模拟研究 - 技术交流 - 中厚板,不锈钢中厚板,钢板,中厚板价格,中厚板规格,中厚板行业

返回首页 | 加入收藏中厚板网-中厚板权威资讯和信息咨询门户网站。 5秒注册会员登录

: 热门关键字:普碳中板、低合金板、锅炉容器板、高强度板、桥梁板

站内

您当前所在位置:

首页 > 新闻资讯 > 技术交流

混合煤气成分变化对加热炉内温度场影响的数值模拟研究

发布日期：2013/3/13 12:00:15 编辑：中厚板www.zhonghouban.cn 来源：www.zhonghouban.com

杨山玉1，阳艳2（1. 邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳 422004；2. 中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙 410083）摘要：以

杨山玉¹，阳艳²

（1. 邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳 422004；

2. 中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙 410083）

摘要：以燃用高炉、焦炉混合煤气的实验加热炉为研究对象，建立炉内二维稳态传热、流动及燃烧的数学模型，研究混合煤气成分变化对加热炉内温度场的影响，计算结果显示高炉煤气含量在一定范围内增加时，炉内温度水平和钢坯加热区温度均匀性逐渐降低。这些与华凌涟钢集团轧钢加热炉的实际情况基本一致。

关键词：加热炉；混合煤气；温度场；温度均匀性

中图分类号：TF062 文献标志码：A 文章编号：1002-1639(2008)05-0027-03

Numerical Simulation Research for the Effect of Variable Mixed Gas Compositions on Reheating FurnaceTemperature Field

YANG Shan-yu，YANG Yan

（1. Mechanism & Energy Engineering Dept.，Shaoyang College, Shaoyang 422004，China;

2. Energy Science & Engineering College, CSU, Changsha 410083, China）

Abstract: The experimental reheating furnace fueled by mixed gas is studied in the paper. Its 2d-steady mathematical model of heat transfer,flow and combustion is established to study on the effect of variable mixed gas compositions on the furnace temperature field. The results of numerical calculation show the temperature level lower in the reheating furnace and the temperature uniformity poorer in the region of slab reheated when the content of BFG increasing in certain heat value range，which basically fits the actually situation of steel rolling reheating furnace in Lian Yuan Steel Limited Company of Hua Ling group.

Key words: reheating furnace; mixed gas; temperature field; temperature uniformity

^3] ，无法根据燃料成分的变化及时调整燃料和助燃空气流量以控制炉内燃烧状态，因而研究混合煤气成分变化对加热炉内热状况的影响十分必要。

为了提高能源利用率，现代大型钢铁企业一般将焦炉煤气、高炉煤气按照一定的配比混合、加压之后作为加热设备的燃料。由于生产协调和生产工艺的限制，焦炉煤气、高炉煤气的产量和成分变化较大，因而混合之后的煤气热值变化较大，这给以混合煤气为主要燃料的加热设备的燃烧工况的控制带来了很大困难。轧钢加热炉是钢铁企业主要的加热设备之一，该设备以混合煤气为主要燃料，其后序轧制工艺对钢坯的温度均匀性有严格要求^[

本文以实验加热炉为研究对象，建立了二维稳态炉内传热、流动及燃烧的数学模型，研究燃用4 种不同成分的混合煤气的炉内温度分布情况。

1 研究对象与网格划分

以二维实验加热炉燃烧室为研究对象，实验炉结构（1 830mm × 1 830 mm × 1 352 mm）如图1 所示，在进行简化时，保持燃料和助燃空气通流面积不变。该实验炉原为测试燃气式燃烧器性能、加热钢坯两用炉，A 侧为活动式炉墙，可以方便更换燃烧器及调整燃烧器位置；B侧炉墙处留有火焰观察口；炉膛内设有蛇形冷却水管，根据工艺要求可以调节冷却水流量以控制炉温，另外还可以作为被加热钢坯的支撑结构；炉顶可以利用起重设备吊起，以方便在炉膛内部排放钢坯。炉墙上部外侧为钢板，中心为陶瓷耐火纤维；底部主要由轻质黏土砖堆砌而成，并在中心浇铸耐火材料以减少热损失。计算区域利用四边形网格进行划分，并对主燃烧区域进行网格加密，网格总数为13 432 个。

2 数学模型

3 计算工况

某钢铁企业焦炉和高炉煤气成分及其所占体积分数，如表2 所示。由表2 中不难发现，高炉煤气（BFG）主要由不可燃气体成分氮气组成，为低热值燃料；焦炉煤气（COG）主要由可燃气体成分氢气组成，为高热值燃料。钢铁企业为了提高燃料利用率，按照固定比例将高炉煤气和焦炉煤气进行混合作为轧钢加热炉的燃料，一般情况下高炉煤气所占比例高于焦炉煤气。但是，在实际工艺中，实际配比往往会偏离设计值，这与高炉煤气、焦炉煤气的流量、压力以及混合器的工作稳定性有关。为了研究混合煤气成分变化对燃气式轧钢加热炉炉温的影响，现设定4 组计算工况，如表3 所示。另外，根据煤气成分、煤气流量及过量空气系数计算各工况助燃空气流量，其中煤气流量和过量空气系数不变。

表2 高炉煤气和焦炉煤气成分

	CO	H₂	CH₄	CO₂	N₂	O₂	C_nH_m
BFG COG	0.260 0.060	0.026 0.570	0.004 0.260	0.140 0.0025	0.570 0.048	0.007	0.030

4 计算结果与分析

1）平均温度

如图2 所示，根据计算结果炉内温度场云图发现，随着低热值高炉煤气在混合煤气所占比例的增大，最高温度减小，高温区逐渐减小。各工况下平均温度值如图3 所示，炉气的平均温度也有所降低，其中工况1 平均温度为1260.586 K，而工况4 为1186.849 K 减小了5.85%。这主要是因为可燃气体成分随着BFG/COG配比的增大而减少，相应热值减小。根据燃烧学知识7 可知，热值较低的燃料与热值较高的燃料相比，其理论燃烧温度较低，在其他热工参数不变时，加热炉内温度亦较低。事实上，影响燃烧温度的因素除燃料热值以外，还有空气消耗系数、燃料和空气的预热温度等。因此，当混合煤气的热值降低时，可以适当调整空气消耗系数和助燃空气的预热温度以提高炉温使之达到工艺要求。

2）温度均匀性

在炉内高温区减小的同时，炉内温度均匀性也发生了显著的变化，为了定量分析温度均匀性的变化程度，现定义一无量纲量——温度均匀数，其值越大，温度均匀性越差，其计算公式为

式中： R为温度均匀数；T_i为计算节点温度；为计算区域温度平均值； n为计算区域网格总数。

根据式（11），对于钢坯的主要加热区域，计算炉膛中部区域各工况温度的均匀度。计算结果如表4 所示，随高炉煤气所占比例的增加，工况1、工况2、工况3 的主要钢坯加热区域温度均匀数递增，这说明，当燃料热值在降低时，温度均匀性将逐渐降低；而工况4 中温度均匀数计算值比工况3 稍小，结合温度场云图（图2）和炉气平均温度（图3）可知，因工况4 燃料热值较低所引起的低温热流已逐渐扩散至整个温度场，使得整个炉温均降低，这反而使得工况4 的温度均匀性有所提高。综合以上分析可知，当加热炉所用燃料的热值在一定范围内减小时，炉内温度分布将逐渐趋于不均匀；当燃料热值减小较多时，炉内温度均匀性虽略有改善，但炉温明显降低，这对钢坯后续轧制过程极为不利。这些计算结果和分析与华凌涟钢集团轧钢加热炉的实际情况是基本一致的。而且华凌衡钢集团轧钢加热炉使用高炉煤气、天然气的混合气也同样能进行试验分析。

表4 各工况温度均匀数

	工况1	工况2	工况3	工况4
温度均匀数	2645	2701	2701	2727

5 结论与建议

（1）通过利用高炉、焦炉煤气不同配比以模拟混合煤气成分变化对炉温的影响，数值计算结果表明：混合煤气中高炉煤气所占比例越大，其热值越低，加热炉内温度越低。可以适当调整空气消耗系数或助燃空气的预热温度以使炉温达到工艺要求。

（2）利用各计算节点温度值，并定义一无量纲数——温度均匀数，定量计算了温度均匀性，计算结果显示：当加热炉所用燃料的热值在一定范围内减小时，炉内温度均匀性降低；当燃料热值减小较多时，炉内温度均匀性虽略有改善，但炉温明显降低，这对钢坯后续轧制过程极为不利。因此，对于燃料成分不稳定的加热炉，应当安装在线热值监测或相应成分监测仪表，以便及时调整燃烧工况，使钢坯温度均匀性达到后序工艺的要求。

参考文献：

[1]刘光穆, 郑柏平, 陈建新, 等. 薄板坯连铸连轧工艺与产品质量[J]. 中南大学学报：自然科学版, 2004,35（5）: 763-768.

[2]程强, 周怀春, 娄春, 等. 工业炉三维温度场可视化试验研究[J]. 工业加热, 2005,34（1）: 19-23.

[3]贺新华. 高、焦炉煤气直接混合燃烧技术[J]. 烧结球团,2005,30（3）: 35-38.

[4]范维澄, 万跃鹏. 流动及燃烧的模型与计算[M]. 合肥: 中国科技大学出版社, 1992: 33-35.

[5]赵坚行. 燃烧的数值模拟[M]. 北京: 科学出版社, 2002: 51-52.

[6]穆勇. 等离子点火器三维燃烧流场数值模拟[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学, 2005：31-32.

[7]韩昭沧. 燃料与燃烧[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2004: 46-49.

^1-2] 。国内大多数钢铁企业并未在轧钢加热炉燃料系统中安装热值分析仪^[

分享到：

[加入收藏] [打印本文] [关闭窗口] [返回顶部]

上一篇：市场利好消息偏多钢厂调价短期将上调

下一篇：钢铁业调整产能迫在眉睫

相关新闻

中厚板网免责声明 zhonghouban.com

1、	本网所刊转的与中厚板相关的信息和专题旨在传递更多行业信息之目的,版权均归著作权人或页面内声明的版权人所有。本站对中厚板网上刊登之所有信息不声明或保证其内容之正确性或可靠性,您于此接受并承认信赖任何信息所生之风险应自行承担。
2、	为避免纠纷,未经书面协议授权,谢绝其他网站等有关信息服务企业予以转载使用。如果其他媒体、网站或个人转载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负法律责任
3、	此外，在中国著作权法等有关法律规定允许的范围内，本网站由部分信息是从内容合作方、免费资源提供方转载、摘编获得的.在摘编网上稿件是，由于网络的特殊性，无法及时确认稿件作者并与作者取得联系。如果您发现本网站使用了您拥有著作权的作品并对我们的编辑方式有异议，请向我们提供您的身份证明及您对该作品拥有相关著作权的有关文件，我们会尽快根据中国相关法律妥善处理

热点播报

1		日期:03-21
		邓崎琳：钢铁行业仍处于生死存亡的危
	近日，在全国“两会”召开之际，全国人大代表...[详情]

更多

行业动态