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1、优化热风炉燃烧技术,2010年9月1日,1.引言 2.热风炉燃烧目前存在问题 3.热风炉燃烧方式的改进 4.济钢改造指标对比,目 录,高风温技术是现代高炉炼铁生产中的一项重要技术，随着高炉冶炼技术的不断发展,高炉的风温也不断提高。在追求生产低成本的今天，进一步提高风温已经成为高炉生产降耗的一项重要手段，高风温技术的开发与应用越显示出其重要性和必要性。 由于缺乏经济实用的验证手段，在热风炉设计中，容易简单对热风炉的结构扩大或缩小，引起诸多问题。因此，有必要对日照公司热风炉设计进行优化，把问题消化在设计阶段。 我们曾对安阳钢铁公司热风炉进行过技术诊断，解决了困绕他们多年的难题。,1.引言,2021
2、/5/14,4,2. 热风炉炉型优缺点,目前热风炉类型主要有霍格文内燃式、ZSD顶燃式、卡卢金顶燃式、金信合达式、蜗壳式热风炉等。由于它们结构形式、建造时间和采用的技术不一样,它们的风温也各不相同。,影响热风温度的几个因素,其中，燃烧器结构是影响风温和炉体寿命的最大因素。所以多年来，技术人员致力于燃烧器结构的研究，通过改造燃烧器的结构来提高风温和延长热风炉的使用寿命。,燃烧器结构,冷风分配,格子砖蓄热能力,2021/5/14,7,2.1 ZSD（张思德）式热风炉,从ZSD式热风炉的速度分析， ZSD式热风炉高温烟气以较强的旋涡沿炉壁下行，对炉壁造成一定的冲击；而炉体中心气流较小，甚至回流，这种
3、流动影响了蓄热室的热效率，进而影响送风温度。这是造成济钢ZSD式热风炉炉皮经常开裂的原因。,2021/5/14,8,2.2 霍戈文式热风炉,从气流速度场可以看出该热风炉内气体流动特点：空气与煤气混合后以较大流速冲入眼睛型燃烧室。由于压力原因，在两个眼角处各产生一个很大的回流（高1.68m），回流基本呈对称分布。在回流之上的燃烧室内，气流平行向上运动。,回流区的大小决定了燃烧器的震动频率。因为燃烧是一个剧烈放热的氧化反应过程， 在回流区，高温气体燃烧放热，突然膨胀，气压也相应地突然增大，高压区向燃烧器出口快速移动，此时压力的突然释放造成燃烧器震动，回流越大，频率越低，对炉体造成的破坏越严重（安阳
4、钢铁公司）。,2021/5/14,9,2.3 金信合达式热风炉,此为金信-合达7排烧嘴热风炉CO质量分数分布，从图上看出，煤气一直到达格子砖上部，这样火焰直接烧到格子砖，对格子砖寿命严重影响，另外，未燃尽的煤气进入烟气，对环境造成污染。,从上面几种类型热风炉看出：,ZSD式热风炉流场分布不合理，导致炉皮经常开裂，降低了炉子寿命，并存在安全隐患。,霍戈文式热风炉经常产生暴动原因就是燃烧器附近存在较大回流区造成的。,金信-合达7排烧嘴热风炉火焰太长，影响了格子砖寿命，并降低了热效率。,3. 卡卢金式热风炉优点,燃烧室烧嘴处气流分布,燃烧室烟气流动情况,因为烧嘴结构设计，煤气和空气以一定角度喷入燃烧
5、室，整个燃烧室流场为旋流。这种旋流使煤气和空气良好的混合，充分燃烧。炉内高温烟气沿炉子中心向下流动，中心气流远大于边缘气流，在格子砖上部呈扇型展开，保证了进入格子砖的气流的均匀性。,卡卢金热风炉燃烧室上部为低温区，下部为高温区。这是由于上部空间的气体主要是高炉煤气，没有燃烧现象发生；空气和煤气混合后燃烧部位集中在燃烧室颈口及以下部分。这样的温度分布既保护了炉顶，又提高了热效率。,2021/5/14,14,燃烧室轴截面CO分布,燃烧室轴截面O2分布,在进入格子砖处CO质量分数接近于零，说明完全燃烧，避免了煤气在进入蓄热室后继续燃烧而造成格子砖渣化现象。燃烧时O2在炉壁处浓度较高，说明炉壁受到保护
6、，减轻了高温CO对炉壁耐火材料的侵蚀。这也是卡卢金热风炉寿命较长的原因之一。,卡卢金热风炉特点：, 煤气与空气以旋流方式进入燃烧室，燃烧部位在颈口以下， 提高了热效率并保护了炉顶。, 煤气完全燃烧。, 进入蓄热室的高温烟气分布比较均匀。, 保护炉壁免受高温CO侵蚀，提高炉体寿命。,4、济钢仿卡卢金热风炉 改造及优化,济钢第一炼铁厂2#高炉热风炉原为霍戈文内燃式热风炉，风温一直上不去。在2005年2#高炉6#热风炉改造中，对燃烧室结构进行了仿卡卢金技术设计，并对原设计进行了结构优化。,煤气进口,空气进口,计算工况,1、原设计空煤1617mm,2、空气上移385mm,3、煤气下移385mm,温度模
7、拟计算结果对照如下 ：,原设计,空气烧嘴上移,煤气烧嘴下移,从温度结果看出，烧嘴越靠近，高温区越靠上，即燃烧区域越靠上，这样保证了煤气能够充分燃烧，提高热效率。,烟气流动模拟计算结果对照如下 ：,原设计,空气烧嘴上移,煤气烧嘴下移,从流场分布结果看出，煤空气烧嘴越靠近，进入格子砖的烟气流越均匀 ，热风炉的热效率越高，供风期间风温越稳定。,CO质量分数模拟计算结果对照如下 ：,原设计,空气烧嘴上移,煤气烧嘴下移,分析CO质量分数。原设计CO不能充分燃烧，有部分CO进入格子砖，引起格子砖渣化，顶部CO含量较高；烧嘴靠近后，CO燃烧完全，拱顶CO平均含量较低。,比较原设计与优化后结果，发现烧嘴靠近的第三种情况燃烧比较充分；燃烧的区域靠上，保护格子砖，延长格子砖寿命；炉子拱顶CO成分低，防止送风时爆顶。,根据优化结果，在2006年5月2#350m3高炉6#热风炉改造中 ，应用了第三种设计，风温较改造前提高55，带来较大的经济效益。,该项目荣获济钢科技进步一等奖。获得国家发明专利（见下页）。,仿真技术与工艺设计相结合,对热风炉内流场和温度场进行研究，可以对各种设计参数的合理性进行验证，优化热炉风炉型。 同时避免仅简单对热风炉进行扩大或缩小而带来的不确定性。,谢 谢！,