霍戈文内燃式热风炉燃烧与振动特性研究

摘要

随着高炉冶炼强度的提高，要求热风炉强化燃烧，由于设计热风炉时未考虑到强化燃烧的需求，因此在高炉强化冶炼时热风炉出现振动问题。目前国内外对热风炉振动研究尚少，对热风炉内的气体运动、燃烧过程和振动三者之间的关系认识不够明确，因而有必要研究热风炉内气体运动、燃烧过程和振动特性，为热风炉的设计和操作提供理论支撑。
　　以某钢铁厂的霍戈文内燃式热风炉为研究对象。首先，对该厂的热风炉振动特性进行了现场测试；然后通过CFD仿真，分析了燃烧室内的气体流动与燃烧过程；对燃烧室内的压力与温度波动进行瞬态计算，通过FFT分析，探讨了燃烧室内温度与压力波动的频谱，并与热风炉振动特性进行对比分析。在此基础上研究了热风炉煤气喷口尺寸、空气喷口倾角、空气两侧流量分配等因素对燃烧与振动的影响。通过研究，基本弄清了热风炉燃烧室内的气体运动、燃烧过程和热风炉振动三者之间的关系，得出的主要结论如下：
　　①现场振动测试表明：热风炉振动主要是燃烧引起的；炉体和平台振动的最大振幅对应频率集中在20Hz以内。
　　②在燃烧室底部靠近壁面位置有一个低速回流区，该回流区促进了空气和煤气的混合，有利于火焰的稳定；空气环道的高度决定了环道内流速的均匀性及喷嘴出口速度分布的均匀性。
　　③在燃烧室沿高度的各个断面的温分布规律相似，但在沿高度方向上温度值差异较大，在燃烧室不同高度断面上均存在CO，说明燃烧室内燃烧不充分，在高度方向Z=10m断面CO的质量百分数为2.5％，因此该燃烧器的燃烧效率较低。
　　④压力波动峰值对应的频率集中在10-15Hz之间，压力波动峰值频率与实测热风炉炉体振动频率相吻合，说明燃烧室内燃烧过程中压力波动是诱发热风炉炉体振动的主要原因。
　　⑤热风炉负荷、煤气喷口、空气喷口倾角、空气两侧流量分配等因素对燃烧过程影响不明显，但压力波动振幅增加较大。增加热风炉负荷、减小煤气喷口尺寸均使压力波动振幅增加较大；随着倾角α的增大，压力波动振幅加大，当倾角α=60°时峰值振幅为α=55°时的十倍；空气两侧流量分配越不均匀，压力波动振幅越大。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 内燃式热风炉简介

1.3 内燃式热风炉燃烧振动现象

1.4 燃烧振动的国内外研究现状

1.5 课题研究的目的与内容

2 热风炉振动的现场测试

2.1 实验仪器

2.2 实验原理

2.3 二号热风炉振动测试

2.4 三号热风炉振动测试

2.5 小结

3 内燃式热风炉燃烧室内气体流动和燃烧过程数值模拟

3.1 数值模拟控制方程的组建

3.2 模型的选择

3.3 几何建模及网格划分

3.4 边界条件和基本假设

3.5 数值求解方法流程图

3.6 数值模拟结果分析

3.7 小结

4 内燃式热风炉振动特性数值模拟

4.1 快速傅里叶变换

4.2 边界条件

4.3 数值模拟结果分析

4.4 小结

5 内燃式热风炉燃烧及振动特性的影响因素

5.1 煤气喷口尺寸的影响

5.2 空气烧嘴倾角α的影响

5.3 空气两侧流量分配的影响

5.4 小结

6 结 论

致谢

参考文献