引射式钢包烘烤器的优化设计研究

摘要

本文结合引射式燃烧技术、钝体稳燃技术、高温空气燃烧技术和钢包烘烤技术设计了一种新型的引射式钢包烘烤器，该燃烧设备具有结构稳定性好、操作简单安全、燃烧效率高、无需风机助燃和适用于低热值煤气等优点。
　　本研究通过CFD数值模拟分析了结构参数和工况参数对引射式烧嘴引射性能和燃烧性能的影响，研究发现，当工况参数保持不变时，满足如下规律：随着钝体角度α的增大，引射系数呈不断增大趋势；当钝体角度α保持恒定时，钝体与燃气管道之间缝隙W的增大，造成钝体后部回火区的区域变大，火焰回流速度及传播速度也不断增大，而烧嘴的燃烧温度也明显升高；引射系数随燃烧管直径C的增大呈先增大后稳定的趋势，这主要是由于降低气体流动阻力造成的；燃气管插入深度A对燃气流量消耗及火焰速度无明显影响，而相应的引射系数随A的增加呈下降趋势，此外，烧嘴内的燃烧温度也逐渐减小。当结构参数保持不变时，影响规律如下：当燃气相对压力在2~7kPa之间时，燃气压力的增加对引射系数几乎无影响，却造成燃气流量及被引射空气流量的线性增加，两者增加的幅度基本保持一致，而当压力增大到15kPa和20kPa时引射系数明显减小；烧嘴的引射系数与燃气和被引射空气初始温度呈正相关关系，这主要是初始温度升高时，所需要的燃气流量不断减少，而分子活跃程度的加剧会造成被引射气体流量的不断增加，此外，初温升高还会相应提高烧嘴内气体燃烧温度；在相同工况条件下，三种典型可燃组分的引射系数满足：H2>CO>CH4，这主要是因为气体的导热系数越大，则燃烧反应速率及火焰传播速度越快，因此，在燃气中添加导热系数大的气体可增大烧嘴的引射性能。通过热平衡计算方法，得出引射式钢包烘烤器煤气消耗量为718Nm3/h。基于数值模拟结果优化设计了引射式烧嘴，并搭建了一套引射式钢包烘烤器系统。介绍了引射式钢包烘烤器在现场的试验研究，分析了原120t钢包烘烤器的使用情况和新型120t引射式钢包烘烤器的应用效果。通过测试得到：当4个测温点都达到1000℃时，引射式钢包烘烤器对钢包烘烤所用的时间比蓄热式钢包烘烤器大约少4个小时；对不同序号的钢包进行烘烤时，引射式钢包烘烤器每小时消耗的煤气量减少了约30%。

目录

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第一章 绪论

1.1我国钢铁工业的发展状况及能源消耗现状

1.2钢包烘烤技术的发展及应用

1.3引射式钢包烘烤技术

1.4引射式钢包烘烤器的工作原理及特点

1.5本文研究工作的主要内容和意义

第二章 引射式烧嘴的燃烧数值模拟

2.1 CFD技术及FLUENT软件简介

2.2 CFD数值模拟方法

2.3影响引射式烧嘴工作性能的因素

2.4结构参数对烧嘴的影响

2.5工况参数对引射式烧嘴的影响

2.6本章小结

第三章 引射式钢包烘烤器试验系统的设计

3.1设计指导思想

3.2热平衡的计算

3.3引射式钢包烘烤器系统的设计

3.4本章小结

第四章 引射式钢包烘烤器的试验应用和现场研究

4.1传统钢包烘烤装置存在的问题

4.2天津荣程炼钢厂钢包烘烤器的使用情况

4.3引射钢包烘烤器试验平台

4.4烘烤器操作流程

4.5测试结果及分析

4.6本章小结

第五章 结论和展望

5.1研究结论

5.2研究不足和展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及科研成果