蓄热式燃烧技术在高炉热风系统上的应用

摘要

高炉热风炉是高炉炼铁过程中重要的设备之一，提高热风炉送风风温对降低焦比，提高冶炼强度具有重要的意义。本文首先推导了直角坐标、圆柱坐标以及极坐标三种坐标系的有限容积法离散方程系数，然后以本溪钢铁集团公司炼铁厂五号高炉热风炉为研究对象，以能量平衡方程为基础，采用有限容积法为基本手段，建立了高炉热风炉二维传热数学模型。在模型建立完毕后对热风炉组的操作制度进行了研究，研究表明，交错并联送风制度明显优于单炉送风及并联送风制度。
　　为了实现高炉热风炉所用的燃料与空气的双预热，本文提出了一种新的预热设备——蓄热式换热器。新型的换热设备实现了高温空气燃烧技术与传统的换热方法结合，为了研究该换热设备的工作过程，建立了相应的数学模型。通过模拟，从不同的角度分析了混风、换向、换热面积等参数及制度对换热过程的影响，并将此模型作为“虚拟设备”应用于高炉热风炉传热模型，与其他双预热方案进行了比较。结果表明，蓄热式换热器作为一种新的换热设备，与传统设备相比具有较大的优势，能够显著地提高高炉热风炉的送风温度，具有潜在的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 高温空气燃烧技术

1．2．1 高温空气燃烧技术的原理

1．2．2 高温空气燃烧技术的特点

1．2．3 高温空气燃烧技术的发展

1．3 高炉热风炉文献综述

1．3．1 蓄热式热风炉的结构

1．3．2 国外热风炉的特点及发展过程

1．3．3 我国热风炉的技术现状

1．3．4 热风炉新技术及应用

1．4 主要研究内容

第2章 数学模型建立求解的有限容积法

2．1 传热问题控制方程的类型

2．2 控制方程求解的基本方法

2．2．1 有限差分法(FDM)

2．2．2 有限元法(FEM)

2．2．3 有限分析法(FAM)

2．3 控制方程求解的有限容积法

2．3．1 空间区域的离散化

2．3．2 控制容积积分法

2．3．3 型线对离散方程格式的影响

2．5 不同坐标系下二维方程的全隐离散格式

2．5．1 直角坐标系下的方程离散格式

2．5．2 圆柱坐标系下的方程离散格式

2．5．3 极坐标系下的方程离散格式

2．6 单值性条件及处理方法

2．6．1 单值性条件

2．6．2 附加源项法

第3章 蓄热式热风炉数学模型

3．1 蓄热室热交换的基本特点

3．2 燃料与燃烧静力学计算

3．2．1 煤气的理论燃烧温度

3．2．2 煤气的干湿成分计算

2．2．3 燃料低位发热量

3．2．4 其他参数的计算

2．2．5 烟气密度的计算方法

3．3 蓄热室传热控制方程及定解条件

3．3．1 传热基本方程

3．3．2 定解条件

3．4 控制方程的离散及求解

3．4．1 方程的离散

3．4．2 综合传热系数的确定

3．4．3 对流热交换系数的确定

3．4．4 辐射换热系数的确定

3．4．5 数学模型的求解

3．4．6 蓄热体的零维导热及二维导热模型

3．5 主要计算结果

3．5．1 原始计算数据

3．5．2 主要计算结果

3．6 热风炉系统热效率的确定

3．7 热风炉的操作制度

3．7．1 周期时间的参数计算

3．7．2 热风炉内气体流量计算

3．7．3 热风炉操作参数计算的相关结果

3．7．4 热风炉的燃烧操作制度

第4章 蓄热式换热器

4．1 高炉热风炉双预热方案概述

4．1．1 高炉热风炉的双预热技术

4．1．2 自身预热技术

4．1．3 附加燃烧炉的双预热技术

4．1．4 顶燃球式预热炉技术

4．1．5 蓄热式换热器

4．2 蓄热式换热器传热计算的工程计算方法

4．2．1 换热器的烟气出口温度

4．2．2 计算换热器的热交换面积

4．2．3 对数平均温差的计算

4．2．4 综合传热系数的确定

4．2．5 换热器出口工质温度的校核

4．3 蓄热式换热器的简化数学模型

4．3．1 模型假设

4．3．2 模型的建立

4．4 小球蓄热室数学模型

4．4．1 模型方程的建立

4．4．2 方程的离散

4．5 蓄热式换热器的计算结果及一些问题的讨论

4．5．1 蓄热式换热器主要计算结果

4．5．2 混风对换热器性能的影响

4．5．3 换向时间的影响

4．5．4 各段换热面积的影响

4．5．5 各段燃料供应量对换热效果的影响

4．6 蓄热式换热方案与其他方案的比较

4．6．1 串联—并联方案与串联—串联方案的比较

4．6．2 蓄热式换热方案与废气双预热方案的比较

4．6．3 蓄热式换热方案与附加燃烧炉双预热方案的比较

第5章 结论

参考文献

致谢