蓄热式轧钢加热炉热工特性及节能降耗研究

摘要

轧钢加热炉是钢铁生产过程中的重要设备之一，也是轧钢工序的主要耗能设备，提高加热炉热效率、降低单位产品能耗、减少污染物排放，对钢铁企业的节能降耗、可持续发展具有积极作用。近年来，蓄热式加热炉经过不断的发展进步，各项性能指标优良，与传统加热炉相比，排烟温度低、炉子热效高，并且可使用单一高炉煤气进行燃烧，烟气中NOx含量低，炉温均匀稳定、加热质量好，所以蓄热式轧钢加热炉得到了钢铁企业的广泛应用。因此，研究蓄热式轧钢加热炉的热工特性，挖掘其节能潜力、提高其能源利用效率，对钢铁企业实现节能降耗具有重要实际意义。
　　本论文在分析了蓄热式加热炉炉内的综合换热过程的基础上，根据辐射传热的相关理论，研究了黑体强化炉内辐射换热技术的节能原理；借助ANSYS软件包中的ICEM-CFD和Fluent软件，建立了蓄热式加热炉黑体强化炉内热交换的三维几何模型，选用k??湍流模型、涡耗散模型、P-1模型以及快速型、热力型NOx生成模型，分别进行了黑体强化加热炉与无黑体强化加热炉炉膛温度场的数值模拟；通过分析黑体强化炉内辐射换热过程、温度场分布状况及强化效果，在实际加热炉内设计并安装黑体元件，强化炉内辐射传热；通过对蓄热式加热炉热平衡测算，分析了炉内黑体元件的安装对其热工性能及相关能耗指标的影响。
　　结果表明：蓄热式加热炉炉内炉墙、炉顶壁面安装黑体元件，具有强化炉内辐射换热的能力，不仅节能降耗而且能够延长炉衬寿命、提高钢坯加热质量；黑体元件不仅增大了炉体内表面积及黑度，壁面辐射换热率提高，炉内换热强度增大，而且使炉温分布更加均匀稳定，炉膛温度略有升高且在中部保持稳定，有利于减少钢坯的温差和加热缺陷；加热炉安装黑体元件与未安装相比，炉体外表面温度降低了2~5℃，炉体散热减少11.43％；加热炉钢坯的燃料消耗量降低8.3%，热效率提高6.3%，产量提高11.4%，实现约8.2%的节能率。

目录

1 绪论

1.1钢铁生产及轧制能耗概况

1.2蓄热式加热炉概述

1.3黑体强化辐射换热技术的提出与应用

1.4研究的主要内容及意义

2 蓄热式加热炉强化炉内辐射换热的分析

2.1热辐射的概念及规律

2.2加热炉炉内辐射换热过程分析

2.3黑体强化炉内辐射换热技术的原理与特点

2.4本章小结

3 蓄热式加热炉炉温分布数值模拟

3.1数学模型

3.2加热炉物理模型与网格划分

3.3加热炉模拟的计算设置

3.4加热炉温度场模拟结果分析

3.5 本章小结

4 蓄热式加热炉热平衡测算

4.1热平衡测试算方案

4.2热平衡测试结果

4.3热平衡结果分析

4.4本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文