第5期 陈杉杉等：基于数值模拟的热风炉燃烧模型 ·629· 降低：(3)当空燃比在0.56~0.60时拱顶温度急 2.2操作参数对燃烧效率的影响 剧上升，当空燃比超过0.60时拱顶温度基本保 根据模拟输出结果，将计算烟气中C0质量分 持不变 数绘制成折线图如图2所示 0.045 0.045 a 刻0.040 一折线…回归线 0.040 一折线…回归线 $0.035 .00 $0.035 营090 80.025 80.025 a0m0 .020 0.015 章0015 0.01 0.010 673 773 873 973 60000 66000740008000088000 空气预热温度K 煤气流量/(m.h) 0.045r 0.045 (c) d -折线…回归线 者6 +一折线回归线 响 0.030 0.030 80.025 8 0.025 0.020 0.015 0.015 0.010 0.010t 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.17 0.190.210.23 0.25 空燃比 煤气中C0质量分数 图2烟气中C0质量分数与操作参数的关系.(a)空气预热温度：(b)煤气流量：(c)空燃比：(d)煤气中C0质量分数 Fig.2 Relationships between the mass fraction of CO in flue gas and operating parameters:(a)preheated air temperature:(b)BF gas flow:(c) air-fuel ratio:(d)mass fraction of CO in BF gas 烟气中C0质量分数反映热风炉的燃烧效率， 3.1拱顶温度回归方程 质量分数越小，燃烧效率越高.归纳总结热风炉操 根据仿真结果的分析，由于四个自变量与拱顶 作参数对燃烧效率的影响规律如下：(1)空气预热 温度的关系比较复杂，需要根据其变化趋势的特点 温度对燃烧效率没有影响：(2)煤气流量和燃烧效 分别作非线性回归，其回归曲线如图1中虚线所示， 率呈二次曲线关系，并在74000m3·h1左右时燃烧 求得拱顶温度方程为 效率最高：(3)空燃比和煤气热值与燃烧效率呈线 性关系，燃烧效率随空燃比的增加而减小，随煤气的 =(ay)+(a+ 增加而增加 3拱顶温度及燃烧效率回归模型 ()+(以)+B (4) 热风炉拱顶温度以及燃烧效率作为因变量Φ， 3.2燃烧效率回归方程 四个自变量分别为空气预热温度、煤气流量、空燃比 由于空气预热温度对燃烧效率没有影响，因此 和煤气成分，表示为x,则燃烧模型控制方程为 在燃烧效率方程中将该自变量去除，其回归曲线如 图2中虚线所示，公式表达为 =(a)+(言)+ +a3x3+ax+B (5) (三aw)+(三d)+B (3) 4燃烧模型验证及分析 式中：a为系数；x:中i=1,2,3,4,分别为空气预热 4.1 经验公式、拱顶温度模型以及实际值对比 温度、煤气流量、空然比以及煤气成分根据回归方 迁安首钢2号高炉热风炉一个燃烧期的操作参 程确定；B为常数项 数如表2所示第 5 期 陈杉杉等: 基于数值模拟的热风炉燃烧模型 降低; ( 3) 当空燃比在 0. 56 ～ 0. 60 时拱顶温度急 剧上升，当 空 燃 比 超 过 0. 60 时 拱 顶 温 度 基 本 保 持不变． 2. 2 操作参数对燃烧效率的影响 根据模拟输出结果，将计算烟气中 CO 质量分 数绘制成折线图如图 2 所示． 图 2 烟气中 CO 质量分数与操作参数的关系． ( a) 空气预热温度; ( b) 煤气流量; ( c) 空燃比; ( d) 煤气中 CO 质量分数 Fig． 2 Relationships between the mass fraction of CO in flue gas and operating parameters: ( a) preheated air temperature; ( b) BF gas flow; ( c) air-fuel ratio; ( d) mass fraction of CO in BF gas 烟气中 CO 质量分数反映热风炉的燃烧效率， 质量分数越小，燃烧效率越高． 归纳总结热风炉操 作参数对燃烧效率的影响规律如下: ( 1) 空气预热 温度对燃烧效率没有影响; ( 2) 煤气流量和燃烧效 率呈二次曲线关系，并在 74 000 m3 ·h － 1 左右时燃烧 效率最高; ( 3) 空燃比和煤气热值与燃烧效率呈线 性关系，燃烧效率随空燃比的增加而减小，随煤气的 增加而增加． 3 拱顶温度及燃烧效率回归模型 热风炉拱顶温度以及燃烧效率作为因变量 Ф， 四个自变量分别为空气预热温度、煤气流量、空燃比 和煤气成分，表示为 xi，则燃烧模型控制方程为 Φ = ( ∑ n1 j = 1 a1j xj 1 ) + ( ∑ n2 j = 1 a2j xj 2 ) ( + ∑ n3 j = 1 a3j xj 3 ) + ( ∑ n4 j = 1 a4j xj 4 ) + B ( 3) 式中: aij为系数; xi 中 i = 1，2，3，4，分别为空气预热 温度、煤气流量、空然比以及煤气成分; j 根据回归方 程确定; B 为常数项． 3. 1 拱顶温度回归方程 根据仿真结果的分析，由于四个自变量与拱顶 温度的关系比较复杂，需要根据其变化趋势的特点 分别作非线性回归，其回归曲线如图 1 中虚线所示， 求得拱顶温度方程为 T = ( ∑ 3 j = 1 a1j xj 1 ) + ( ∑ 2 j = 1 a2j xj 2 ) ( + ∑ 4 j = 1 a3j xj 3 ) + ( ∑ 3 j = 1 a4j xj 4 ) + B ( 4) 3. 2 燃烧效率回归方程 由于空气预热温度对燃烧效率没有影响，因此 在燃烧效率方程中将该自变量去除，其回归曲线如 图 2 中虚线所示，公式表达为 η = ( ∑ 2 j = 1 a2j xj 2 ) + a3 x3 + a4 x4 + B ( 5) 4 燃烧模型验证及分析 4. 1 经验公式、拱顶温度模型以及实际值对比 迁安首钢 2 号高炉热风炉一个燃烧期的操作参 数如表 2 所示． ·629·