·630· 北京科技大学学报 第33卷 表2高炉热风炉实际操作参数 Table 2 Actual operating parameters of the hot blast stove 空气流量/ 煤气流量/ 煤气预热 拱顶 时刻 空气预热 煤气中C0 (m3.h-1) 温度/K (m3h) 温度/K 温度K 质量分数 2009/9/27 4:56:00 46230.21 855 72982.24 425 1612.21 0.21 2009/9/27 4:57:00 48790.39 876 69378.41 430 1629.19 0.21 200909-27T06:26:00 47895.38 921 77884.30 427 1669.93 0.20 2009/9/27 6:27:00 48669.36 921 77226.30 427 1669.93 0.20 热风炉理论燃烧温度经验公式如下： 在煤气流量、煤气热值等因素波动较大时，不能够维 T.=OntcTteT 持拱顶温度的稳定性. (6) Vacs 从图3中可知：最初10min内实际值与模型计 式中：T。为理论燃烧温度；Q:为煤气热值，kJ·m3: 算值不符，其原因是烧炉初期热风炉处在热量积累 cc:和c分别为助燃空气、煤气和烟气平均热容， 期，为了达到拱顶温度约束值，通常采用的方法是强 k小m-3℃-1；V为单位燃料的烟气量，即烟气与煤 化燃烧，而模型所计算的值可以认为就是拱顶温度 气的体积比. 的约束值：而l0min后模型计算值准确地反映拱项 将经验公式温度计算值、模型温度计算以及实 温度的波动，这说明模型准确反映拱顶温度的变化 际拱顶温度测量值对比，如图3所示 通过拱顶温度模型误差分析，计算值与实际测量值 1850 偏差为6.74K 1800 +测量值·模型计算值·经验公式值 4.2热风炉燃烧优化 1750 兰1700 图4为使用燃烧效率模型计算出的残余C0量 1650 随时间的变化关系，计算时间的间隔为1min.在该 1600 周期内热风炉的燃烧效率很不稳定，根据计算可知 1550 150 残余C0质量分数在0.020左右时，燃烧状态良好， 171319253137434955616773798591 时间min 但由于空气预热温度以及煤气热值的波动，需要通 图3经验公式值、模型计算值与测量值对比 过改变煤气流量、助燃空气流量才能维持拱顶温度 Fig.3 Comparison of temperatures calculated by the empirical for- 约束值的稳定.通常遇到此类炉况，一般采用加大 mula,the model and measurement 或减少煤气流量的措施解决，但由于缺乏热风炉操 从图中可以看出，根据模型计算值比经验公 作参数对拱顶温度影响的认识，操作容易造成以下 式更加符合实际拱顶温度的变化：(1)经验公式是 负面影响：(1)由于检测设备的滞后性，拱顶温度不 关于烟气热值与温度关系的方程，随着煤气成分、 稳定；(2)引起燃烧效率下降，浪费资源 流量波动，拱顶温度值变化很大：(2)经验公式中 0.026 没有考虑燃烧效率以及空燃比对拱顶温度的影 0.024 响，因此反映实际拱顶温度的变化效果并不理想； 0.022 (3)根据拱顶温度回归方程建立的数学模型，综合 考虑空气预热温度、煤气流量、空燃比以及煤气成 岳0018 分对拱顶温度的影响，计算拱顶温度更加符合实 章0.016 际状况. 0.014 71319253137434955616773798591 此外，图中第34、73和80分钟出现拱顶温度急 时间min 剧下降的状况.从图中可以看出，由于经验公式计 图4模型计算烟气中C0质量分数 算拱顶温度波动范围为1680~1780K,而实际拱顶 Fig.4 Mass fraction of CO in flue gas calculated the model 温度下降最大值仅为30K,因此经验公式无法准确 表3为该周期内1min的实际操作参数以及优 地预计拱顶温度波动.这种状况发生的原因是缺乏 化后的操作参数.从表中可以看出，根据模型计算 热风炉操作参数对拱顶温度影响的准确认识，因此 出该时间的实际燃烧状态并不理想，为了达到拱顶北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 表 2 高炉热风炉实际操作参数 Table 2 Actual operating parameters of the hot blast stove 时刻 空气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 空气预热 温度/K 煤气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 煤气预热 温度/K 拱顶 温度/K 煤气中 CO 质量分数 2009--09--27T04: 56: 00 46 230. 21 855 72 982. 24 425 1 612. 21 0. 21 2009--09--27T04: 57: 00 48 790. 39 876 69 378. 41 430 1 629. 19 0. 21        2009--09--27T06: 26: 00 47 895. 38 921 77 884. 30 427 1 669. 93 0. 20 2009--09--27T06: 27: 00 48 669. 36 921 77 226. 30 427 1 669. 93 0. 20 热风炉理论燃烧温度经验公式如下: Tg = QH + caTa + cfTf Vn cg ( 6) 式中: Tg 为理论燃烧温度; QH 为煤气热值，kJ·m － 3 ; ca、cf 和 cg 分别为助燃空气、煤气和烟气平均热容， kJ·m － 3 ·℃ － 1 ; Vn为单位燃料的烟气量，即烟气与煤 气的体积比． 将经验公式温度计算值、模型温度计算以及实 际拱顶温度测量值对比，如图 3 所示． 图 3 经验公式值、模型计算值与测量值对比 Fig． 3 Comparison of temperatures calculated by the empirical for￾mula，the model and measurement 从图中可以看出，根据模型计算值比经验公 式更加符合实际拱顶温度的变化: ( 1) 经验公式是 关于烟气热值与温度关系的方程，随着煤气成分、 流量波动，拱顶温度值变化很大; ( 2) 经验公式中 没有考虑燃烧效率以及空燃比对拱顶温度的影 响，因此反映实际拱顶温度的变化效果并不理想; ( 3) 根据拱顶温度回归方程建立的数学模型，综合 考虑空气预热温度、煤气流量、空燃比以及煤气成 分对拱顶温度的影响，计算拱顶温度更加符合实 际状况． 此外，图中第 34、73 和 80 分钟出现拱顶温度急 剧下降的状况． 从图中可以看出，由于经验公式计 算拱顶温度波动范围为 1 680 ～ 1 780 K，而实际拱顶 温度下降最大值仅为 30 K，因此经验公式无法准确 地预计拱顶温度波动． 这种状况发生的原因是缺乏 热风炉操作参数对拱顶温度影响的准确认识，因此 在煤气流量、煤气热值等因素波动较大时，不能够维 持拱顶温度的稳定性． 从图 3 中可知: 最初 10 min 内实际值与模型计 算值不符，其原因是烧炉初期热风炉处在热量积累 期，为了达到拱顶温度约束值，通常采用的方法是强 化燃烧，而模型所计算的值可以认为就是拱顶温度 的约束值; 而 10 min 后模型计算值准确地反映拱顶 温度的波动，这说明模型准确反映拱顶温度的变化． 通过拱顶温度模型误差分析，计算值与实际测量值 偏差为 6. 74 K． 4. 2 热风炉燃烧优化 图 4 为使用燃烧效率模型计算出的残余 CO 量 随时间的变化关系，计算时间的间隔为 1 min． 在该 周期内热风炉的燃烧效率很不稳定，根据计算可知 残余 CO 质量分数在 0. 020 左右时，燃烧状态良好， 但由于空气预热温度以及煤气热值的波动，需要通 过改变煤气流量、助燃空气流量才能维持拱顶温度 约束值的稳定． 通常遇到此类炉况，一般采用加大 或减少煤气流量的措施解决，但由于缺乏热风炉操 作参数对拱顶温度影响的认识，操作容易造成以下 负面影响: ( 1) 由于检测设备的滞后性，拱顶温度不 稳定; ( 2) 引起燃烧效率下降，浪费资源． 图 4 模型计算烟气中 CO 质量分数 Fig． 4 Mass fraction of CO in flue gas calculated the model 表 3 为该周期内 1 min 的实际操作参数以及优 化后的操作参数． 从表中可以看出，根据模型计算 出该时间的实际燃烧状态并不理想，为了达到拱顶 ·630·