320 北京科技大学学报 2003年第4期 种所需要的热和燃烧产物的再循环.通过计算机 用同段两侧单独换向及各段延时换向控制.（①采 对加热炉炉膛内流场进行数学模拟研究是了解 用组合式低氨化物喷口设计， 并掌握加热炉炉膛内流场分布即气流流动与混 合情况的简便而有效的手段.本研究过程包括数 3工业应用效果及简单分析 学模型的建立、模型的求解、对计算结果的分析 3.1工业生产的在线测试 及优化设计研究，由炉内局部气流速度矢量图侧 为了考察蓄热式燃烧系统在实际生产中应 可知：气流在炉气入口附近形成大量小旋涡，沿 用效果，在整个车间正常生产情况下，对整个炉 气流速度主方向逐渐合并形成一些大漩涡，这是 子系统进行了在线测试，其中包括热平衡测试和 由于炉气的回流所引起的.这种回流造成喷入炉 污染物排放测试.测试内容包括加热能力、炉子 内的高温燃料和高温空气卷吸炉内的烟气，有利 热效率、吨钢燃料消耗、钢坯氧化烧损及污染物 于形成燃烧区的低氧气氛，可实现高温低氧燃烧 排放量等项目的测试， 技术在加热炉上的工程化应用，达到低污染物特 测试工具及其主要用途为：英国产MS)烟 别是低NO,的排放的目的. 气成分、温度等在线检测仪，主要用于测量烟气 计算机数值模拟结果表明：()采用高温低 中氮氧化物及硫化物的含量，同时也测量烟气的 氧技术设计的蓄热式加热炉其炉内气流形成了 其他成分与温度，红外线测温仪，用于测量炉子 与传统加热炉有截然不同的流场，气流流动的主 外壁温度、蓄热箱外壁等的温度及验证仪表室显 流方向由原来的沿炉长方向变成宽度方向，更好 示的烟气温度.热电偶（利用炉子上现有的热电 的保证了每根钢坯在长度方向上的均匀性，提高 偶)测量炉子各段温度、烟气温度、空气与煤气预 钢坯的加热质量.(2)影响炉内流场的主要因素是 热温度等；接触式热电偶，测定钢坯表面温度；水 喷口的几何形状、布置位置及倾角和蓄热箱与连 银温度计（量程100℃），测量冷却水进出口水温 接通道的内部结构等.(3)适度改变喷口的结构和 度.在测试周期内每30min取一个煤气样，送唐 安装位置可以十分有效的改进炉内流场的分布， 钢煤气检测仪中心，对煤气成分进行分析，燃气 并可以获得低氧浓度区，同时改变换向控制也可 燃烧测量仪，用于测量烟气成分(CO,CO2,N2,O). 得到类似结果.以上述模拟计算结果为依据进行 能计量冷却水质量的盛水容器，用于测量冷却水 蓄热式燃烧系统优化设计. 流量.游标卡尺，用于测量氧化铁皮厚度. 2,2运用冶金反应工程学方法进行技术开发 测试方法：在加热炉和轧线正常生产情况 根据计算机模拟计算得到有关数据，并运用 下，采用加热炉热平衡测试的基本方法进行测 治金反应工程学方法开发了如下技术例.(a)采用 试. 二位三通换向阀进行自由组合式换向控制.b)抗 3.2测试结果 渣浸、热稳定性好、换热效率高及使用寿命长的 (1)热平衡测试结果 小球蓄热体.()外置蓄热室、同段同侧上下分别 热平衡测试结果如表14所示 集中换热.(d钢坯表面还原气氛保护加热，(e)采 表1测试周期内煤气有关参数 Table 1 Relational parameters of coal gas in the testing period 周期起始时间 2002-09-17-21:35:0 起始煤气累计值m 678990平均流量/(m3.h-) 10248 周期结束时间 2002-09-18-01:30:0 周期结束煤气累计值/m638000吨钢煤气单耗/(m',t) 128.9 煤气温度/℃ 45 理论烟气量/(m·m) 1.99 煤气种类 混合 煤气压力kPa 9.0 理论干空气量/(m3,m) 1.23 煤气应用基热值/M们m)6.826 表2煤气成分（体积分数） Table 2 Composition of col gas % 煤气 CO C02 9 CH H, N2 C.H. H.O 干基 51.2 16.1 2.6 1.4 1.5 26.5 0.7 湿基 46.1 14.5 2.3 1.3 1.4 23.9 0.6 9.9￾￾￾ 北 京 科 技 种 所 需 要 的热 和 燃烧 产物 的再 循 环 ￾ 通 过 计 算机 对 加 热 炉 炉 膛 内流 场 进 行 数 学 模 拟 研 究 是 了解 并 掌握 加 热 炉 炉 膛 内流 场 分 布 即 气 流 流 动 与 混 合情 况 的简便而 有 效 的手 段 ￾ 本研 究过程包括 数 学模型 的建 立 、 模 型 的求 解 、 对 计 算 结 果 的分 析 及 优 化 设 计研 究 ￾ 由炉 内局 部 气 流速度 矢 量 图 ，， 可 知 ￾ 气流 在 炉 气 入 口 附近 形 成 大量 小旋 涡 ， 沿 气 流速度 主 方 向逐渐合 并形 成 一 些 大漩涡 ， 这 是 由于 炉 气 的 回流 所 引起 的 ￾ 这种 回流造成 喷 入炉 内的高温燃料和 高温 空气 卷 吸 炉 内的烟气 ， 有利 于形 成燃烧 区 的低 氧 气 氛 ， 可 实现 高温 低 氧燃烧 技术在 加热 炉 上 的工 程 化应 用 ， 达 到低 污 染物特 别 是低 ￾认 的排 放 的 目的 ￾ 计 算机数值模 拟 结 果 表 明 ，，￾ ￾ 采 用 高温低 氧技术 设 计 的蓄 热 式加 热 炉 其 炉 内气 流 形 成 了 与传 统加 热炉 有截 然不 同的流场 ， 气流流 动 的主 流 方 向 由原来 的沿 炉长方 向变 成 宽度 方 向 ， 更好 的保 证 了每根钢 坯 在 长度方 向上 的均 匀 性 ， 提 高 钢 坯 的加热 质量 ￾ ￾ 影 响炉 内流场 的主 要 因素 是 喷 口 的几 何 形状 、 布 置位 置及 倾 角和 蓄热 箱 与 连 接通道 的 内部 结构 等 ￾ ￾ 适度 改变 喷 口 的结 构和 安装位 置 可 以十分 有 效 的改进 炉 内流场 的分布 ， 并可 以获得低 氧浓度 区 ， 同时 改变 换 向控 制 也 可 得 到类似 结 果 ￾ 以上述模拟 计 算 结 果 为依据进行 蓄热 式燃烧 系统 优 化 设计 ￾ ￾￾ 运 用 冶 金反 应 工 程 学方 法 进 行技 术 开 发 根 据 计 算机模 拟 计 算 得 到 有 关 数 据 ， 并运用 冶 金 反 应 工 程 学 方 法 开 发 了如 下 技 术 ￾ ￾ ￾ 采用 二位 三通换 向阀进行 自由组合 式 换 向控制 ￾ 伪￾抗 渣 浸 、 热稳 定性 好 、 换 热 效 率 高及 使 用 寿 命 长 的 小球蓄 热 体 ￾ ￾￾外 置 蓄 热 室 、 同段 同侧 上 下 分 别 集 中换 热 ￾ ￾ 钢 坯 表 面 还 原 气 氛 保 护 加 热 ￾ ￾ 采 大 学 学 报 ￾￾ 年 第 ￾期 用 同段 两侧 单独 换 向及 各段 延 时换 向控 制 ￾ ￾ 采 用 组 合 式低 氮 化 物 喷 口 设 计 ￾ ￾ 工 业 应 用 效 果 及 简单分 析 ￾￾ 工 业 生 产 的在 线 测 试 为 了考 察 蓄 热 式燃烧 系统 在实 际 生 产 中应 用 效 果 ， 在 整 个车 间正 常 生 产 情况 下 ， 对 整 个炉 子 系统进 行 了在 线测试 ， 其 中包 括热平 衡测 试和 污 染 物 排 放 测 试 ￾ 测 试 内容 包 括 加 热 能力 、 炉 子 热 效 率 、 吨 钢 燃 料 消耗 、 钢 坯 氧 化烧 损 及 污 染 物 排 放量 等项 目的测试 ￾ 测 试 工 具 及 其 主 要 用 途 为 ￾ 英 国产 伽￾￾烟 气 成 分 、 温 度 等 在 线 检 测 仪 ， 主 要用 于 测 量烟 气 中氮氧 化 物及硫化 物 的含量 ， 同时也 测量烟气 的 其 他 成 分 与温度 ￾ 红 外 线 测 温 仪 ， 用 于 测 量 炉 子 外 壁温度 、 蓄 热 箱 外 壁 等 的温度 及 验 证 仪表 室 显 示 的烟 气温 度 ￾ 热 电偶 ￾利 用 炉 子 上现有 的热 电 偶￾测 量 炉 子 各段温度 、 烟气 温度 、 空气 与煤气 预 热温度 等 ￾接 触 式热 电偶 ， 测 定钢 坯表 面温度 ￾水 银 温 度 计 ￾量 程 ￾￾℃ ￾ ， 测 量冷却 水 进 出 口 水温 度 ￾ 在 测 试 周 期 内每 ￾ ￾￾￾ 取 一 个 煤气 样 ， 送 唐 钢 煤气 检 测 仪 中心 ， 对 煤气 成 分 进 行 分 析 ￾ 燃 气 燃烧 测量 仪 ， 用 于 测量烟 气成 分￾￾ ， ￾￾ ，凡 ， ￾￾ ￾ 能计 量冷 却 水质量 的盛 水 容器 ， 用 于 测量冷却水 流 量 ￾ 游 标卡 尺 ， 用 于 测 量氧 化铁皮 厚度 ￾ 测 试 方 法 ￾ 在 加 热 炉 和 轧 线 正 常 生 产 情 况 下 ， 采 用 加 热 炉 热 平 衡 测 试 的基 本 方 法 进 行 测 试 ￾ ￾￾ 测 试 结 果 ￾ 热 平 衡 测 试 结果 ￾ 热 平 衡 测 试 结 果 如 表 ￾一￾所 示 ￾ 表 ￾ 测 试周 期 内煤气 有关参数 ￾￾】￾ ￾ ￾￾】￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾， ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 周 期起始时 间 ￾￾￾ ￾习￾￾￾一￾￾￾￾￾ 起 始 煤气 累计 值加 ￾ ￾￾￾￾ 平均 流量找功 」 ￾ ￾ 一 今 ￾￾￾ 周 期 结束 时 间 ￾￾￾刁￾一 ￾￾刁卜￾￾ 周 期 结束煤气 累 计 值￾ ， ￾￾ ￾￾ 吨 钢 煤气 单 耗戏￾￾ · ￾一 今 ￾￾￾ 煤气温度￾℃ ￾ 理 论烟气量汉￾￾ · ￾ 一 今 ￾ ￾ ￾ 煤气种类 混 合 煤气压力瓜￾￾ ￾￾ 理论 干 空 气量￾耐 · ￾ 一￾￾ ￾￾ 煤气 应用 基 热 值代￾￾ ￾ ￾ 一 今 ￾￾￾ 表 ￾ 煤气 成 分 ￾体积 分 数￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ 煤气 干 基 湿 基 ￾￾￾ 丈￾￾， ￾￾ ￾，‘ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾凡 ￾ ￾ ￾ ￾ 而￾ 月 凡￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾