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基于CFD仿真的蓄热式加热炉燃烧系统改进设计

张善伟

  蓄热式加热炉是采用高温空气燃烧技术(HTAC)的新型节能环保型热轧加热炉,它具有NOx、CO2排放量小、热效率高等优点,在世界范围内得到了广泛的应用。然而,目前我国的蓄热式加热炉由于控制系统或设备本身等方面的原因,普遍运行状态不佳,主要表现为加热质量差、CO燃烧不完全等。如何提升蓄热式加热炉的运行状态以提高其性能指标,已成为我国钢铁行业一个亟待解决的问题。 燃烧系统主要包括蓄热式烧嘴系统和燃烧控制系统等,它是影响蓄热式加热炉运行状态的关键因素。因此,为提高蓄热式加热炉的性能指标,首要的就是对其燃烧系统进行优化改进。本文以此为出发点,以计算流体动力学(CFD)仿真技术为研究手段,对宝钢某热轧厂的一座蓄热式加热炉的燃烧系统进行了三方面的改进设计,以提高该炉的性能指标。本文的改进设计方法具有一定的普适性,可为我国其他蓄热式加热炉的优化改进提供一定的参考和帮助。 本文的研究内容包括以下几个方面: (1)钢锭温度预测模型的设计。对宝钢该蓄热式加热炉中钢锭的吸热升温情况进行三维CFD仿真研究,分析钢锭的一系列典型温度值;基于CFD仿真结果,提出一种钢锭温度预测模型,以克服L2级燃烧控制系统中原有的钢坯温度预测模型对特殊钢坯——钢锭的典型温度值预测不准确的问题。 (2)蓄热式烧嘴喷口间夹角的优化设计。对宝钢该蓄热式加热炉的燃烧情况进行三维CFD仿真研究,分析加热炉内的速度场以及CO、O2浓度场;基于CFD仿真结果,提出一种蓄热式烧嘴喷口间夹角的优化方法对蓄热式烧嘴进行优化,以消除该炉存在的“双高”现象,即其排放的废气中CO与O2含量均过高的现象。 (3)燃烧换向方式的设计。对宝钢该蓄热式加热炉的燃烧情况进行三维CFD仿真研究,分析加热炉内的速度场以及温度场;基于CFD仿真结果,对此加热炉L1级燃烧控制系统中原有的燃烧换向方式进行改进设计,提出“对角线式”燃烧换向方式,以消除该炉炉宽方向“中部温度高、两端温度低”的不利温度分布形式。 (4)“对角线式”燃烧换向方式的实现。根据(3)中提出的换向方式对原有换向PLC程序进行修改,并利用S7-PLCSIM仿真软件和WinCC对其进行仿真调试,最终获得准确无误的“对角线式”换向PLC程序。……   
[关键词]:蓄热式加热炉;计算流体力学;L1级燃烧控制系统;L2级燃烧控制系统;钢锭温度预测模型;燃烧方式;PLC
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2012年
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