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济钢顶燃式热风炉烟气分布研究
张炳哲１，张欣欣１，于帆１，孙德民２，彭宝翠２，焦吉成２
（１．北京科技大学热能工程系，北京１０００８３；２济南钢铁集团公司技术中心，山东济南２５０１０１）
摘要：运用ＣＦＤ软件对卡鲁金热风炉和ＺＳＤ热风炉的气体燃烧和流动进行了数值模拟，得到燃烧室出口烟气速度的分布，并对卡鲁金热风炉燃烧室出口烟气的压力和温度分布进行了测试，分析了两种炉型燃烧室的结构特点。结果表明，卡鲁金热风炉燃烧室出口烟气分布的均匀程度大大高于传统的ＺＳＤ热风炉，其结构特点对ＺＳＤ热风炉的改造有很大的参考价值。
关键词：卡鲁金热风炉；ＺＳＤ热风炉；烟气分布；数值模拟
中图分类号：ＴＦ０６１．１文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１６３９（２００６）０２—００４４—０３
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２．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒｍｍｅｃｉｃａＪｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｇａｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｉｎＫａｌｕｇｉｎｈｏｔｂｌａｓｌｆｕｌ／ｌａｃｅｍａｄＺＳＤｈｏｔｂｌａｓｔｆｈｎＫ鹏ａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅＡｎｄｄｉｓｔｔｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｅｘｉｔｏｆｔｗｏｋｉｎｄｏｆｅｏｍｂｕｓｄｏｎｃＭｍｈｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ．ｍｔｅｓｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｔｌｌｅｅｘｉｔｏｆｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒｉｎＫａｌｕｇｉｎｈｏｔｂｌａｓｔｉｓａｌｓｏｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｆｉａｒｎａｃｅａ托ａｎａｌｙｚｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｈａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｄｉｓｔｒｉｂｕｆｉｏｎｏｆｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｅｘｉｔｏｆｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒｊｎＫａｌｕｇｉｎｈｏｔｂｌａｓｔｆｌｕｌｌａｃｅｉｓｍｕｃｈｒｅｇｕｌａｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎＺＳＤｈｏｔｂｌａｓｔｆｌＪｉ＇ｌｌａｃｅ．ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＫａｌｕｇｉｎｈｏｔｂｌａｓｔｆＲＹｎａｃｅｃａｎｂｅＴｅｆｅｆｅｎｃｅｄｔｏ血ｅｒｅｈｎｉｌｄｉｎｇｏｆＺＳＤｈｏｔｂｌａｓｔｆｌｌｍａｅｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｋａｌｕｇｉｎｈｏｔｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ；ＺＳＤｈｏｔｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ；ｇａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｎｕｍｅ—ｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ
１前言
蓄热室气流分布的均匀性是热风炉的一个非常重要的指标。顶燃式热风炉蓄热室内的气流分布优于内燃式，但距理想状况仍然有相当大的差距［１１。研究表明，传统顶燃式热风炉蓄热室边缘区域格孔中烟气的流速大大高于中心区域，首钢顶燃式热风炉蓄热室的边缘气流较中心气流的流速高近９倍。气流分布的不均匀导致蓄热室截面上产生较大的温差，降低了热效率，限制了风温的提高，还需增加高温格子砖的砌筑高度，增加投资，并且会加剧格子砖的错位、扭曲、不均匀下沉等现象。顶燃式热风炉燃烧室出口即为蓄热室的进口，研究顶燃式热风炉燃烧室出口的烟气分布具有非常重要的意义。
由于在高温下测量烟气的速度分布有一定的困难，目前对热风炉内烟气分布的研究大都停留在冷态试验阶段，和热态情况下烟气分布的真实情况仍有一定的差距。计算流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，简称ＣＦＤ）在一定程度上可以弥补冷态试验的不足。ＣＦＤ是近代流体力学、数值数学和计算机科学相结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘学科。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数值方法，对流体力学的各类问题进行数值实验。ＣＦＤ软件的模型和求解算法经过了各个行业内上千家知名公司和企业的，。泛验证。
卡鲁金（Ｋａｌｕｇｉｎ）热风炉是俄罗斯Ｋａｌｕｇｉｎ公司开发成功的一种顶燃式热风炉，济钢、莱钢和青钢引进并成功应用于生产。与其它顶燃式热风炉不同，该炉采用独特的涡流式燃烧方式，蓄热室进口烟气分布均匀，热效率高。为了了解卡鲁金热风炉气体燃烧和流动的机理，定量了解燃烧室出口烟气分布的均匀性，我们对济钢卡鲁金热风炉的气体燃烧进行了数值模拟和现场测试，并和传统的ＺＳＤ顶燃式热风炉燃烧室的数值模拟结果进行了比较。模拟计算采用了主流商用ＣＦＤ软件之一ＣＦＸ５．７。
２燃烧过程的数值模拟
２．１几何模型的建立
以济钢的卡鲁金热风炉和ＺＳＤ热风炉的燃烧室为对象，按照１：１的比例建立的几何模型分别如图ｌ和图２所示。
收稿Ｅｌ期：２００５－１１－１４
作者简介：张炳哲（１９６９－），男，工程师，博士研究生．研究方
向为工业炉窑燃烧技术及应用
图１卡鲁金热风炉燃烧室几何模型
４４ 万方数据