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应用数值模拟进行蓄热式均热炉的优化设计 饶文涛 ，朱 彤 摘要：应用蓄热燃烧技术改造传统均热炉燃烧系统，可以节约燃气的消耗率，提高炉内 温度场的均匀性。文章通过数值模拟试验，研究了均热炉应用蓄热燃烧技术改造后炉内的流 场和温度场，提出了优化改造方案。 关键词：均热炉；蓄热燃烧；数值模拟 1 前言 90 年代后期，蓄热燃烧技术在日本、欧美等国家得到积极推广和应用。该项燃烧技术 主要利用高效蓄热体回收烟气中的余热，从而提高助燃空气的温度，使之达到 800~1000°C 以上，并将排烟温度降低到接近烟气露点。与传统助燃空气温度为 400~500°C 的燃烧系统 相比，极大地提高了能源利用率和燃烧效率；并且采用了多种低氮氧化物燃烧技术，减少了 NOx 等有害气体的排放。另外通过采用高温低氧扩散燃烧方式，将火焰弥散在整个炉膛空间， 促进了炉膛温度分布的均匀性。因此，蓄热燃烧技术在工业炉领域得到了积极的推广应用 [1~6] 。 本文以条钢厂均热炉为改造研究对象，按照实际的工艺状况，提出了三个改造方案，在 综合比较的基础上，对其中一个方案进行了 12 个工况的计算，利用计算机数值模拟技术， 通过热效率分析，以及炉内流场、温度场的分析比较，最后确定了改造的最佳方案和工况， 实现了对工业炉改造前的科学论证。 2 现有燃烧系统及改造后的燃气节约率 图1 为现有均热炉炉膛本体结构及烧嘴布置示意图，炉内摆放了9 根钢锭。燃烧系统采 用旋流式烧嘴，中间为燃气喷口，外环为助燃空气喷口。表 1 列出了燃烧系统运行参数。 0 0 0 5 烧嘴 0 0 8 钢坯 4000 烟气出口 图1 炉膛结构及烧嘴布置示意图 表 1 烧嘴运行参数 燃料种类 混合煤气（焦炉煤气+高炉煤气） . -3 煤气热值/ kJ m 2200×4.18 煤气温度/°C 390 3. -1 煤气流量/m h 2159 煤气压力/Pa 3000 3. -1 空气流量/m h 5149.5 （过量空气系数=1.1 ） 空气压力/Pa 3500 空气温度/°C 550 输送入炉膛的热量包括燃气的燃烧化学反应热、燃气与助燃空气的显焓。由于高温空气 燃烧系统通过高效蓄热体有效回收炉膛排烟中的余热，提高助燃空气和低热值燃气的温度， 增加送入炉膛的燃气和助燃空气的显焓，故在保证入炉热量不变的情况下，可以节约单位时 间送入炉膛的热负荷。与此同时，相关的辅助设备如鼓、引风机的能耗也相应减少。因此， 应用高温空气燃烧技术改造该均热炉燃烧系统，将有明显的节能效果。表2 列出了助燃空气 温度 1000°C、燃气分别为不同预热温度时的燃气计算消耗量。通过与现有均热炉燃气消耗 量比较，可以得到相应的燃气节约率。 表2 改造方案的不同燃气量以及燃气量调整后的燃气节约率 燃烧系统 现有均热炉