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高炉热风炉燃烧过程的现状

2016/4/14 21:14:53      点击:
 

时至今日高炉热风炉燃烧气体燃料的方式仍然没有跳出空间燃烧的范畴。煤气的空间燃烧过程不外乎按煤气与助燃空气的混合方式而分为扩散混合的长焰燃烧、半预混的短焰燃烧、以及完全预混的无焰燃烧等三种方式。由于选择了空间燃烧方式,完成燃烧过程出了燃烧器外燃烧室室是不可或缺的。按照火焰的长度,长焰燃烧所需要的燃烧时室最大,而无焰燃烧所需的燃烧室最小,甚至可以没有。同时,为了达到上述燃烧方式,燃烧器是必不可少的,而且由此产生了一系列的各种不同结构的燃烧器。常见的热风炉燃烧器,诸如多层喷嘴分层混合的旋流燃烧器(或称预燃室)、多喷嘴交错排列喷射空间预混合的旋流(或直流)燃烧器、多喷嘴上下喷射部分内预混的漩流(或直流)燃烧器、煤气大流股空气小流股旋流混合的套筒燃烧器、以及煤气与空气喷射旋流预混的燃烧器等。分析可知,前三种燃烧器均由耐火材料砌筑而成,结构复杂体积大,尽管如此因其能够获得较为理想的流场结构和稳定而高强度的燃烧,成为目前热风炉的主流燃烧器;而后两种虽然结构简单、体积小、投资省,由于混合气流进入燃烧室的方式不好,难以形成燃烧室内良好的流场结构与稳定而高强度的燃烧效果,而处于被淘汰的边沿。

由于采用了空间燃烧的方式,热风炉内的燃烧过程与传热-蓄热过程被分开,蓄热体的最高温度一定低于燃烧温度5060℃,而进入送风阶段后,蓄热体与热风之间又必须有5060℃温差。于是燃烧温度与热风温度之间的温差至少在100℃以上,而送风初期与末期也存在温差,其平均热风温度与燃烧温度之间的温差应该在150℃上下。这也是在热风炉设计中常用的热风温度的初次估值,进行热风炉内传热过程的热平衡计算的参数。为此,要提高热风温度就只有提高燃烧温度,要提高燃烧温度就必须提高煤气热值、预热煤气与助燃空气温度、减小过量空气系数等相关的技术措施。由此而来,掺烧高热值煤气装置、空、煤气预热器、预热炉、烟气再热炉、自预热循环系统等都成了热风炉实现高风温的主要技术手段与设备。这也是在热风炉研究领域围绕着提高热风温度所做的不懈努力,其集大成者就是京唐钢铁公司5500m3高炉的热风炉系统,能基本实现1300℃左右的热风温度。

在上述的实现高风温的过程中,忽略了一个重要事实,整体的平均值不代表局部和瞬时值,平衡数值不代表过程数值。基于这种看问题的思路,能否在确定的热平衡的燃烧温度下获得更高的热风温度才是研究热风炉高风温的正确道路。这样一条道路已经随着燃烧技术的发展可以成为现实了,这就是利用多孔介质燃烧技术,对于热风炉而言就是将燃烧过程引入蓄热体中,从而在燃烧温度不高的前提下实现高的热风温度。