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题名蓄热式加热炉瞬态熵产分布与燃烧参数影响分析
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作者
王帝杰
向永光
张欣茹
朱有鑫
姜泽毅
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机构
北京科技大学能源与环境工程学院
河钢集团唐钢公司信息自动化部
北京科技大学北京市节能环保工程技术研究中心
北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室
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出处
《中国科学：技术科学》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期2293-2305,共13页
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基金
国家重点研发计划(编号:2018YFB0605903)
中央高校基本科研业务费专项基金(北京科技大学)(编号:FRF-TP-22-081A1)资助项目。
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文摘
本文以蓄热式加热炉为研究对象,建立了考虑烧嘴换向的单元炉膛空间热过程瞬态模型,模拟了炉宽方向传热的不均匀性,开发了熵产和[火用]平衡的数值计算方法,明晰了燃烧、流动和传热过程的熵产大小、空间分布和能量耗散机制;基于该单元模型模拟了蓄热式炉钢坯加热全过程,获得了各项[火用]损失和[火用]效率沿炉长的分布和全炉[火用]平衡;探讨了烧嘴射流速度、富氧浓度和高炉煤气掺烧天然气等节能途径对[火用]效率的影响.结果表明,燃烧和辐射传热的不可逆性是炉内熵产的主要因素,在钢坯温度较低时,辐射熵产约占单元炉膛总熵产的70.5%,提高钢坯装炉温度可有效降低该熵产;在钢坯温度较高时,燃烧熵产占主导,约为炉膛总熵产的59.9%,优化燃烧是降低熵产的主要措施.烧嘴换向后新火焰稳定约需15~20 s,由于原火焰被推出、炉温波动和质量扩散的加剧,对炉膛[火用]效率的稳定产生了重要影响,蓄热器需具有足够高的[火用]回收效率才能保证加热单元整体[火用]效率的提升.对全炉而言,第一类[火用]损失主要发生在均热段,由高温烟气带出炉膛导致,占该段输入[火用]45.6%,利用均热段的烟气预热其他段的空气和煤气,可有效降低第一类[火用]损失;第二类[火用]损失主要发生在预热段,辐射熵产是其主要原因,占该段输入[火用]的17.4%,热送热装是降低第二类[火用]损失的主要方法.保持单元炉膛其他参数不变,当射流速度为19 m/s时[火用]效率和热效率最高;当富氧浓度提升至35%时,[火用]效率和热效率分别提高了4.1%和5.5%;高炉煤气掺混10%的天然气提高了燃烧温度和钢坯表面热流,但?效率和热效率降低1.2%和4.4%,反而不利于加热炉的节能.该研究为加热炉能效评价与工艺优化提供了一些新的思路.
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关键词
蓄热式加热炉
数值模拟
瞬态熵产
[火用]效率
燃烧参数分析
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Keywords
regenerative reheating furnace
numerical simulation
transient entropy generation
exergy efficiency
combustion parameter analysis
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分类号
TG3
[金属学及工艺—金属压力加工]
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