设置隔墙以及不同换向方式对蓄热式加热炉的影响分析

设置隔墙以及不同换向方式对蓄热式加热炉的影响分析

蓄热式加热炉在使用过程中普遍存在炉膛压力偏高，炉温均匀性差等问题。针对这些问题本文运用数值模拟的方法进行了研究，结果表明加热段之间设置隔墙使各段流场和炉温场更均匀，分段换向方式更有利于节能和改善炉压波动的状况。

标签：蓄热式加热炉；数值模拟；隔墙；分段换向

1 引言

伴随着大型商业模拟软件的开发与应用，数值模拟技术在企业的研发和方案制定过程中起到越来越关键的作用，它能使我们更深刻地理解问题产生的机理，并对实际问题起到很好的指导作用。

目前蓄热式加热炉普遍存在于各大钢铁企业，但在使用过程中普遍存在换向装置故障率较高；进出料炉门冒火严重；蓄热室排烟不足，蓄热体寿命短等问题。笔者针对以上这些问题着重从炉膛结构以及换向方式两方面运用数值模拟的方法进行了对比研究，希望能对以后的设计工作有所裨益。

2 模拟计算的数学模型

2.1 基本假设与边界条件

炉子底部假设为钢坯上表面，钢种为普碳钢，导热按固体边界条件处理，设定其黑度和热流恒定，为0.8[1]和-21kW/m2[2]；炉顶和侧墙热流恒定。燃烧过程采用Fluent自带？茁-PDF气相燃烧模型进行模拟。其余边界参数列于表1中。

2.4.2 辐射模型

3 数值模拟结果分析

3.1 设置隔墙对温度场的影响

如图所示，当预热段和加热段之间没有设置隔墙时，在烧嘴喷口附近温度较低；在炉膛中部，两炉段段炉气交织在一起，连成一片，形成局部的高温区域，炉温均匀性较差；当两炉段之间设置隔墙时，预热段和加热段的温度场出现了明显的差别，加热段的平均炉温升高了近100℃。隔墙的设置增加了炉壁的辐射面积，减少了加热段和预热段间的对流和辐射换热，使加热段和预热段的炉温变得更加均匀，加热段的高温区几乎充满了整个炉段。

3.2 换向方式改变对温度场的影响

由全集中换向和分段集中换向两种情况的温度场图可以看出，两种换向方式下炉内的高温区域都集中在一端，但分段集中控制的换向方式下，炉内的温度场较为均匀，这是因为两炉段并不是完全分开的，高温端的炉气通过隔墙下部进入相邻炉段，从而在一定程度上均衡了炉温。

3.3 换向方式改变对流场的影响

从图6和图7可以看出，两种换向方式烧嘴喷出的流体引起的扰动只能波及到炉膛中部，作为烟气出口的烧嘴所在的后半部分炉膛内流场表现的很规则，紊乱度不强，但是由于采用分段控制的方式，前一段的强湍流区与后一段的弱湍流区在同一侧，平衡了流场，因此炉压波动也更小。

4 结束语

4.1 在炉段之间设置隔墙，增强了各炉段流体的湍流动能和紊乱度，加热段炉温高且炉温均匀性好，还可以减少涡流区域有利于控制炉内气氛。

4.2 采用分段控制的换向方式，蓄热式加热炉内能获得较均衡的温度场并起到减小炉压波动的作用。

参考文献

[1]钢铁厂工业炉设计参考资料编写组.钢铁厂工业炉设计参考资料（第2册）[M].北京：冶金工业出版社，1979.

[2]戴朝紅，温治，吴道洪，谢善清，吉雨，张晓力.高温空气燃烧技术在邯钢中板厂加热炉上的应用[J].工业炉，2002，05，26：21-31.