【摘要】：長(zhǎng)壽、高效、節(jié)能和環(huán)保是衡量熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)水平的重要指標(biāo),隨著高爐大型化的不斷發(fā)展,熱風(fēng)爐作為高爐的送風(fēng)設(shè)備,更高的設(shè)計(jì)風(fēng)溫以及更高的工作壓力也帶來(lái)了更多的安全隱患,熱風(fēng)爐系統(tǒng)各類(lèi)安全問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。因此,對(duì)熱風(fēng)爐的受力與變形、格子磚的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究十分必要。本文針對(duì)前人研究存在的不足之處及實(shí)際熱風(fēng)爐破損情況,對(duì)目前使用的兩種典型熱風(fēng)爐本體爐殼、熱風(fēng)支管及熱風(fēng)總管管殼及熱風(fēng)爐本體耐火內(nèi)襯的受力及變形進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究,通過(guò)分析其各向應(yīng)力、應(yīng)變與位移分量,研究各處變形發(fā)生的機(jī)理,并對(duì)影響蓄熱室格子磚換熱的因素進(jìn)行分析,為熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)、操作中有針對(duì)性的降低各處受力、變形及提高風(fēng)溫奠定基礎(chǔ)。以上研究為熱風(fēng)爐的長(zhǎng)壽及高效設(shè)計(jì)、操作及維護(hù)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。(1)建立了包含熱風(fēng)爐預(yù)燃室、燃燒室、蓄熱室、熱風(fēng)支管、熱風(fēng)總管、熱風(fēng)閥、拉桿、波紋補(bǔ)償器在內(nèi)的兩種典型頂燃式熱風(fēng)爐及管道爐殼熱彈塑性應(yīng)力數(shù)學(xué)物理模型,并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照,計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。(2)通過(guò)對(duì)A型熱風(fēng)爐及管道系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,計(jì)算了盲板力作用下熱風(fēng)爐本體、總管及支管鋼殼的應(yīng)力及位移分布。在盲板力作用下,熱風(fēng)爐爐殼及熱風(fēng)總管發(fā)生不同程度的伸長(zhǎng)及彎曲變形,導(dǎo)致支管兩端扭曲變形,引發(fā)不同程度應(yīng)力集中,熱風(fēng)出口上部、下部發(fā)生塑性應(yīng)變。(3)研究了在燃燒期與送風(fēng)期的循環(huán)工作過(guò)程中熱風(fēng)爐本體、總管及支管鋼殼反復(fù)變形。A型熱風(fēng)爐本體爐殼反復(fù)升高、降低并靠近、遠(yuǎn)離熱風(fēng)總管,熱風(fēng)支管反復(fù)伸長(zhǎng)或縮短,熱風(fēng)總管反復(fù)的靠近、遠(yuǎn)離熱風(fēng)爐本體,各支管補(bǔ)償器隨支管反復(fù)伸長(zhǎng)或縮短,總管補(bǔ)償器長(zhǎng)度變化很小。(4)對(duì)含4座熱風(fēng)爐的B型熱風(fēng)爐及管道系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,研究了不同管道布局、操作制度以及主要設(shè)計(jì)、操作參數(shù)對(duì)爐殼受力、變形的影響,并與A型熱風(fēng)爐進(jìn)行比較。B型熱風(fēng)爐本體爐殼受力與A型熱風(fēng)爐相似,但管道變形存在差異。在燃燒期與送風(fēng)期的循環(huán)工作過(guò)程中,B型4座熱風(fēng)爐分別位于總管兩側(cè),熱風(fēng)總管基本保持在總管中軸線附近;A型熱風(fēng)爐位于總管同側(cè),總管有明顯遠(yuǎn)離熱風(fēng)爐的趨勢(shì)。此外,B型熱風(fēng)爐同側(cè)交替工作狀態(tài)下熱風(fēng)總管位移比相對(duì)交替狀態(tài)下小,但各補(bǔ)償器長(zhǎng)度變化較大。(5)建立了 B型頂燃式熱風(fēng)爐耐火內(nèi)襯熱彈性應(yīng)力數(shù)學(xué)物理模型,對(duì)耐火材料在高溫及耐火磚自身重力因素的作用下受力及變形進(jìn)行研究分析,并與熱風(fēng)爐爐殼受力變形狀態(tài)相結(jié)合,分析了熱風(fēng)爐耐火材料及爐殼間的相互作用。計(jì)算不同載荷下的熱風(fēng)爐本體內(nèi)襯變形情況,發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)爐內(nèi)襯發(fā)生損壞可能性較高的區(qū)域有兩處:在熱風(fēng)出口上部,耐火材料沿內(nèi)襯圓周方向受拉、伸長(zhǎng),內(nèi)襯較易松動(dòng),導(dǎo)致無(wú)法承受上方磚重;熱風(fēng)出口以上、燃燒室錐段下部,內(nèi)襯向外擴(kuò)張最明顯,沿圓周方向受拉、伸長(zhǎng),內(nèi)襯圓周方向極有可能松動(dòng)或出現(xiàn)縫隙,這一結(jié)論與實(shí)際熱風(fēng)爐破損相符。(6)建立了蓄熱室格子磚二維傳熱數(shù)學(xué)模型,提出了最優(yōu)混風(fēng)量的計(jì)算方法,得到了最優(yōu)混風(fēng)量。隨著活面積的增大,風(fēng)溫升高,當(dāng)活面積超過(guò)臨界值時(shí),高溫區(qū)向下擴(kuò)展,送風(fēng)期溫降加快,所需最優(yōu)混風(fēng)量增大,風(fēng)溫降低。隨著格孔直徑的減小、導(dǎo)熱系數(shù)的升高、比熱容的減小、當(dāng)單位體積風(fēng)量消耗的燃?xì)鉁p小、CO濃度的減小、預(yù)熱溫度的降低、空氣過(guò)剩系數(shù)的降低,最優(yōu)活面積逐漸減小。另外,隨著空氣過(guò)剩系數(shù)的升高,最高送風(fēng)溫度呈先增大,后減小的趨勢(shì),存在最合適的空氣過(guò)剩系數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TF578
【圖文】：

邐頂燃式熱風(fēng)爐受力分析及格子磚優(yōu)化研宄邐逡逑過(guò)程以及改進(jìn)煤氣、空氣通道結(jié)構(gòu)，使煤氣在空氣過(guò)剩系數(shù)較低的條件下可逡逑以充分燃燒；二、改善蓄熱室的氣流分布，加強(qiáng)氣體和格子磚之間的熱交換；逡逑三、對(duì)熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，延長(zhǎng)熱風(fēng)爐使用壽命。逡逑

圖２－２各種送風(fēng)制度的時(shí)間分配逡逑生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)熱風(fēng)爐其它條件相同時(shí)，工作周期或送風(fēng)制度的改變逡逑都會(huì)影響熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)爐熱效率［１７］—［１９］，圖２－２為熱風(fēng)爐常見(jiàn)的各種操作逡逑制度。逡逑（２）燃燒制度逡逑選擇合理的燃燒操作制度對(duì)提高熱風(fēng)溫度非常重要。熱風(fēng)爐的合理燃燒逡逑有三點(diǎn)要求：一是單位時(shí)間燃燒的煤氣量大；二是燃燒完全；三是熱損失最逡逑�。郏玻Γ�。燃燒操作制度一般有普通燃燒和快速燃燒兩種基本燃燒制度。普通燃逡逑燒是在整個(gè)燃燒期內(nèi)，拱頂溫度逐步升高，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到設(shè)定的拱逡逑頂溫度，蓄熱時(shí)間較短，而且煤氣燃燒不完全，熱效率降低，因此，這種燃逡逑燒顯然是不合理的。熱風(fēng)爐的快速燃燒制度早在五十年代初就廣泛推行了，逡逑快速燃燒主要是以較小的助燃空氣量促使拱頂溫度盡快升高，拱頂溫度達(dá)到逡逑設(shè)定值后進(jìn)入蓄熱期。快速燃燒制度一般有以下兩種操作方法：（１）固定空逡逑氣量，調(diào)節(jié)煤氣量。在整個(gè)燃燒期內(nèi)，空氣量始終不變，用調(diào)節(jié)煤氣量的方逡逑－８－逡逑

等［２８］建議開(kāi)發(fā)新型格子磚，通過(guò)減小格孔直徑來(lái)達(dá)到增加格子磚蓄熱面積的逡逑目的。格子磚的開(kāi)發(fā)是高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐設(shè)計(jì)的重要課題之一［２９］。常見(jiàn)格子磚的逡逑磚型如圖２－３所示。逡逑ｍｍｍ逡逑ＴＯＴ逡逑圖２－３常見(jiàn)格子磚的磚型逡逑熱風(fēng)爐在一定送風(fēng)周期條件下，格子磚應(yīng)有一個(gè)合適的換熱面積與磚重逡逑的比值。單位體積換熱面積保證在單位時(shí)間內(nèi)格子磚和流體之間具有足夠的逡逑熱交換面積，單位體積的格子磚重保證有充足的熱量存儲(chǔ)。鄭州安耐克實(shí)業(yè)逡逑有限公司成功研制了幾種典型的小格孔高效蜂窩格子磚［３Ｇ］。隨著格孔直徑的逡逑減小，格子磚各項(xiàng)熱工特性逐漸改善。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于熱風(fēng)爐逡逑上部格子磚長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，同時(shí)受到從爐頂、火道以及高爐煤氣中粉塵逡逑的侵蝕，格子磚容易局部渣化，格孔直徑過(guò)小容易導(dǎo)致格子磚發(fā)生堵塞［３１］。逡逑鄭州豫興耐火材料有限公司開(kāi)發(fā)了格孔互通的均壓均流格子磚，改變了蓄熱逡逑體的結(jié)構(gòu)，使蓄熱體內(nèi)的氣流分布分布更加均勻，從而有效的提高了蓄熱體逡逑的通氣率和利用率

本文編號(hào)：2743688