Dome Combustion Hot Blast Stove for Huge Blast Furnace

In Shougang Jingtang 5 500m 3 huge blast furnace ( BF ) design , dome combustion hot blast stove ( DCHBS ) technology is developed.DCHBS process is optimized and integrated , and reasonable hot blast stove ( HBS ) technical parameters are determined.Mathematic model is established and adopted by computational fluid dynamics ( CFD ) .The transmission theory is studied for hot blast stove combustion and gas flow , and distribution results of HBS velocity field , CO density field and temperature field are achieved.Physical test model and hot trail unit are established , and the numeral calculation result is verified through test and investigation.3-D simulation design is adopted.HBS process flow and process layout are optimized and designed.Combustion air two-stage high temperature preheating technology is designed and developed.Two sets of small size DCHBSs are adopted to preheat the combustion air to 520-600℃.With the precondition of BF gas combustion , the hot blast stove dome temperature can exceed 1 420 ℃. According to DCHBS technical features , reasonable refractory structure is designed.Effective technical measures are adopted to prevent hot blast stove shell intercrystalline stress corrosion.Hot blast stove hot pipe and lining system are optimized and designed.After blowing in , the blast temperature keeps increasing , and the monthly average blast temperature reaches 1 300℃ when burning single BF gas.

燃烧室火焰筒头部性能对比试验

根据前期某型发动机燃烧室头部降低冒烟数性能试验结果,火焰筒头部结构存在高温烧蚀变形痕迹,为保证该结构工作可靠性和使用寿命,将原型燃烧室火焰筒头部传统的孔板+挡溅板的冷却结构改进为带有一定角度的收敛双锥形冷却结构,并在单管燃烧试验器、扇形燃烧室试验件上采用连续气源、模拟参数进行了性能对比试验,录取了改进前后2种头部的点熄火边界、燃烧效率及头部壁温。结果表明:在同工况下,改进后的火焰筒头部着火余气系数更大,点火边界更宽;贫油熄火边界相当;燃烧效率基本相当,均大于0.99,符合性能要求;改进后火焰筒头部壁温较原型的有较大降低,温度分布更均匀。

基于数值方法的燃气轮机贫预混旋流燃烧室单头部结构设计

为分析贫预混旋流燃烧室头部结构特性影响,采用计算流体力学方法研究了中心体端面形状、空气流量,燃料喷孔数量、位置,以及头部扩张比对燃烧火焰、流场及火焰动态响应的影响。结果表明:空气流速增大到一定值后,火焰形态基本保持不变;增加压力面燃料孔数量,高放热率区集中在中心回流区根部,同时增加压力面和吸力面燃料孔数量使得中心回流区根部温度更低,有降低热力NOx的趋势;增加火焰筒直径,有助于中心回流区沿径向扩张,导致火焰更长、更细;将中心体端面改成椭圆,会缩短火焰轴向长度;改变中心体端面形状基本不影响火焰传递函数幅值和相位,但增加燃料孔数量明显改变火焰传递函数相位。

非壅塞固体火箭冲压发动机二次燃烧试验研究

通过直连式试验研究非壅塞固体火箭冲压发动机二次燃烧影响因素。试验结果表明,当空燃比在一定范围内变化时,若空燃比变大,则燃烧效率升高,当空燃比达到一定程度后再增加,则燃烧效率降低;对于铝镁贫氧推进剂取较小的后置长度时燃烧效率较高;与两股燃气射流向外喷射相比,两股燃气射流向内喷射的燃烧效率明显高;燃气射流与空气流在进气道出口直接撞击不利于燃烧效率的提高。

两池火耦合作用下柴油拱顶罐热响应的数值模拟

化工园区多池火事故是典型的高后果低概率事件。鉴于目前两池火辐射模型存在一定局限性,本文采用数值模拟方法,以3个直线排布的5000m^3柴油拱顶罐为研究场景,从热释放速率、火焰形态、热辐射强度三方面分析两池火燃烧特性,并与单池火场景对比,考虑储罐间距这一影响因素,进一步研究目标储罐热响应。结果表明:采用GB 50160—2008(2018年版)规定的防火间距,两燃烧罐产生的池火会发生耦合作用,并得出目标储罐受到的热辐射强度分布,最高热辐射达17.04kW/m^2;两池火作用下目标储罐的温度、Mises应力与失效时间分别为644℃、356MPa、936s,单池火为488℃、280MPa、2880s,目标储罐在两池火作用下的变形也比单池火更为严重;随着储罐间距增加,目标储罐的温度与Mises应力逐渐减小,失效时间逐渐增加,当储罐间距为标准防火间距的2.5倍(20m)时,失效时间为2800s,与单池火作用产生的失效时间2880s较为接近。本研究可为优化储罐防火间距及区域韧性提升提供理论指导。

热风炉提高风温的几点浅见

综述了热风炉提高风温的主要途径 :采用空煤气预热和高效能陶瓷燃烧器技术提高理论燃烧温度和拱顶温度 ;增大单位体积格砖的换热面积和采用均匀配气技术加强蓄热室内的热交换 ;同时在热风炉的不同部位选用不同材质的耐火材料 ,实现良好的保温效果 ;在此基础上适当缩短送风周期时间 ,并采用合理的操作制度。适当评价了各种技术对提高风温的效果。

燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术。因此本文创新性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部,建立了航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台,验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明,与正常燃烧相比,施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高,在输入电压U_(0)=240V,余气系数α=0.8的工况下,等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后,燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善,在α=0.8的富油工况下,出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高,熄火边界扩展程度越明显,相比于正常工况条件下,施加等离子体助燃后,输入电压为240V时的熄火边界扩宽了7.34%。

滑动弧放电等离子体激励的值班火焰头部放电特性实验

滑动弧放电等离子体在拓宽燃烧室点熄火边界、缩短点火延迟时间、提高燃烧效率等方面具有显著优势。在已有燃油裂解头部的基础上,优化滑动弧放电位置,创新地研制了基于滑动弧放电等离子体激励的燃烧室值班火焰头部,并对其放电特性开展了实验研究,着重分析了不同空气流量和输入电压对电弧动态特性、滑动模式、平均击穿电压、平均功率、平均旋转角速度的影响。结果表明:提出的方案能在文氏管与燃油喷嘴之间形成稳定的旋转滑动弧放电区域,同时存在两种不同的放电模式,即steady arc gliding(A-G)模式和breakdown gliding(B-G)模式,受空气流量和输入电压的显著影响,当空气流量小于200L/min时,在140~240V的输入电压下,主要以A-G模式放电,随着空气流量的增加向B-G模式发展,而随着输入电压的增加,A-G模式占比逐渐增大;放电平均击穿电压、旋转角速度随着输入电压的增加或空气流量的减小而减小,但平均功率随输入电压的增大而增大。

补燃室头部距离对固冲发动机二次燃烧的影响

补燃室头部距离是影响固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的关键参数,采用数值模拟的方法研究分析了该参数对固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的影响,数值结果与同等条件下实验结果的对比分析表明:补燃室头部距离的增大,可增大头部的漩涡区,从而使固相颗粒在补燃室头部的驻留时间得以延长,这对固相颗粒的点火燃烧十分有利,但对提高整个补燃室掺混燃烧效率的作用有限,因此补燃室长度一定的情况下,存在一个最佳的头部距离。

单头部燃烧室流场PIV试验测量

航空发动机燃烧室内流场结构直接影响燃油雾化、油气掺混以及燃烧性能,本文采用粒子图像速度仪(Particle image velocimetry,PIV)对某单头部基准燃烧室内的冷态流场和燃烧流场分别进行了试验测量。在冷态流场试验中,研究了进口空气流量变化对燃烧室内的流场结构、回流区尺寸大小变化的影响规律;而燃烧流场试验测量分别研究了进口空气流量和油气比变化对燃烧流场结构的影响。试验结果表明:由于下壁面中间主燃孔进气射流的强烈影响与挤压,导致旋流器出口处横向截面上的旋转气流不是一个完整的旋流气流;燃烧流场与冷态流场相比,其流场结构基本相似,但中心回流区宽度稍变瘦,随着油气比的增大,中心回流区逐渐变瘦,宽度变窄;随着油气比的增加,轴向速度逐渐变大、回流负速度变大;燃烧流场测量中,在燃烧室头部较好地捕捉到喷嘴喷出的油雾锥上油珠的速度大小。

贫油预混预蒸发燃烧室燃烧不稳定性试验研究

为研究贫油预混预蒸发燃烧室燃烧不稳定性及其与污染排放之间的相互影响关系,针对一种中心分级的贫油预混预蒸发圆形单头部燃烧室为研究对象,在巡航状态、85%工况和100%工况(模拟)开展了圆形单头部燃烧室沿程压力脉动和燃烧性能的测量,分析研究了燃烧不稳定性的变化规律和影响因素以及与NO_x排放的相互关系。试验结果表明,燃油分配比例、头部当量比、燃烧室进口参数(压力、温度、速度等)都对燃烧不稳定性有影响,且影响程度不同;燃烧室压力脉动和NO_x排放指数均与火焰筒头部当量比呈正相关关系,两者在一定程度上协同变化。

韶钢6号高炉热风炉改造施工技术

基于韶钢原6号高炉内燃式热风炉风温低等现象,对原有的燃烧室、拱顶、燃烧器和球顶结构进行彻底改造,提出了从凉炉开始到改造施工结束相应采取的最优方案。经实践检验,热风炉施工技术的改造不仅可以延长热风炉使用寿命,降低资源消耗,减轻施工人员的劳动强度,还可提高施工质量,确保高炉优质高产、安全经济运行。

三旋流器加装外套环对燃烧性能的影响

对带有两种不同头部结构(基准型为方案1,头部加装外套环为方案2)的三旋流单头部燃烧室进行了研究,对有两种头部结构的燃烧室进行了流场和燃烧场的数值模拟,在相同的进口试验条件下,用燃气分析法和15点测温耙分别测量了两种头部的燃烧效率、出口冒烟数和出口温度场.结果表明:三旋流器的燃烧效率超过了99.7%,加装外套环后其流场、温度场分布均较基准型有所改善,回流区更加饱满,油气混合和燃油雾化效果增强,出口温度分布系数(OTDF)和出口冒烟数分别降低了36%和25%.

首钢京唐BSK顶燃式热风炉的燃烧技术

为开发5 500m3高炉BSK顶燃式热风炉技术,对顶燃式热风炉的燃烧机制和燃烧特性进行了研究。采用CFD数学仿真模拟研究了BSK顶燃式热风炉环形陶瓷燃烧器的燃烧机制,解析了顶燃式热风炉燃烧室内气体的混合、流动以及燃烧过程,计算分析了顶燃式热风炉燃烧过程的速度场、温度场以及浓度场分布。通过对实体热风炉的冷态测试,验证了CFD数学仿真计算的结果。研究结果表明,BSK顶燃式热风炉采用旋流扩散燃烧技术使燃烧过程速度场、温度场和浓度场分布均匀对称,并可以有效控制火焰长度和火焰形状,使煤气在拱顶空间内充分燃烧。速度场、温度场和浓度场的分布与煤气和助燃空气的初始分布有直接关系。通过燃烧器喷嘴结构优化设计可以显著提高空气与煤气混合的均匀性,改善燃烧室内浓度、温度分布以及火焰形状。

首钢京唐5500m^3高炉采用的新技术

介绍了首钢京唐钢铁厂5 500 m3高炉设计特点和采用的先进技术。高炉设计中采用合理炉料结构、炉料分级入炉技术;自主设计开发了并罐式无料钟炉顶设备和炉料分布控制技术;采用纯水密闭循环冷却、铜冷却壁、薄壁内衬等高炉综合长寿技术,高炉设计寿命25年;采用高风温顶燃式热风炉和助燃空气高温预热技术,设计风温1 300℃;采用平坦化出铁场和铁水直接运输工艺、环保型螺旋法渣处理工艺;设计开发了特大型高炉煤气全干法布袋除尘技术;采用并罐式浓相喷煤技术;设计了完备的自动化检测和控制系统以及环境除尘系统,使高炉生产实现了"高效、低耗、长寿、清洁"的目标。

首钢京唐5500m^3高炉BSK顶燃式热风炉设计研究

介绍了首钢京唐钢铁厂5 500m3高炉BSK顶燃式热风炉的设计创新。优化集成了特大型顶燃式热风炉工艺;研究开发了助燃空气两级高温预热技术和顶燃式热风炉高效陶瓷燃烧器。根据顶燃式热风炉特性设计了合理的拱顶和陶瓷燃烧器结构;采用高效格子砖,优化了蓄热室的热工参数与结构,确定了合理的热风炉蓄热面积。优化热风炉炉体内衬设计;采用了有效防止热风炉炉壳晶间应力腐蚀的技术措施。根据蓄热室传热计算,合理配置了热风炉炉体耐火材料,提高了耐火材料技术性能。优化热风管道系统耐火材料结构设计,使热风管道系统合理化并满足1 300℃高风温的要求。高炉投产后热风温达到设计水平,实现月平均风温1 300℃。

顶燃式热风炉高温低氧燃烧技术

NOx是制约热风炉实现高风温长寿的主要技术障碍。为有效抑制和降低热风炉燃烧过程生成的NOx,研究分析了NOx的生成机制,运用热力型NOx生成模型计算了热风炉燃烧过程NOx生成速率和生成量,开发设计了基于高温低氧燃烧技术(HTAC)的新型顶燃式热风炉,采用CFD仿真模型对比研究了常规热风炉和高温低氧热风炉的燃烧过程和特性。计算得出2种热风炉的温度场分布和火焰形状、浓度场分布以及NOx的浓度分布。研究结果表明,高温低氧热风炉的温度场分布均匀,在相同拱顶温度下,NOx生成量仅为80×10-6,比常规热风炉降低约76%。高温低氧热风炉可以获得更高的风温并可以有效减少NOx排放,实现热风炉高效长寿和节能减排。

受限空间内三级旋流流场和燃烧性能研究

为研究受限空间内三级旋流器流场特征和对应的燃烧性能,对不同方案三级旋流器开展了试验和仿真研究,分析了2种典型流场(贴壁流场和锥形流场)特性及其对火焰形态、燃烧室性能指标的影响。结果表明,通过控制三级孔特征可实现三级旋流器下游贴壁流场和锥形流场之间的转变。三级孔为30°时,旋流器的高湍动能有利于强化燃油雾化,同时形成贴壁的大尺寸回流区有利于燃油在主燃区的空间扩散和均匀分布,能够改善燃烧室点熄火性能,但会导致主燃区火焰筒壁温较高。