鞍鋼熱風(fēng)爐冷風(fēng)分配技術(shù)的研究張胤賀友多李士琦沈頤身（包頭鋼鐵學(xué)院）（北京科技大學(xué)）況進行了模擬研宄。根據(jù)對現(xiàn)有設(shè)備存在的氣流在格子磚內(nèi)分配不均勻情況，通過在支柱空腔內(nèi)設(shè)置不同的水平和垂直導(dǎo)流板，使得氣流分配盡量均勻。作為一種可行性研宄，對現(xiàn)有單側(cè)冷風(fēng)入口進行了雙側(cè)入口的模擬研究，研宄表明在現(xiàn)場條件允許的條件下，雙側(cè)入口明顯優(yōu)于單側(cè)入口。

　　1刖言高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐生產(chǎn)的特點之一，提高熱風(fēng)溫度能夠提高高爐的冶煉強度，進而提高產(chǎn)量，可通過補償物理熱加噴煤量，從兩層意義上降低焦比。提高熱風(fēng)溫度的途徑從理論上講有多種。常見的有：通過提高熱風(fēng)爐燒爐煤氣的熱值來提高熱風(fēng)爐的燃燒溫度；改進燃燒器的設(shè)計，減少空氣過剩系數(shù)來提高理論燃燒溫度。這兩種途徑都是通過提高熱風(fēng)爐的*高送風(fēng)溫度來提高平均溫度。另一類方法是不提高*高熱風(fēng)的溫度，而是延長*高送風(fēng)溫度的使用時間，進而提高熱風(fēng)的平均使用溫度。這種方法主要通過提高熱風(fēng)爐的有效蓄熱面積來實現(xiàn)。但通過加熱風(fēng)爐格子磚的加熱面積來加有效蓄熱面積所加的投資費用是巨大的。對于新設(shè)計或己建成的熱風(fēng)爐，可通過對設(shè)備進行適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計，進而提高格子磚的有效加熱面積來實現(xiàn)高風(fēng)溫。國內(nèi)外在這方面的研究日益多。國外以荷蘭胡格溫斯公司為代表在燃燒器的優(yōu)化設(shè)計方面做了大量的研究工作，取得了多項研究成果，開發(fā)了幾種各有特色的陶瓷燃燒器來提高熱風(fēng)溫度。國內(nèi)武漢鋼鐵設(shè)計研究院開展了這方面的多項研究工作，在各大鋼鐵公司取得了顯著的經(jīng)濟效益所介紹的方法。所有上述方程的計算已實現(xiàn)了軟件化，全部處理過程已形成獨立的三維流場計算機軟件包。應(yīng)用該軟件對熱風(fēng)爐內(nèi)的氣流分布進行模擬研究，進而確定出優(yōu)化設(shè)計方案。

　　3模擬研究條件鞍鋼4號高爐熱風(fēng)爐的基本情況如下，熱風(fēng)爐內(nèi)徑6.632m、高度40m，蓄熱面積25.7m2、燃燒室外徑3.45m、支柱空腔內(nèi)有18根支柱、支柱直徑0. 105m，冷風(fēng)管道直徑1. 1m、風(fēng)量2200m3/min、冷風(fēng)管道入口與熱風(fēng)爐軸線夾角50°。熱風(fēng)爐水平截面布置及其網(wǎng)格劃分如所示，其中支柱截面按面積折算為正方形，圖中數(shù)字為支柱標(biāo)號。

　　4模擬結(jié)果及討論由于格子磚內(nèi)氣體不能互通，只要氣體進入格子磚即能全部通過格子磚，因而研究時只考慮氣流在支柱空腔內(nèi)的流動，來考察氣體進入格子磚的均勻情況。應(yīng)用計算機軟件模擬計算了幾種不同情況下空腔內(nèi)的氣體分布。

　　4.1原設(shè)計條件下支柱空腔內(nèi)的氣流分布為了研究現(xiàn)有熱風(fēng)爐格子磚的利用情況，首先模擬計算了原設(shè)計條件下的氣流分布，此時支柱空腔內(nèi)氣流分布如所示，其中2―a為不同高度上的水平截面圖，k=2為底部。依次往上，冷風(fēng)入口段為6 ~13，2―b為兩個方向上的垂直截面圖，圖中空白處為不可流通區(qū)域（包括支柱、燃燒室和壁面），氣體出口的氣量（即進入格子磚的氣量）如所示。

　　從―a中可以看出，氣體從冷風(fēng)管道進入熱風(fēng)爐后，首先被支柱5進行一次分配，然后分成兩股氣流，其中左側(cè)氣流被支柱8進行二次分配，而右側(cè)氣流則被支柱6進行二次分配。這兩次氣流分配是*主要的，而其它支柱的分配作用相對弱得多�？梢娭е�的安排不是任意的，合理地安排支柱的位置本身即可起到分配氣流的作用，尤其是位于氣流主要流動方向上的支柱。氣流在整個空腔內(nèi)由于支柱的作用分成若干支流，同時存在一些回流區(qū)。在入口氣流的兩側(cè)形成兩個很弱的小回流，同時在燃燒室兩側(cè)角部同樣存在這樣的區(qū)域。從―b上看，氣流進入格子磚時總體（b）垂直截面速度分布圖改進設(shè)計條件下熱風(fēng)爐支柱空腔內(nèi)氣流分布圖是向上流動，但在入口區(qū)上部由于氣流的巨大卷吸作用，形成一個較大的向下回流區(qū)，從中可以清楚地看出這個回流區(qū)的存在。另外由于支柱5的分配不合理使得右側(cè)流量偏多，而左側(cè)本身面積較右側(cè)大許多，流量明顯不足，這也是造成中右側(cè)角部氣量很大，而左側(cè)角部氣量很小的主要原因。

　　根據(jù)以上結(jié)果和分析可以認為，原設(shè)計存在明顯的不足和缺陷，熱風(fēng)爐內(nèi)部氣流的分布存在很大的不均勻現(xiàn)象，無法充分發(fā)揮熱風(fēng)爐的潛力。4.2加設(shè)水平和垂直導(dǎo)流裝置后的氣流分布為了合理地組織氣流的分布，進而使得進入格子磚內(nèi)的氣量盡量均勻，模擬計算了加設(shè)各種不同位置、方向和大小的導(dǎo)流板進行氣流的強制分配。通過不同方案的組合，*后確定了一個較為合理的設(shè)計方案。即在入口處的上部加設(shè)1塊水平導(dǎo)流板，限制由于入口氣流的卷吸形成的回流，另在適當(dāng)位置加設(shè)10塊垂直導(dǎo)流板，與各相臨支柱相結(jié)合，進行氣流的分配，可達到均勻氣流的作用。在這種設(shè)計方案下，模擬得到的氣流分布如所示，出口氣量如所示。

　　一a顯示了入口氣流在支柱5和相聯(lián)接的垂直導(dǎo)流板共同作用下進行氣流的一次分配，這樣使得左側(cè)氣量明顯大于右側(cè)，起到了預(yù)期的作用。支柱8與相接的導(dǎo)流板以及支柱6與相接的導(dǎo)流板仍然承擔(dān)二次氣流的分配，與原來不同的僅是分配的比例不同而已。顯示了由于設(shè)置導(dǎo)流板使得出口氣流比原來均勻的情況，其中入口處的回流明顯減小，氣流分配不均勻的程度得到了改善。但可看出，即使設(shè)置了11塊導(dǎo)流板，氣流的分配仍然難以很均勻，這是由于熱風(fēng)爐設(shè)計先天性的設(shè)計不足造成的。

　　4.3雙側(cè)入口條件下的氣流分布為了探討合理的設(shè)計方案，從理論上研究了由單側(cè)入口改為雙側(cè)對稱入口情況下的氣流分布情況。具體方案為，保留原冷風(fēng)入口，同時在其左側(cè)對稱位置上設(shè)計同樣尺寸的入口，入口風(fēng)量平均分配。該設(shè)計只能在現(xiàn)場條件下允許的情況下實現(xiàn)，鞍鋼4號高爐熱風(fēng)爐由于管道及空間布置困難無法實現(xiàn)該改進方案。

　　計算得到的該設(shè)計條件下氣流分布如所示，其出口氣量如所示。

　　從中看出，由于氣流從對稱的入口進入熱風(fēng)爐，僅僅依靠支柱的分配作用基本能夠消除空腔內(nèi)的弱流區(qū)，包括在單側(cè)入口時很難消除的角部弱流區(qū)。清楚地顯示了出口氣量的情況，除入口處由于卷吸引起的回流區(qū)外，各部分氣流要均勻得多，而且兩個回流區(qū)也比原來小許多。

　　5結(jié)論通過對所研究熱風(fēng)爐在幾種條件下的氣流分布進行研究，可以得出以下幾點結(jié)論：（1）原設(shè)計熱風(fēng)爐存在明顯的氣流分布不均勻現(xiàn)象，造成熱風(fēng)爐部分蓄熱面積的浪費，無法充分發(fā)揮格子磚的加熱能力。

　　通過設(shè)置一定的導(dǎo)流板可以起到均勻氣流的作用，進而提高格子磚的利用率，對提高熱風(fēng)爐的熱效率具有重要的意義。但也發(fā)現(xiàn)對于原設(shè)計的缺陷很難通過這樣的方法徹底改變。

　　作為一種方案的選擇，如對現(xiàn)有熱風(fēng)爐如果將單側(cè)入口改為雙側(cè)入口，氣流分布的不均勻性將得到很大的改善，建議在現(xiàn)場條件允許的情況下，盡量采用雙側(cè)入口的設(shè)計方案。

　　通過研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)爐本身的支柱具有重要的氣流分配作用，設(shè)計合理的支柱排列方式對于均勻氣流具有不可替代的作用，建議設(shè)計部門在設(shè)計新的熱風(fēng)爐時認真考慮支柱的排列問題。