[科普中国]-燃烧期

热风炉

热风炉，是热动力机械，于20世纪70年代末在我国开始广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。热风炉品种多、系列全，以加煤方式分为手烧、机烧两种，以燃料种类分为煤、油、气炉等。

高炉使用热风冶炼，可使炼铁工序消耗的燃料量大幅度地降低。热风炉是一种周期性工作的装置，它有两个工作期：燃烧期和送风期，两个工作期周期地轮换。在燃烧期中，气体燃料在热风炉的燃烧器中燃烧产生高温烟气，高温烟气从热风炉格子砖的孔洞中通过，把热量传给格子砖，烟气在加热格子砖的同时，本身的温度下降，烟气被格子砖冷却后，通过烟道管从烟囱排入大气。从上述内容中可知，格子砖是一种传热介质，在把冷风加热成热风的过程中，起着极其重作用。1

燃烧期简介燃料在燃烧室燃烧经过三个阶段，即点火延迟期、急燃烧期和后燃烧期。

燃烧室内从火焰中心形成到火焰传播至燃烧末端的过程叫明显燃烧期。经过引燃期后火焰中心形成后，即发生火焰传播现象，火焰面以扭曲近似球面的形状，不断地向未燃混合气推进，使混合气逐层燃烧释放出热量，直至遍及整个燃烧室，这种现象称为火焰传播。

确定合理的燃烧、送风周期热风炉是燃烧、送风交替循环进行的，一个周期包括燃烧、送风和燃烧与送风转换操作3部分的时间。转换操作的时间短而固定，一般为0.17，所要选定的主要是燃烧时间和送风时间。燃烧是蓄热过程，时间越长蓄热越多，但它受顶温和烟道温度的限制。送风是放热过程，时间越长，虽然放出的热量越多，但风温却越来越低;而且由于顶温和烟道温度降低幅度很大，必须有较长的燃烧时间才能使积蓄的热量达到下次送风的要求。因此燃烧期与送风期是相互制约的。合理的燃烧和送风周期应该根据热风炉座数、送风方式和高炉所需风温水平选定。从风温水平出发，使送风期内放出的热量正好能在燃烧期内蓄积起来，既不造成热量的亏欠，也不至造成达到蓄积热量要求后的减烧、停烧，使热风炉的能力得到充分发挥。

例如，当高炉有3座热风炉时可采用的制度为二烧一送、一烧二送和半交叉并联。这样燃烧周期和送风周期就可定为二烧一送时送风周期1h、燃烧周期1.83，半交叉并联时送风周期1.5h、燃烧周期1.33h，一烧二送由于燃烧周期过短，很少采用。

影响热风炉燃烧期格子砖温度分布因素为优化热风炉设计，提高热风温度，建立了热风炉蓄热室内传热过程的数学模型，设计了应用程序软件，探讨了不同的操作参数如操作制度、操作周期等和高度对格子砖温度场分布、气体温度分布和格子砖蓄热量的影响。结果表明：烟气和格子砖的温度在高度上呈线性变化；通过将单位时间的煤气量翻倍左右进行强化燃烧的方式可以将燃烧期缩短为原来的一半，并且能使格子砖蓄热量达到要求的水平；当蓄热室高度降为原来的79.8%时，其蓄热量仅为原来的91.9%，但如果在条件允许的情况下同时将燃烧时间延长为原来的1.2倍就可达到原来蓄热量的96.5%；当周期延长20%蓄热量增大11.7%，周期延长40%蓄热量增人1.95%，可见周期的影响是逐渐减小的。2

燃烧期格子砖温度分布规律中国是钢铁大国，却不是钢铁强国。近年来，我国高炉炼铁技术处于高速发展阶段，但是在热风温这项技术指标上却一直停滞不前。国际先进钢铁企业的热风温度在 1300℃，而我国大部分钢铁企业热风温度在1100℃以下，这严重制约了我国高炉炼铁技术进步的前进步伐。提高热风温度是提高高炉产量降低焦比和能源消耗的有效措施。一般每提高 100℃的风温可以降低焦比 15～20kg/t 铁，增加喷煤量约 30kg/t 铁，所以提高风温既可以降低焦比，又可以增加喷煤量，从而获得良好的经济效益。

郭敏磊等为优化热风炉设计，建立了热风炉蓄热室内传热过程的数学模型，制作了应用程序软件，探讨了不同的格子砖物性参数如导热系数、比热容和密度等对格子砖温度场分布、气体温度分布和格子砖蓄热量的影响。

主要结论如下：

（1）设计热风炉时要综合考虑各种影响因素对气体和格砖温度分布的影响，才能使热风炉利用效率更高。

（2）随着时间的推进，出口处烟气和格砖内壁的温差在逐渐减小，高度上的温度变化率也在减小并在蓄热室不同材质格砖的交界面上都存在波动。

（3）格砖的温度梯度沿着径向在逐渐减小，设计热风炉时应计算格砖的烧透深度，如果设计的格砖厚度太大，则格砖被烧透的时间要变长，这样就浪费了其蓄热能力。

（4）热风炉蓄热室格子砖在燃烧加热过程中的温度差主要集中在高度方向上和随时间的变化上，而在径向上温差比较小，本次计算中温差不超过 3℃。

（5）蓄热体导热系数越大，蓄热体表面和内部的温度差别就越小，可以迅速地将热量由表面传至中心，充分发挥其蓄热能力，如果条件允许可在增加导热系数的同时适当增加格砖的厚度，以提高其强度和蓄热量，增大蓄热能力，导热系数还对相同时间条件下的饱和温度和最终温度有一定的影响，但影响不大，导热系数的影响力随其逐渐增大而减小，因此设计时不要单纯考虑增大导热系数，还要考虑成本因素。

（6）密度和比热容对气体和格砖的温度分布影响十分相似，并且都会使得蓄热体内外达到饱和温度的时间都要向后延迟，真正起决定性作用的是密度和比热容的乘积，我们可以把它称作单位体积格砖的蓄热能力，热风炉的蓄热是格砖的导热系数、密度和比热综合影响的结果，另外密度和比热还会一定程度地影响格子砖的温度传播速度，它们的影响力也随其增大而减小。3