Математичне моделювання роботи регенеративних повітронагрівачів металургійного виробництва на основі CFD методу

Abstract

Розглянуто регенеративні повітронагрівачі доменних печей, які призначені для високотемпературного нагріву великих обсягів дуттьового повітря за рахунок теплоти доменного газу. Вони являють собою споруди висотою до 60 м і діаметром до 9 м. Через періодичність роботи теплообмінників даного типу, для кожної доменної печі використовують декілька апаратів, об'єднаних у блок. Повітронагрівач складається з камери горіння та насадкової камери. Насадка повітронагрівача являє собою покладені один на одного блоки з каналами для проходу теплоносія. Насадка розташовується на піднасадковому пристрої, виконаному з жароміцного чавуну. Зовні повітронагрівач закривається кожухом з низьколегованої сталі. В даний час на багатьох металургійних заводах застосовуються доменні повітронагрівачі з внутрішньою камерою горіння, основною особливістю яких є розміщення в одному корпусі паралельно камери насадки та камери горіння. Також у даних повітронагрівачах застосовується пальник за типом "труба в трубі", в яку подається доменний газ (або суміш доменного газу з природним/коксовим газом) та вентиляторне повітря горіння. Мета роботи: у результаті аналізу виконати оцінку ефективності камери горіння. Зроблений аналіз температурного поля всередині шахти та стінки кладки камери горіння на основі CFD моделювання для насадочного блоку з конічним каналом діаметром 30 мм. Виявлено, що снує значна нерівномірність фракції залишку горючих компонентів на вході в камеру насадки. Наявне неповне згоряння при використанні пальника типу "труба в трубі" та нерівномірність розподілу температур та швидкостей у вертикальному перерізі повітронагрівача по осі штуцера пальника типу "труба в трубі". Швидкості на виході зі штуцера пальника та протилежній пристінній області повітронагрівача можуть доходити до 41–43 м/с.

Regenerative air heaters for blast furnaces are considered, which are designed for high-temperature heating of large volumes of blast air due to the heat of blast furnace gas. They are structures up to 60 m high and up to 9 m in diameter. Due to the periodicity of operation of heat exchangers of this type, several devices are used for each blast furnace, combined into a block. The air heater consists of a combustion chamber and a nozzle chamber. The nozzle of the air heater is a stacked block with channels for the passage of the coolant. The nozzle is located on a sub-nozzle device made of heat-resistant cast iron. The outside of the air heater is covered with a casing made of low-alloy steel. Currently, many metallurgical plants use blast furnace air heaters with an internal combustion chamber, the main feature of which is the placement of the nozzle chamber and the combustion chamber in one housing in parallel. Also, these air heaters use a “tube-in-tube” burner, into which blast furnace gas (or a mixture of blast furnace gas with natural/coke oven gas) and fan combustion air are supplied. Purpose of work: as a result of the analysis, to assess the efficiency of the combustion chamber. An analysis of the temperature field inside the shaft and the combustion chamber masonry wall was performed based on CFD modeling for a nozzle block with a con-ical channel with a diameter of 30 mm. It was found that there is a significant non-uniformity of the fraction of the remaining combustible components at the inlet to the nozzle chamber. There is incomplete combustion when using a “pipe-in-pipe” burner and non-uniformity of the distribution of temperatures and speeds in the vertical section of the air heater along the axis of the “pipe-in-pipe” burner nozzle. The speeds at the outlet from the burner nozzle and the opposite wall area of the air heater can reach 41–43 m/s.