富氧燃燒條件下鋼坯加熱特性的數(shù)值模擬

張 斌, 尹少武,2, 張文聰, 盧世杰, 童莉葛,2, 王 立,2

(1. 北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院, 北京 100083;2. 北京科技大學(xué) 冶金工業(yè)節(jié)能減排北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083)

在鋼鐵工業(yè)中,軋鋼加熱爐的作用是加熱鋼坯,使鋼坯內(nèi)外溫度均勻和提高鋼坯的塑性,以滿足軋制工藝的要求[1-2]。在世界能源短缺和全球氣候變化的過(guò)程中,發(fā)展綠色低碳的工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量是十分必要的[3]。富氧燃燒作為一種高效的燃燒節(jié)能技術(shù),與傳統(tǒng)的空氣燃燒相比,富氧燃燒可以提高火焰溫度,強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱,減少排煙熱損失,提高煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù),有利于CO2的捕集[4]。同時(shí)氧氣生產(chǎn)成本太高,限制了氧氣在燃燒過(guò)程中的廣泛應(yīng)用。此外,如果在現(xiàn)有的加熱爐上直接采用氧氣助燃,由于火焰結(jié)構(gòu)和耐火材料性能等問(wèn)題,需要對(duì)加熱爐的燃燒器和爐體等結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅度改造。可能的解決方案是在常規(guī)的燃燒器中采用富氧氣體助燃時(shí)降低氧氣濃度。

Karimi等[5]采用FVM法對(duì)加熱爐內(nèi)輻射熱通量進(jìn)行模擬,研究了不同富氧條件下噸鋼能耗、產(chǎn)量增長(zhǎng)和熱效率。結(jié)果表明,富氧濃度的最佳范圍為21%～45%(體積分?jǐn)?shù))。Gao等[6]研究了氧氣體積分?jǐn)?shù)為26%的富氧燃燒對(duì)脈沖燃燒間接加熱爐性能的影響。研究表明,與空氣燃料燃燒相比,富氧燃燒的板坯出爐溫度提高了2.9%。Prieler等[7]模擬了步進(jìn)式加熱爐在氧氣體積分?jǐn)?shù)25%下的燃燒情況,發(fā)現(xiàn)與空氣-燃料燃燒相比,富氧燃燒加熱區(qū)的加熱速率更高并且富氧可節(jié)省8%的燃?xì)狻！?br>