热风炉换炉过程对热风阀流场的影响.pdf

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1、热风炉换炉过程对热风阀流场的影响中冶南方工程技术有限公司(湖北武汉430223)窦刚【摘要】针对某钢铁厂热凤阀的阀体出口侧水冷圈密封面的下端出现大量沟痕的现象，深入分析了热风炉换炉过程对热风阀流场的影响。在详细研究热风炉换炉工况的基础上，使用ANSYSFluent对最有可能造成沟痕现象的工况进行了流场仿真，并将该工况下的流场同正常送风工况下的流场进行对比，指出造成上述沟痕的原因是该工况下的热风冲刷腐蚀，并提出了相应的解决措施。【关键词l热风阀冲刷腐蚀流场有限元分析一、前言热风阀是高炉热风炉系统中不可缺少的重要阀门，主要由阀板、阀体和阀盖等部分组成。其应用在热风炉系统中的热风出口处

2、，起切换热风输送的作用。随着高炉的热风温度和压力不断提高，热风阀的工作条件越来越严酷，常年在900—1350℃和约0．4MPa压力的条件下工作，是热风炉阀门系统中工作条件最恶劣的设备。某钢铁厂在生产实践中发现热风阀的阀体出口侧的密封面下端出现大量沟痕，并且后期有很大概率发展为裂纹并漏水，最终使热凤阀报废。根据外观判断，这些沟痕属于热空气高速冲刷造成的冲刷腐蚀。热风阀在完全打开正常送风时，热风流场对阀体密封面的冲刷在圆周上是较为均匀的，不存在某一区域冲刷特别严重的情况；而热风炉换炉过程中的管道内流场情况和正常送风时有很大不同。为了确定造成这些沟痕的具体原因，50然嬲：Ⅲ伸期本文将研

3、究热风炉换炉过程对热风阀流场的影响。二、高炉热风炉换炉工艺简介高炉热风炉系统参如图l所示。热风炉按燃烧期、送风期周期循环方式作业，为保证向高炉连续送风，一般每座高炉配置34座热风炉交替工作。在热风炉进行换炉时，当新送风的热风炉的热风阀没有完全打开时，原送风的热风炉仍需要保持送风，直到新送风的热风炉达到正常工作状态后，原送风的热风炉才停止送风。令风图1高炉热风炉(外燃式)系统示意1．烟囱2．冷风阀3．充压阀4．热凤炉5．混风室6．热风阀7．高炉目前，热风炉换炉的工艺流程一般如下：1)热凤炉从燃烧期转为送风期：关煤气调节阀一关煤气切断阀(同时开启煤气吹扫阀进行管道吹扫)一关空气调节阀

4、一关空气切断阀斗一关煤气燃烧阀(同时耱M扰砌厩川最怕曲Ⅲ∥池金肌渔批册挪旦o／／上。彳叫卜U砼挺骶3，-●打开煤气放散阀斗一关烟道阀，此时热风炉处于“闷炉”状态)一开冷风充压阀进行均压一冷风阀前后压差达到规定值后，全开冷风阀一开热风阀(或开热风阀一开冷风阀)。此时热风炉进入“送风”状态。对于具体钢铁企业，冷风阀和热风阀的开启顺序可能有所不同。2)热风炉从送风期转为燃烧期：关冷风阀一关热风阀(此时热凤炉处于“闷炉”状态)一开废气阀(热风炉均压)一烟道阀前后压差到达规定值后，开烟道阀斗关废气阀一开煤气燃烧阀(同时关闭煤气放散阀)一开空气切断阀一开煤气切断阀一小开空气调节阀--．／J,

5、开煤气调节阀一已点火一开空气调节阀一开煤气调节阀。此时热风炉由“送风”转为“燃烧”状态。三、各种换炉工况下热风阀内空气流动j情况根据前述的换炉工艺，可以推断出在各种换炉工况下通过热风阀的热空气大致流动情况。(1)若热风炉需要从燃烧期转为送风期当换炉指令下达后，先打开充压阀，使冷空气进入热风炉内部，结束闷炉状态；在达到设定压力后，工艺流程根据具体的钢铁企业有所区别：1)先开启冷风阀，再开启热风阀。在热风阀开启的过程中，由于冷风阀已打开，有大量热空气通过。2)先开启热风阀，再开启冷风阀。在热风阀开启的过程中，由于冷风阀未打开，且热风阀前后(即热风炉和热风主管之间)的压差很小，这种情况

6、下通过热风阀的空气流量可忽略不计。(2)若热风炉需要从送风期转为燃烧期当换炉指令下达后，先关闭冷风阀，再关闭热风阀。在热风阀关闭的过程中，由于冷风阀已经关闭，热风阀前后没有压力差，因此没有热空气通过。通过以上的分析，可知仅在热凤炉由燃烧期转为送凤期且热风阀最后开启的工况下，有大量热空气通过部分开启状态下的热风阀，其余工况下几乎没有热空气通过热风阀。恰好前文所述的钢铁厂在热风炉从燃烧期转为送风期时，就是热凤阀最后开启。因此需要对这种工况下的热风阀内部流场进行有限元分析，以确认其对热风阀的具体影响。下文中的有限元流场分析均采用ANSYSFLUENT进行计算。G吖in．iletallu

7、rgical＆。Ilinehrdusto四、燃烧转送风工况下的热风阀流场分析1．计算通过热风阀的空气流量在换炉的过程中，原处于送风期的热风炉仍进行送风，直到换炉结束再切换到燃烧期。高炉主风机采取定风量操作，将风量分配到两座并联运行的热风炉中。但由于刚开始送风的热风炉的热风阀没有完全打开，气流受到的阻力要大于另一座正常送风的热风炉，因此通过两个热风阀的热风流量并不相同，需要单独计算。本文采用有限元仿真来计算在热风阀不同开度状态下通过热风阀的流量。取两座相邻热风炉混风室至高炉这一段的