《高爐燃燒帶溫度場重建及爐缸工作均勻性評價系統》是依託北京科技大學，由程樹森擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高爐燃燒帶溫度場重建及爐缸工作均勻性評價系統
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：程樹森
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋼鐵工業是國民經濟基礎工業，煉鐵耗能占其70%以上。提高高爐噴煤量是其高效、節能、環保及綠色的重要舉措。高爐燃燒帶溫度場及爐缸工作均勻性是提高噴煤量及保障高爐順行的決定性因素之一。一座高爐爐缸沿周向有20到30個左右燃燒帶。燃燒帶燃燒主要是焦炭與煤粉顆粒在有限體積內不完全氣固燃燒，並伴有渣鐵滴落，理論燃燒溫度高達2000度以上。本項目在提出燃燒帶有限角不完全數據溫度場重建概念的基礎上，建立燃燒帶氣相、焦炭顆粒相、煤粉顆粒相、渣及鐵滴流動、傳熱、傳質、燃燒及輻射傳熱正問題數學模型，進行數值模擬，提取影響燃燒帶溫度場主要參數及關係，結合燃燒帶產物輻射特性研究及專家啟發經驗對燃燒帶溫度場重建（反問題）數學模型進行全局與局部尋優求解。開發高爐燃燒帶溫度場重建及爐缸工作均勻性評價系統。本項目涉及冶金學、多相化學反應流體力學、傳熱學、燃燒學、計算科學、光學成像、信息科學及圖像處理等多學科知識。
結題摘要
（1）項目研究內容如期完成，達到了預期目標。發表SCI檢索文章7篇，EI檢索文章6篇，中文核心4篇。批准軟體著作權兩項，受理髮明專利兩項； （2）根據已建立風口迴旋區的流場、溫度場、濃度場、燃燒、輻射傳熱及理論燃燒溫度模型，數值仿真表明迴旋區溫度為2000 ℃左右。為了使檢測系統更加準確地反應高爐迴旋區的實際結果，黑體爐標定溫度應儘量接近高爐迴旋區溫度，高爐燃燒帶檢測系統的黑體爐標定溫度範圍為1500 ℃到2000 ℃； （3）根據迴旋區內氣固相互作用機理，建立了高爐迴旋區大小數學模型，模型計算得到了高爐操作過程中迴旋區存在遲滯現象，該現象對設計高爐燃燒帶檢測的軟硬體系統及爐缸工作均勻性評價體系有重要的指導意義； （4）大型高爐爐缸燃燒帶包括幾十個迴旋區，拍攝得到了海量數據，採用偏最小二乘法最佳化了燃燒帶溫度場計算模型，提高了檢測精度； （5）採用蒙特卡洛法模擬了高爐迴旋區輻射傳熱，建立了迴旋區溫度場反問題數學模型，並結合實測數據計算了迴旋區三維溫度場； （6）開發了高爐燃燒帶檢測的軟硬體原型系統及爐缸工作均勻性評價體系； （7）當操作工藝參數穩定時，通常認為燃燒帶的溫度不隨著時間和空間發生變化，實測發現高爐燃燒帶的溫度場分布隨時間及空間的變化而變化； （8）通過對採集得到的高爐燃燒帶圖像進行特徵分析及邊緣提取，發現高爐燃燒帶圖像中存在顆粒，研究表明迴旋區內顆粒的粒徑分布為7.13 mm到60 mm，以上發現為最佳化高爐工藝參數提供了重要的依據； （9）中國高爐在逐漸大型化，高爐容積最大已達5800 立方米，爐缸直徑已達15 米以上，風口迴旋區的個數已由十幾個增加到四十幾個，爐缸工作均勻性對大型高爐操作變得至關重要。截至目前還沒有能夠有效評價高爐爐缸工作均勻性體系，本項目建立的高爐燃燒帶檢測系統及爐缸工作均勻性評價體系對認識迴旋區形成及燃燒機理具有潛在的學術價值，對高爐穩定及高效生產有巨大的套用價值。
