焦炉分段燃烧的理论基础和本构关系探讨

原标题：焦炉分段燃烧的理论基础和本构关系探讨

1、国际焦炉分段燃烧技术发展

上世纪50年代起分段燃烧技术开始应用于焦炉炉体设计，以解决大型焦炉高向加热均匀性的问题。另外60～70年代国外主力焦炉炉型基本都采用该技术除上述原因外，还有考虑降低污染物NOx排放的问题。

2、国内焦炉分段燃烧技术发展

70年代末宝钢一期首次引进新日铁6米M型焦炉，该炉型曾经是日本60年代在国际上输出的主力炉型，贫煤气和空气都是3段燃烧。2000年后国内陆续引进了德国UHDE的7.63米焦炉，该炉型采用空气3段燃烧技术。

3、分段燃烧技术理论缺失

尽管国内先后引进了日本和德国的分段燃烧焦炉技术，但是分段燃烧的基础理论研究工作在国内还是一片空白，其理论机理和本构数学模型并没有跟上发展需要。

4、分段燃烧技术理解误区

在理论缺失的情况下，很多技术人员对分段燃烧技术存在扭曲的、片面的和想当然的理解。比较典型的简单理解为：气体分配比例由气体出口断面积决定。其中新日铁的有些技术人员也是不知所以然，把气体分配比例理解为出口断面面积的比例。详细见下图：

5、分段燃烧技术正确解读

分段加热技术的理论抽象应该为在重力场下的一维垂直流动，气体流动的推动力主要是热浮力和剩余喷射力与重力和沿程阻力的差，气体分配比例取决于气体通道出口与立火道内的压差和出口断面积。其中无论调节哪一个出口的断面积，其它出口的压力都会有变化即分配比例发生变化（随动）。，一般情况下，受到高温限制，只有最上面的出口可以调节，当调节最上面出口的断面积时，下面几段的出口流量也要发生改变。鉴于上述原因，以及立火道内处于复杂流场状态（湍流和燃烧），所以很难精确调节和控制，为简化起见，最好采用空气分段而贫煤气不采用分段。另外气体总体积流量的变化，也会引起气体分配比例的变化，如：煤气热值变化引起供入炉内的煤气体积流量变化，对应的空气体积流量也要发生变化引起空气分配比例不适应，所以需要设计和生产时要保持煤气体积流量的稳定。

6、分段燃烧焦炉设计理念

建立分段燃烧的本构数学模型；

单独采用空气分段供入方案；

稳定加热煤气热值：保证煤气体积流量稳定；

稳定立火道温度值：保证煤气体积流量稳定设置暂停加热制度；

分段燃烧的空气出口一次设计或者试运行时精调到位；

设计采取上段出口可调，构建上段出口调节与下面分段出口空气流量的本构数学模型。