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新型顶燃式热耐磨板热态实验研究
热耐磨板燃烧器热态模拟试验是针对新型顶燃式热耐磨板设计搭建的热态实验平台。按照实际热耐磨板的工艺流程，建设两座旋流扩散式顶燃热耐磨板，采取一烧一送的工作制度。热耐磨板的燃烧室和蓄热室内布置了若干热电偶，可详细掌握不同部位，不同工作状态下的温度变化情况，结合压力检测和烟气成分检测，分析得出炉内流场分布状况和燃烧状况等。热态实验台的搭建，为深入研究顶燃式热耐磨板燃烧器，开发检验新型格子砖，研究掌握格子砖燃烧/送风期的吸热/放热规律等创造了条件。
通过热态实验，得到了热耐磨板内部不同高度，不同区域在燃烧期和送风期的温度分布，绘制出了热耐磨板温度场分布，对特大型耐磨板超高风温热耐磨板的理论计算结果进行了验证，实验结果表明，新型顶燃式热耐磨板内部温度分布均匀，蓄热室得到了充分而均匀的加热。
新型顶燃式热耐磨板冷态测试
京唐新型顶燃式热耐磨板完成施工后，在首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼铁部的配合下，北京首钢国际工程技术有限公司组织专人对新型顶燃式热耐磨板进行了冷态测试。
通过对燃烧器喷口、喉口、蓄热室上部、蓄热室下部等部位进行冷态测试，并与冷态流场计算结果相比较，证明该燃烧器形成的流场是基本均匀的，与计算结果一致；蓄热室自身具有气流再分配性，能够进入格子砖前的局部速度不均匀区。
新型顶燃式热耐磨板系列设计程序开发
为设计质量，提高设计效率，实现工艺组合和产品 化，首钢国际工程公司自主开发了多款针对热耐磨板设计计算程序，形成系列自主知识产权。
系列程序包括热耐磨板燃烧和传热计算程序，热耐磨板耐火材料优选程序，热耐磨板系统阻力损失分析计算程序等，了企业核心竞争力。
全烧低热值耐磨板煤气实现1300℃超高风温技术开发
特大型耐磨板全烧低热值耐磨板煤气实现超高风温工艺设计
在选取何种工艺技术路线以获得1300℃高风温的问题上，首钢国际工程公司多方考察，计算比较，同时结合首钢京唐钢铁厂的整体规划逐一分析现有预热工艺的特点和可行性。
两级双预热技术作为完全拥有自主知识产权的新一代利用低品质能源技术，有着设备维护量少，可靠性强，寿命长（与热耐磨板寿命相同）等优势，创新结合热管换热器回收烟气余热，将煤气和助燃空气低温预热至200℃左右，再将助燃空气高温预热至600℃，既提高了热耐磨板系统的整体热效率，也完全可以在全烧耐磨板煤气的条件下实现1300℃的高风温。
典型工程及应用效果
3.1 首钢四制粉
首钢国际工程公司用不到一年的时间完成了首钢四制粉整个工程的设计和施工服务工作，并于2000年11月投产。新的制粉喷耐磨板系统与此前首钢的间接喷吹不同，采用了直接喷耐磨板工艺，即制粉和喷耐磨板同在一所厂房内。制粉系统以两台中速磨作为主要设备，每台生产能力为40t/h（实际出力），制粉总能力为80t/h。两套总管—分配器喷吹系统分别对2号高炉（1780m3）、3号高炉（2536m3）进行直接喷吹，喷吹工艺为双系列串联罐组、总管加分配器，分别为2号和3号高炉的喷吹耐磨板粉。2号高炉喷耐磨板总管总长452m，3号高炉喷耐磨板总管总长358m。喷耐磨板能力按每个高炉耐磨板比200kg/t设计，喷吹耐磨板种为烟耐磨板。
本项工程采用长距离直接喷吹的新工艺，其主要技术特点如下：
1） 采用直接喷耐磨板工艺，简化喷耐磨板流程，在喷吹烟耐磨板时更为。厂房布置紧凑，占地面积小，大大节约了投资。2号高炉喷耐磨板总管总长达到452m，当时是国内长的；
2） 大胆采用大倾角胶带机，在现有场地条件下，使利用旧储耐磨板场的耐磨板成为可能，即节省投资，又减少设备；
3） 采用新型封闭式干燥炉，在满足烟气温度条件下，使整个耐磨板粉输送管道全部处于封闭状态，减少了系统漏风率，降低了氧含量，在喷吹烟耐磨板时更为。而且合理地利用了锅炉废气，节约了能源；
4） 采用中速磨耐磨板机制粉，降低制粉运行费用，从而减少耐磨板粉生产成本；
5） 采用低压脉冲耐磨板粉收集器一级收粉工艺，简化工艺流程，提高了耐磨板粉收集效率，而且使排尘浓度大大降低，减少了环境污染；
6） 设计中考虑两个系统之间耐磨板粉的互相补充和分配，其结构简单实用，给生产创造许多方便；
7） 贮耐磨板罐与喷耐磨板罐之间设置压力平衡式波纹补偿器，提高连续喷耐磨板过程中的计量精度；
8） 采用自动可调耐磨板粉给料机和高精度耐磨板粉分配器，以流化喷吹为前提，实现时间过程的均匀喷吹，了脉动耐磨板流；
9） 提高自动化控制水平，实现喷耐磨板倒罐自动控制和调节。
该工程经生产实践验证，证实是成功的，采用直接喷耐磨板工艺也是非常合理的，为首钢进一步扩大喷耐磨板量，提高耐磨板比，创造了必要的先决条件。该工程当时经专家鉴定达到国际先进水平。另外，设计整体构思非常巧妙，布局合理，尤其是占地面积非常小，对旧厂改造来说值得借鉴，而且该工程总投资也是国内类似同等项目中少的。
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新型顶燃式热风炉技术原理和研究过程
2.1 新型顶燃式热风炉理论研究
热风炉是典型的蓄热室热交换器，其热交换过程具有周期性和非稳态的特点，因此对热风炉蓄热放热的研究应以非稳态热交换理论为基础，建立热风炉蓄热室非稳态热交换方程组，利用数值计算方法求解。
自主研发了热风炉燃烧和传热计算程序，可根据不同工况条件和操作制度，优化热风炉蓄热面积和结构尺寸，大大提高了设计效率和设计精准性。
2.2 新型顶燃式热风炉计算流体力学研究
用CFD技术（计算流体力学技术）进行模拟计算，针对特大型耐磨板新型顶燃式热风炉的结构形式，建立三维模型，优化燃烧器结构形式，合理设置助燃空气和煤气的烧嘴布置，使燃烧产生的高温烟气形成均匀有序的旋流流场，使蓄热室被均匀加热，提高其利用率，实现换热。
利用CFD技术优化设计新型顶燃式热风炉，从理论研究的层面确保热风炉及其燃烧器能够满足特大型耐磨板超高风温的工作要求，确保CO完全燃烧，炉内温度分布均匀，产生均匀有序的高温烟气旋流流场，均匀进入蓄热室，充分发挥蓄热室的储热放热功能。
2.3 新型顶燃式热风炉冷态实验研究
为研究掌握不同喷口形式对热风炉内部流场分部的影响规律，根据相似定律，搭建了新型顶燃式热风炉冷态实验模型，通过测定不同喷口处的气体流速，检验气体分配的均匀性；通过测量冷态模型内部的速度、压力、温度，对数值模拟的计算结果进行验证；通过调整空煤气的喷口形式和角度，结合实验和计算机模拟，找出适用于实际热风炉的规律；根据测定的压力损失，推算实际热风炉的压力损失。
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