高炉下部气固湍流和煤粉燃烧的数值模拟与优化研究

高炉喷吹煤粉时,由于煤粉的不完全燃烧,在回旋区处会产生未燃煤粉,影响高炉的透气性。建立了气固两相湍流和煤粉燃烧的三维数学模型,并且验证了该模型的可靠性。用所建模型对由直吹管、风口、回旋区和焦炭床构成的高炉下部区域进行了喷吹煤粉流动与燃烧现象的模拟研究。模拟结果揭示了高炉炉内气固流动和煤粉燃烧的基本性质和特点;通过正交试验方法研究不同操作因素对评价指标煤粉燃尽率的影响,得到4个操作因素对燃尽率的影响程度依次分别为喷煤量、富氧率、鼓风量和鼓风温度。而工况(喷煤量1 25kg/t,鼓风量1 950m3/min,鼓风温度1 523K,富氧率5.0%)为最佳优化工况,可实现提高喷煤量和煤粉燃尽率的效果。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的三维数值模拟研究

炉顶煤气循环氧气高炉是一种全新的炼铁新工艺,它可以有效提高煤比、减少CO₂的排放.但是其复杂的燃烧条件将使煤粉在回旋区内的燃烧及高炉下部的行为发生很大变化.为了了解氧气高炉炼铁新工艺条件下喷吹煤粉的复杂现象,建立了一个氧气高炉条件下的氧煤枪-直吹管-风口-回旋区-焦炭床的三维数学模型,研究了氧气高炉下部的温度场、浓度场及煤粉的流动和燃烧特性.模拟结果表明,氧气高炉条件下的回旋区温度显著升高、高温区面积扩大,CO₂含量提高,焦炭床内CO含量显著增加.此外,与传统高炉相比,氧气高炉回旋区表面的煤粉燃尽率增加了10.24%.      

低质焦炭下高炉炉尘及喷吹煤粉利用率

 为了研究低质焦炭条件下高炉喷吹煤粉的利用率,对安钢高炉两批低质焦炭及炉尘进行取样分析。测定了焦炭的常用质量评价指标及炉顶除尘灰的碳质量分数,并采用岩相测试技术分析了炉尘未消耗煤粉和焦炭的不同结构形态,定量地给出了炉尘中未消耗煤粉和焦炭颗粒的质量分数。结合安钢配煤现状,考察了3种高炉所用喷吹原煤不同粒径的燃烧率,并讨论了不同烟煤配比下挥发分质量分数对不同粒径煤粉燃烧率的影响,为低质焦炭条件下提高煤粉利用率提出合理化建议。结果表明,低质焦炭条件下,炉尘碳质量分数明显偏高并含有较多未消耗煤粉;炉尘中的未消耗煤粉分为热变煤颗粒和残炭颗粒,而未消耗焦炭则以镶嵌结构为主;控制焦炭质量波动、减少焦炭水分质量分数有利于降低炉尘碳质量分数;安钢喷煤首选无烟煤应为B煤,喷吹煤粉的挥发分适宜控制在17%左右。     

高炉大量喷吹煤粉的探讨

通过煤粉燃烧研究成果和喷煤实践的分析得出如下初步认识：煤粉在高炉风口区燃烧过程与一般工业炉不同，因风速高，煤粉停留时间短，煤粉在风口前端很难达到较高燃烧率；氧煤枪对延长煤粉停留时间的作用有限，据国内外多数大喷煤量高炉的实践，２００ｋｇ／ｔ以下喷煤量不一定要使用氧煤枪，风口未燃煤粉并不可怕，因其气化率比焦炭高若干倍，能优于焦炭参加还原反应，有利于改善矿石高温性能，减少焦炭粉化和高炉顺行，粒煤具有节约     

基于T-S模型的高炉喷煤协同优化控制策略研究

高炉炼铁过程通过增煤减焦实现节能减排目标,针对人工操作模式存在主观性、粗糙性和滞后性难以实现增煤减焦的问题,采用上下协同优化控制方法,一方面通过上部提前匹配减焦方式维持高温区热平衡,另一方面通过富氧鼓风保证下部喷入煤粉的高消化率,使煤粉在风口回旋区充分燃烧.进而从控制角度解析描述增煤减焦过程,将铁水温度的稳定控制问题转...     

CFD Modelling and Analysis of Pulverized Coal Injection in Blast Furnace: An Overview

In order to understand the complicated phenomena of pulverized coal injection (PCI) process in blast furnace (BF), several mathematical models have been developed by the UNSW and BSR cooperation. These models are featuring from coal combustion in a pilot‐scale test rig, to coal combustion in a real BF, and then to coal/coke combustion in a real BF, respectively. This paper reviews these PCI models in aspects of model developments and model applicability. The model development is firstly discussed in terms of model formulation, their new features and geometry/regions considered. The model applicability is then discussed in terms of main findings followed by the model evaluation on their advantages and limitations. It is indicated that the three PCI models are all able to describe PCI operation qualitatively. The model of coal/coke combustion in a real BF is more reliable for simulating in‐furnace phenomena of PCI operation qualitatively and quantitatively. Such model gives a more reliable burnout prediction over the raceway surface, which could better represent the amount of unburnt char entering the coke bed. These models are useful for understanding the flow‐thermo‐chemical behaviours and then optimising the PCI operation in practice.     

基于二维数值模拟的煤粉燃烧性能的研究

运用数值模拟的方法,建立燃烧炉内煤粉燃烧过程的二维数学模型,对两种混煤粉和新钢高炉现用喷吹煤粉在燃烧炉内的燃烧特性进行了模拟,分别得到了两种混煤及新钢高炉喷吹煤粉在燃烧炉内燃烧形成的温度场和焦炭分布规律。结果表明：两种混煤的燃烧性能明显好于新钢高炉喷吹煤粉。采用热重法测得3种煤的燃烧率和与CO2的反应性,得出了与模拟结...     

焦炉燃烧室煤粉-燃气混燃过程数值模拟

为简化焦化厂煤粉资源化利用工艺,改善焦炉燃烧室炉墙温度均匀性,提出新型煤粉-燃气混燃供热模式,并通过数值模拟方法研究了喷煤时空燃比、喷煤位置对JN60焦炉燃烧室内温度特征、炉墙温度分布的影响。结果表明,当空燃比为1.2∶1.0时,燃烧室中部喷吹煤粉会降低炉墙平均温度、增加炉墙高向温差;喷吹煤粉条件下增大空燃比能有效提升炉墙温度;煤粉在燃烧室底部喷吹时可起到延迟燃烧、提高炉墙高向温度均匀性的效果。     

高炉喷吹石油焦的可行性研究

选用石油焦替代部分高炉喷吹用煤,并通过对其着火点、反应性、燃烧性能、可磨性及输送性能的系统研究发现,高炉喷吹石油焦可改善煤粉的燃烧性能、降低能耗。综合考虑输送性能及高炉所能承受的硫负荷,高炉喷吹石油焦的配比不宜过高。     

无烟煤J在高炉喷吹的应用研究

主要分析了某无烟煤J的工艺性质及其在宝钢高炉喷吹应用的实践。该煤的灰分、硫分和挥发分较低,其燃烧特性优于常用的无烟煤A,低位热值与无烟煤A接近;其可磨性较低,需与可磨性好的喷吹煤混合制粉才能满足高煤比制粉要求。从工艺性质分析看,该煤可部分替代无烟煤A在高炉中的使用。在高炉喷吹实践中配入该煤后,高炉各项操业指标表现良好,具有较高的理论置换比,可有效替代焦炭的部分作用。     

添加助燃剂对煤粉燃烧性能的影响

为改善煤粉的燃烧效果、提高喷煤置换比,分析了高炉喷煤催化助燃剂的催化助燃机理及开发应用情况。采用TG-DTG-DSC方法考察了不含碱金属元素的助燃剂对煤粉燃烧效果的影响,并在此基础上进行了工业试验。研究表明:助燃剂对煤粉的助燃效果存在一最佳比例,在龙钢条件下,高炉喷煤添加1.7%的助燃剂后喷煤比、焦比指标得到明显改善。     

高炉喷吹未燃煤粉与碳消耗的试验研究

利用焦炭充填床热模型研究未燃煤粉在炉内的行为及对碳消耗量的影响.结果表明:原煤的挥发分越高,得到的未燃煤粉反应性就越高;炉内未燃煤粉存在降低了焦炭的熔损,作为还原剂可取代部分焦炭.     

高炉喷吹煤粉燃烧性与反应性的研究与应用

为了研究高炉喷吹煤粉的冶金性能，采用热重分析法对6种无烟煤和1种烟煤进行燃烧性与反应性研究。结果表明，与无烟煤相比，烟煤在不同温度下的燃烧性和反应性均明显高于无烟煤。混煤的燃烧率实测值大于加权值，使用混煤可以发挥无烟煤和烟煤各自的优点，加快燃烧过程，提高混煤燃烧率。随着混煤中粒度小于74 μm煤粉所占比例的增加，燃烧率增大。在高煤比喷吹条件下，混煤煤粉粒度小于74 μm的比例控制在75%左右。结合无烟煤的燃烧性和反应性试验结果，建议喷吹煤粉采购中应尽可能多地采购无烟煤C资源，同时控制无烟煤E的采购量；高炉提煤比操作中应将无烟煤C确定为喷吹用无烟煤的首选煤种，以提升混煤燃烧率和发挥未燃煤粉保护焦炭的作用。     

高炉煤粉燃烧率通用模型

建立了煤粉燃烧率通用模型,模型可以根据煤粉的工业分析值计算燃烧动力学参数并预测煤粉燃烧率.通过对比前人的实验数据,验证了模型的准确性,同时研究了影响高炉煤粉燃烧率的若干因素.研究结果表明:在高炉喷煤过程中,煤粉颗粒在2 ms左右就可以达到热风速度,由于煤粉颗粒在直吹管内停留时间短并且温度较低,因此在直吹管内煤粉不会发生燃烧.煤粉进入风口回旋区后,挥发分瞬间全部析出,并且颗粒粒径越小,挥发分开始析出时间越早.降低煤粉粒径和增加氧气体积分数均有利于提高煤粉燃烧率.氧气体积分数每增加1%,燃烧率提高2%.随着喷煤量的增加,煤粉燃烧率逐渐降低.当提高煤粉喷吹量时,为了保证较高的燃烧率,实际操作过程中应提高富氧率并适当降低煤粉粒径.      

不同高炉煤粉的基础性能分析

煤粉是高炉冶炼的重要燃料，煤粉的基础性能对高炉的稳定顺行有很大影响。采用灰熔点测定仪测定了3座高炉喷吹煤粉的灰熔融特性，利用热重分析法(TGA)分析了这3种煤粉的燃烧性，并通过新型高炉喷煤模拟燃烧试验装置，模拟了3种煤粉在氧气高炉条件下的燃烧规律。同时，利用DAEM模型计算煤粉燃烧过程的活化能。结果表明，3种煤粉的灰熔融特性温度都不满足喷吹要求；A煤粉的燃烧性和燃烧率最差;A煤粉燃烧的表观活化能为59.16 kJ/mol，同时燃烧过程存在补偿效应。     

Interaction mechanism between coal combustion products and coke in raceway of blast furnaces

The interaction mechanism between the combustion products of pulverized coal injected and coke in the raceway of blast furnace was studied through thermodynamic calculation and experiments.The results in-dicated that additives significantly affected the melting property of coal ash in high temperature zone.Al-though the unburnt char, raw coal ash, and catalyzed coal ash failed to wet the coke surface, the wettabil-ity of the catalyzed coal ash on the coke was greater than that of the raw coal ash.Since the unburnt char had weak reaction with the coke surface, it showed little influence on the surface morphology of the coke. The interaction between the raw coal ash and the coke gave rise to the increase in the pore size on the coke surface.However, the raw coal ash only affected the coke surface and the entrances of the pores owing to its poor fluidity.After being melted, the catalyzed coal ash was expected to immerge into the inside part of the coke and then react with the coke, resulting in an expansion and increase of coke cavities.The raw coal ash and the unburnt char reduced the coke reactivity, while the catalyzed coal ash improved the coke reac-tivity.Thereinto, the coal ash containing Fe2 O3 exhibited a larger influence on the reactivity than that containing CaO.     

喷吹预热煤粉对高炉能量影响的计算分析

利用计算机模拟高炉喷吹预热煤粉对能量等相关指标的影响,分析了煤粉预热后高炉热量、理论燃烧温度、热补偿、焦比等指标的变化情况。结果显示:利用热风炉废烟气预热煤粉后,可以降低焦比,提高理论燃烧温度,有效替代热风、富氧所提供的部分热量,起到节能增效的作用。     

高煤比条件下高炉风口前现象的取样研究

阐述了宝钢应用风口取样技术,对高炉在高煤比冶炼条件下风口前现象、焦炭劣化、煤粉燃烧、炉芯透液性等重要问题的研究成果.这些结果对监控焦炭质量、指导炼焦配煤、提高喷煤效果、延长炉缸寿命具有重要意义和技术价值.     

Zinc smelting with coal as the principal heat source and reducing agent

Recent progress in fluidized bed coal combustion and gasification suggests possibilities for the substitution of coal for coke in metallurgical smelting processes. One such possibility was ex-plored in a laboratory study of zinc smelting with coal. A two-stage reactor was constructed, which gasified coal in the lower stage to produce a reducing gas mixture. In the upper stage, the reducing gas was passed through a fixed bed containing a mixture of ZnO and either coal or coke. The extent of reduction of the ZnO was measured as a function of reaction time, temperature, and gas composition. Temperature was found to be the most important variable. At temperatures of 1000 °C or higher in the fixed bed, more than 97 pct of the ZnO was reduced in a few hours. No difference was found between the uses of coal and coke in the fixed bed. An important remaining step in proving process feasibility is condensation of metallic Zn from the product gas.     

高炉喷吹煤粉混加冶金油泥的燃烧性能

 将冶金油泥与煤粉混合用于高炉喷吹可实现油泥资源化利用,提高煤粉燃烧效率。通过TG-MS研究了高炉喷吹煤粉添加污泥后的燃烧特性与气体释放特征,探究油泥有机组分和无机组分对高炉喷吹煤粉燃烧过程的影响。多种检测手段系统考察了油泥的理化性质,并通过TG-MS研究了高炉喷吹煤粉添加污泥后的燃烧特性与气体释放特征。结果表明,油泥组成主要为润滑油等有机物和以Fe₂O₃为主要成分的无机物,其粒度主要集中在0.7~3 μm,孔隙发达且多为介孔。添加油泥可以降低煤粉的着火温度和最大燃烧速率对应的温度,从而改善反应性,同时提高燃烧过程的放热量,使燃料燃烧更加充分,但当油泥添加量过大时,对煤粉燃烧热量影响较低。动力学研究发现,油泥的添加会降低煤粉燃烧反应的活化能,从而使煤粉燃烧更易进行。