煤粉在直吹管内燃烧行为的数值模拟

 建立了直吹管内气固流动、传热和煤粉燃烧的数学模型,基于实际高炉工艺参数,借助商业软件通过数值模拟的方法研究了直吹管内的气体成分和温度变化,并重点考察了煤粉粒径、鼓风含氧量和鼓风温度等操作参数对煤粉燃尽率的影响。研究结果表明：减小粒径、增加含氧量、提高鼓风温度都可以使煤粉在直吹管内的燃尽率得到提高。煤粉在直吹管内的燃烧行为以挥发分的脱除为主,该过程对温度敏感,而对氧气浓度不敏感。这一结论与前人在回旋区内得到的模拟结果相反。因此在研究变量对喷吹煤粉燃尽率的影响时,模拟区域应同时包含直吹管和回旋区。     

高炉富氧喷煤中煤粉燃烧的研究

高炉富氧喷煤是增产节焦的有效途径,实现超量喷吹煤粉,关键是煤粉的燃烧问题。本文针对富氧喷煤并用循环炉顶煤气来控制理论燃烧温度的炼铁工艺,建立了适用于高炉直吹管风口区的煤粉燃烧气化数学模型,经实验室模拟燃烧实验证明,该模型基本上是合理的。用数学模型对不同操作条件下的煤粉燃烧过程作了模拟计算,并以实验考察了喷吹方式对燃烧过程的影响。结果表明:用循环炉顶煤气来控制理论燃烧温度,能满足高炉冶炼的要求;增加喷煤量,将使煤粉燃烧率下降,进入回旋区内未燃尽煤粉量急剧增多,要实现超量喷吹煤粉,应选用燃烧性能好的烟煤作为喷吹用煤,适当降低煤粉的粒度,选择适宜的喷吹角度。     

有限空间内煤粉燃烧特性的研究

为了提高高炉煤粉燃尽率,增强高炉的喷煤效果,研究了直吹管-回旋区内气固两相湍流、传热和煤粉燃烧的数学模型,同时基于实际高炉工艺参数,通过数值模拟研究了鼓风温度、煤粉粒径分布、混合煤粉等对煤粉燃烧的影响,采用煤粉燃尽率衡量高炉内煤粉燃烧的程度。研究结果表明:减小煤粉粒径、提高鼓风温度、增大混合煤粉中挥发分比例均可使煤粉的燃尽率升高;在燃烧过程中,挥发分燃烧量达到100%,影响燃尽率大小因素主要是固定碳的燃烧量。     

鼓风与氧煤枪中氧含量变化对煤粉燃尽率的影响

为进一步提高喷煤量、降低焦比,实现企业降本增效,首钢京唐结合自身生产情况,开展高炉高富氧鼓风冶炼技术研究。采用实验测试、数值模拟等方法开展了鼓风与氧煤枪中氧含量的变化对回旋区状态及煤粉燃尽率的影响的研究。结果表明,鼓风富氧率从7%提高到11%后,相同煤比情况下2种喷吹煤煤粉燃尽率分别从77.10%提高到82.71%、78.43%提高到82.62%,但是煤粉燃尽率随着煤比的提高而降低;氧煤枪内氧气流量从3 000 m³/h增加至6 000 m³/h后,沿煤粉流股方向上的最高温度从2 762 K增加至2 802 K,煤粉的燃尽率从72.31%增加至75.12%。同时,采用上述2种富氧手段,能够实现大喷煤高富氧喷吹,达到预期降焦目的,获得良好的经济效益。     

高炉富氧喷煤的研究

前苏刊报道,高炉试验计算表明,高炉采用富氧鼓风煤粉可置换30～50％的焦炭,而不影响铁水产量和质量。目前,影响这种效益实现的主要原因在于风口区煤粉不能保证充分燃烧。通过计算和工业试验表明,鼓风富氧率达26％和喷煤量达100kg/t铁时,煤粉燃烧区减到250mm,可增加煤粉喷吹量。对于现代化高炉,今后的目标是开发喷煤量达150～200kg/t铁和富氧率达25～27％的技术。     

我国高炉喷煤技术的发展

论述了我国高炉喷吹煤粉技术的发展过程,分析了提高高炉喷煤比的措施,通过提高焦炭质量、改善鼓风质量、采用氧煤喷吹、混合喷吹等技术和工艺措施可有效提高喷煤比。同时指出,研究回旋区条件下煤粉的燃烧过程,开发高效喷煤助燃剂,最大限度地提高煤粉在风口区域的燃烧率和喷煤置换比,是当前喷煤技术攻关的课题。     

喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响

高炉风口和回旋区的热状态对炉内煤气流的一次分布具有重要影响,进而影响高炉的经济技术指标。为探究喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响,本文通过收集某钢铁企业试烧期间高炉鼓风参数及其他各项操作参数,采用Fluent仿真模拟方法,建立风口回旋区的三维燃烧模型,系统分析不同喷吹条件下温度分布、气体分布、速度分布的变化规律,从而确定在风口复杂条件下喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响。模拟计算结果表明：神东高钙烟煤和ES无烟煤燃烧后产生的还原气体量最多,生产时有利于矿石的还原;向高炉喷吹神东高钙烟煤、HX烟煤、WN烟煤、SG烟煤与ES无烟煤混合煤粉时,燃尽率分别为72.25%、70.11%、68.87%、67.56%,神东高钙烟煤与ES无烟煤混合喷吹时煤粉的燃尽率最高,这是由于神东高钙烟煤和ES无烟煤的CaO质量分数较高,其在风口、回旋区内的燃烧特性最佳;混合喷吹神东高钙烟煤与ES无烟煤时,风口、回旋区内的煤气成分和煤粉燃尽率等方面要强于其他三种情况,适宜向高炉喷吹。     

高炉喷吹煤粉的适宜操作范围

为了降低高炉焦比,节约能源,通过首钢一高炉大量喷煤操作情况的分析,提出了高炉喷吹煤粉的适宜操作范围.无富氧喷煤量可达150kg,富氧时可达200kg以上.为提高喷煤效果,应注意维持适当的风口前理论燃烧温度和氧气过剩系数.大量喷煤后压差略有升高,但不影响高炉顺行.与炉腹喷吹还原气相比,风口大量喷煤是一种经济、有效的节焦方法.     

从炉顶加入粒煤的设想

全焦冶炼时,吨铁的焦炭消耗量大。为了大幅度降低焦比,近年来高炉普遍采用喷吹煤粉技术,先进高炉喷煤量已超过200 kg/t。高炉进一步增大喷煤量遇到了一系列困难:首先是随喷煤量增加,风口前氧煤比下降,导致煤粉燃烧率下降,降低喷煤效果。为保证良好的喷煤效果,要求随喷煤量增加,相应提高鼓风含氧量,即采用富氧鼓风,而我国不少高     

喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究

摘要：随着高炉喷吹天然气技术的应用推广,需要对天然气在高炉内的热力学行为及其操作参数的变化进行研究。利用热力学第二定律,分析了喷吹天然气在高炉内的热力学还原行为。并以物料平衡和热量平衡模型为基础,探讨了鼓风富氧、鼓风温度、鼓风湿度等工艺参量对喷吹天然气后高炉炉腹煤气量和风口回旋区理论燃烧温度的影响及其变化。利用高炉操作参数对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响结果进行线性回归,实现定量分析各因素之间的动态耦合效果。研究结果表明：天然气首先在高温下吸热裂解成CO和H2,有助于提高煤气中CO和H2的体积分数和还原势,促进间接还原反应的进行。高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量快速升高,理论燃烧温度快速降低。鼓风湿度的变化对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响很大,富氧率其次。而风温变化潜力有限,对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响相对较小。     

富氧喷煤高炉能量变化的分析

用计算模拟不同的富氧率和喷煤量对高炉热量分布的影响。分析富氧高炉喷吹煤量后高炉入炉风量、热风带入热量、总热收入量及理论燃烧温度的变化对高炉冶炼的影响。探讨富氧喷煤高炉热量变化的特点,结果表明：在保证高炉热量合理分布的前提下,选择好合适的喷煤量和富氧率,可以使高炉热量分布合理,燃料比降低。     

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%.      

高炉氧煤强化炼铁工艺的开发

高炉氧煤强化炼铁是一项有很大经济效益的新工艺。实验研究和生产实践结果表明,喷吹烟煤、降低煤粉灰份、提高炉缸热水平、改善煤气利用都可以有效地提高置换比;提高风温、采用高效氧煤枪并直接在风口直吹管局部富氧、强化氧煤混合、采用配煤技术和配入燃烧促进剂等方法均可有效地提高煤粉燃烧率。     

韶钢高炉富氧喷煤工业试验

韶钢在2座不同风温水平的高炉上同时进行了为期45天的低富氧大喷煤试验。试验结果表明，风温对提高煤粉燃烧率起到关键作用，而富氧率对提高煤粉燃烧率并不显著，并且富氧率将导致吨铁成本大幅度上升。     

双枪喷煤时直吹管内煤粉燃烧的研究

高炉直吹管内煤粉燃烧是在有限空间内进行的,煤粉的燃烧受到限制。为了促进直吹管内煤粉的燃烧,通过二维模型研究了不同的煤粉性能和高炉操作条件对双枪喷煤时直吹管内煤粉燃烧率的影响。结果表明。煤粉的粒度越小,煤粉的燃烬率越高;煤粉的挥发分质量分数越高、热风的氧气质量分数越高,煤粉的燃烬率也越高。较高的热风温度有利于煤粉的燃烧.但当热风温度提高到1 200℃以上时,继续提高热风温度对煤粉燃烬率的影响较小。此外,还对直吹管内挥发分、温度以及各种气体成分的分布情况进行了对比分析,以便更好地理解上述操作条件对煤粉燃烧的影响。     

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.     

高炉大喷煤量与富氧率的合理搭配

为改善高炉冶炼效果,采用两段卧式燃烧炉模拟实际高炉喷煤工艺条件,系统研究了不同条件下富氧喷煤对煤粉燃烧过程的影响.在热风富氧的条件下,单种煤和混合煤的燃烧率随富氧率的增加都有提高,而且无烟煤燃烧率的提高幅度略高于烟煤. 缩小煤粉粒度、提高热风温度都有利于煤粉燃烧率的提高,但在鼓风富氧率比较高和煤粉粒度较细小时,煤粉粒度的变化对煤粉燃烧率的影响比较小,混合煤粉的燃烧率随热风温度升高而提高的幅度也略微下降.     

高炉喷煤直吹管内气粉两相流的流场

在高炉富氧喷煤过程中 ,直吹管使喷入的煤粉与氧气预混、预热 ,并促使煤粉的热解和部分煤的燃烧。运用多相流的拟流体模型建立了高炉局部富氧喷煤直吹管内气粉两相流动的数学模型 ,对气粉两相流场进行了数值研究 ,探讨了气相和煤粉的速度分布规律及其影响因素 ,其中包括氧 -煤喷枪的结构、漩流数和富氧率等。结果表明 ,氧 -煤喷枪的漩流、富氧率等仅在氧枪出口的有限区域内对流场有较大的影响 ;喷煤对整个直吹管内的流场影响较小 ,但在氧 -煤喷枪出口附近区域会促使气相和煤粉激烈混合 ,动量和质量传输较强烈     

The Combustion Efficiencies of the Waste Plastics as Supplemental Fuel for Blast Furnace

The possibility of using waste plastics as a source of secondary fuel in the blast furnace has been of interest recently. In order to study the feasibility of injecting waste plastics into blast furnaces, the paper compares the combustibility of several kinds of waste plastics with that of pulverized coal. To improve the combustion efficiency of waste plastics in the blast furnace, the effects of plastic particle size, blast furnace temperature and different atmosphere were investigated in the laboratory. The result shows that compared with pulverized coal, waste plastics have lower thermal ignition temperature, shorter burning time, higher burning rate, lower ash ratio and higher calorific values, which are beneficial for blast furnace injection. With the increase of both the blast temperature and the level of oxygen enrichment, as well as the decrease in the particle size of waste plastics, the combustibility of waste plastics can be improved immensely. The optimization of blast furnace injection utilizing recycled plastics as a source of secondary fuel is possible by considering all these variables.     

混煤及富氧措施提高喷煤量的试验研究

高炉喷煤是降低高炉炼铁生产成本的重要措施之一,根据某高炉现场原料在实验室条件下的煤粉燃烧性试验,以现场煤种、粉气比的煤粉燃烧率为基准,考察了烟煤配比、富氧对煤粉燃烧率的影响,试验结果表明：4种无烟煤中,S2煤是最佳混合喷吹的无烟煤;增加烟煤配比和采用富氧措施,可使煤粉的燃烧率提高 。当S1和S2混合煤中烟煤S1配比为67%,富氧3%时,喷煤比可比基准提高37 kg/t(HM)。