高炉回旋区喷吹煤粉三维模拟

建立了高炉回旋区喷吹煤粉的气固两相流动、辐射和燃烧三维数学模型,用商业软件模拟了高炉回旋区内流场、温度场及组分变化,研究了鼓风富氧率、鼓风温度、鼓风速度对高炉回旋区的影响. 结果表明,气体在回旋区内的流动可分为沿风口方向的高速射流区和在回旋区上部的回旋流动. 回旋区内温度分布不均匀,回旋区下部温度较高,热量沿回旋区边界向上部传递. 沿风口中心线O2不断被消耗,CO2含量随O2含量减少而增加,在O2基本耗尽时达到峰值. 随CO不断生成,CO2含量逐步减少,直至消失. 提高鼓风富氧率、鼓风温度及增加鼓风速度能促进煤粉燃烧,提高煤粉燃烧速度.     

煤粉预热对高炉喷吹中煤粉燃烧行为的影响

通过建立数学模型,在Fluent软件的基础上结合自编程序,对不同预热温度下高炉喷吹煤粉的燃烧进行了模拟,得到了预热温度对煤粉燃烧的影响规律. 模型中包含了煤粉与O2, CO2及水蒸汽的异相反应,且考虑了焦炭的燃烧反应. 确定了回旋区的大小与形状,将煤粉燃烧空间划分为4个区域,对不同区域分别提出不同假设进行处理. 计算结果表明,煤粉预热后进行喷吹可促进煤粉在风口前提前气化,使煤粉的燃烧区域前移,提高了煤粉在回旋区的燃尽率;预热温度每提高50℃,煤粉在回旋区的燃尽率平均提高2%.     

新型旋流式氧煤喷枪的喷煤特性

对比研究了一种新型旋流式氧煤喷枪与普通单管喷枪的喷煤特性,主要考察了直吹管内流场、浓度场及煤粉的燃烧情况. 结果表明,采用该氧煤枪喷吹时,在直吹管内形成的低速区面积更大,在距喷枪口30 mm范围内形成了明显的回流区,在距喷枪口200 mm范围内形成了富氧、富煤的强湍流区域;与普通单管喷枪相比,旋流式氧煤喷枪使煤粉温度提高近100 K,有助于挥发分挥发,燃尽率由4.96%提高到15.53%.     

COREX熔融气化炉风口回旋区的物理模拟

依据相似理论建立了模拟COREX熔融气化炉冷态模型.应用颗粒速度等高线法对回旋区边界进行了界定,考察了鼓风量、床层高度、排料速度等对回旋区深度的影响.结果表明,当鼓风量超过一定值时,风口前缘会形成回旋区空腔.随着鼓风量的增加,回旋区深度不断增大,二者呈近似线性关系.随着床层高度的增加,回旋区深度不断减小,但当床层到达大于350 mm高度后,回旋区深度几乎不再变化.排料速度小于0.493 L/h时对回旋区深度影响不大,随着排料速度的增加,回旋区深度不断增大.     

富氧输送对煤粉燃烧性能的影响

实验研究了某钢铁厂2种喷吹用煤粉在空气和纯氧气氛下的热解特性及输送介质含氧量对其爆炸性和燃烧率的影响. 结果表明,纯氧气氛下煤粉的热解性能明显优于空气气氛;当输送介质含氧量低于51%(j)时,煤粉无爆炸性,高于61%(j)后煤粉呈弱爆炸性,且随含氧量增加爆炸性增强;富氧输送有助于提高煤粉的燃烧率,含氧量每增加10%,煤粉燃烧率提高1.97%;煤比(1 t铁消耗的煤粉量)增加会降低煤粉燃烧率,煤比每增加10 kg/t,燃烧率降低1.13%.     

提高潞安喷吹煤粉燃烧率的工业模拟燃烧实验研究

采用六种助燃剂配成几组混合助燃剂,在高炉喷吹煤工业模拟燃烧装置上,模拟高炉风口回旋区的煤粉燃烧状况,测定添加不同助燃剂时潞安喷吹煤粉的燃烧率;结果表明,组成为CeO2、CaCO3、MnO2、Fe2O3的助燃剂是潞安喷吹煤较为理想的助燃剂。     

传递过程原理在移动床中的应用——(Ⅰ)高炉煤粉喷吹数学模型

炼铁高炉是移动床工艺用于固相加工的重要特殊例子.根据物料和热的微分平衡,对高炉风口喷吹煤粉时所发生的传递现象和化学反应进行了解析.本文中数学模型的理论计算值和实际高炉的实测结果的一致性证明了模型的可靠性.本文提供的软件具有通用性,只要输入不同高炉的鼓风条件、燃料喷吹量、风口直径等初始参数,就可以预报任一参数的变更对炉内状况(诸如炉内气体组分、温度、诸反应速率、回旋区深度、置换比等)的影响,由此不仅可判断高炉内的燃烧状况,而且为高炉操作选择合适的鼓风参数及喷煤量提供了计算方法,以便控制高炉内气流分布和炉温,使高炉操作正常.     

分解炉中煤粉燃尽特性的试验研究及评价

通过高温悬浮试验反应台模拟了不同温度和O2情况下,水泥工业所用的4种典型煤粉的燃尽特性。试验表明,温度提高、燃烧气氛中O2含量的增加有利于提高煤粉的燃烧效果,尤其对无烟煤有较大的影响,但温度及O2的进一步增加对烟煤的影响则较小。根据煤粉的燃烧特性,结合分解炉的特点提出了评价分解炉中煤粉燃尽特性的特征燃尽度和相对燃尽时间,认为只要出分解炉煤粉燃尽度≥90%即可确保分解炉设计的可靠性及合理性。根据煤粉在特征燃尽度下的相对燃尽时间可指导实际分解炉的开发和对现有分解炉实施改造,以确保和提高煤粉在分解炉中的燃烧效果,从而保证分解炉的运行可靠。     

燃用无烟煤分解炉分风降氮数值模拟研究

对某2500t/d双喷腾型分解炉,按1:1比例建立物理模型,采用数值模拟方法,研究空气分级改造条件下分风比和三次风温对炉内无烟煤燃烧、生料分解以及NO减排的影响,并通过实验验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:随着分风比增长,煤粉燃尽率以及生料分解率逐渐降低,脱硝效率逐渐增大;随着三次风温提高,煤粉燃尽率和生料分解率逐渐增加,脱硝率呈先增后减变化.综合考虑炉内燃烧、生料分解以及脱硝情况,分风比取15％、三次风温取1370 K为最佳值,在此最佳分风比和三次风温下,炉内流场合理,高温区范围大,炉内温度值能满足生料分解要求,此时煤粉燃尽率、生料分解率、分解炉出口脱硝率分别为:94.40％、94.79％、33.98％,较未分风改造前分别提高:1.13％、-0.32％、33.98％.     

300 MW四角切圆锅炉低负荷下燃烧特性数值模拟研究

随着环保标准提高,电站锅炉NO_x排放量控制日益严格。低氮改造可以有效降低NO_x生成,而对于改造后低负荷下炉内燃烧特性研究有限。对某电厂低氮改造后的一台300 MW四角切圆煤粉锅炉进行了低负荷下多工况燃烧特性的数值模拟,研究了过量空气系数、燃尽风量和一次风喷口给煤量对炉内速度场、温度场、组分浓度场的影响。通过改进网格系统,提高模拟结果的准确性。数值模拟结果和试验测量值偏差较小,说明其数值模拟结果可信。结果表明:随着过量空气系数的增加,炉内燃烧温度升高,还原性物质减少,NO_x排放量增加,当过量空气系数从1.20增加到1.30时,NO_x排放从221.12 mg/m~3增加到196.26 mg/m~3;随着燃尽风量增加,主燃区温度降低,燃尽区温度升高,主燃区温度的降低抑制了热力型NO_x的生成,NO_x排放量降低,当燃尽风量从20%增加到30%时,NO_x从231.21 mg/m~3降低到180.95 mg/m~3;一次风喷口给煤量变化对炉膛内温度场、组分浓度场和NO_x生成影响较小。     

低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

神府煤粉燃烧特性

为了给煤粉锅炉用户提供煤粉优选理论依据,以煤粉锅炉主要用煤神府煤制备的煤粉为研究对象,采用TG-DTG对煤粉的燃烧特性进行研究,分析了不同煤粉及升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率提高,TG、DTG曲线向高温方向移动,煤粉的着火温度升高,最大质量变化速率增大,最大失重温度提高,燃尽指数增大;随着灰分和粒径改变,升温速率为10或20℃/min时,煤粉的着火温度变化不显著,燃尽指数及综合燃烧特性指数均有影响。灰分减小,粒径不变时,D煤粉的综合燃烧指数为1.51,优于粒径74μm、灰分9.5%的P煤粉。     

废塑料的添加比例对煤粉燃烧的影响

采用热重分析法,对比研究了不同比例废塑料对川煤集团瘦煤和务本精煤燃烧特性的影响. 结果表明,添加废塑料可提高煤粉的最大失重速度,降低煤粉的着火点、燃尽温度和最大失重速度时的温度,能有效提高煤粉燃烧率;在添加比例相同时,废塑料对低挥发性煤粉的助燃效果优于挥发分相对较高的煤粉,且在较低温度区域(500℃)的助燃作用最为明显;在添加比例不同时,当添加量较大时,比例为20%左右时助燃效果最为明显;当添加量较小时,添加0.5%即能使煤粉燃烧率明显提高.     

A three-dimensional numerical study of the combustion of coal blends in blast furnace

The practice of blending coals for pulverized coal combustion is widely used in ironmaking blast furnace. It is desirable to characterize the combustion behaviour of coal blends and their component coals. A three-dimensional numerical model is described to simulate the flow and combustion of binary coal blends under simplified blast furnace conditions. The model is validated against the experimental results from a pilot-scale combustion test rig for a range of conditions, which features an inclined co-axial lance. The overall performance of coal blend and the individual behaviours of their component coals are analysed, with special reference to the influences of particle size and coal type. The synergistic effect of coal blending on overall burnout is examined. The results show that the interactions between component coals, in terms of particle temperature and volatile content, are responsible for the synergistic effect. Such synergistic effect can be optimized by adjusting the blending fraction. The model provides an effective tool for the design of coal blends.     

Three-dimensional modelling of in-furnace coal/coke combustion in a blast furnace

A three-dimensional mathematical model of the combustion of pulverized coal and coke is developed. The model is applied to the region of lance-blowpipe-tuyere-raceway-coke bed to simulate in-furnace phenomena of pulverized coal injection in an ironmaking blast furnace. The model integrates not only pulverized coal combustion model in the blowpipe-tuyere-raceway-coke bed but also coke combustion model in the coke bed. The model is validated against the measurements under different conditions. The comprehensive in-furnace phenomena are investigated in the raceway and coke bed, in terms of flow, temperature, gas composition, and coal burning characteristics. The underlying mechanisms for the in-furnace phenomena are also analysed. The simulation results indicate that it is important to include recirculation region in the raceway and the coke bed reactions for better understanding in-furnace phenomena. The model provides a cost-effective tool for understanding and optimizing the in-furnace flow-thermo-chemical characteristics of the PCI operation in full-scale blast furnaces.     

DD分解炉燃烧与分解耦合过程的数值模拟

针对一实际尺寸的DD分解炉进行了煤燃烧与碳酸钙分解耦合过程的三维数值模拟研究,其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,采用离散相模型(discrete phase model)进行颗粒相的运动轨迹计算,采用组分运输模型(species transport model)结合涡耗散概念模型(EDC)模拟煤粉燃烧及生料分解过程,采用P-1辐射模型计算气体和颗粒之间的辐射换热。计算所得煤粉燃烬率为86%,碳酸钙分解率为92.9%,与工程实际数据吻合较好,表明模拟结果的可信性。研究结果表明:来自底部向上运动的高速烟气流与两股横向三次风相遇后,汇合成一股高速向上运动的主气流,携带着煤粉流在分解炉中心处向上运动,并偏向位于分解炉侧面的出口方向;煤粉的燃烧主要发生在分解炉下半柱体部分中心处,并形成了高温区;碳酸钙则围绕着高温区迅速分解,其分解过程主要发生在分解炉下半柱体部分。     

气流床粉煤气化性能模拟分析

基于Aspen Plus工作平台,运用Gibbs自由能最小化原理,对气流床粉煤气化过程进行了数值模拟,并对流程算法进行了改进。研究了氧煤比、蒸气煤比、压力及粉煤粒径对气化炉出口气体组成、温度、冷煤气效率、碳转化率及有效气产率的影响。结果表明：模拟值和实验值有良好的相似性;氧煤比对气化进程的影响较蒸汽煤比及其它操作条件更为显著;并确定了模拟煤种的最佳氧煤比是0．70～0．80kg／kg,气化炉出口CO＋H2的最大干基体积分数为96．48％,冷煤气效率最高为83．56％,最大有效气产率为1．74m^3／kg;氧煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度升高约40℃,而蒸汽煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度降低约8℃。