220t/h混烧锅炉炉内燃烧过程的数值模拟

以某厂220 t/h高炉煤气和煤粉混烧锅炉为研究对象,对锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟。总结适合该类锅炉的数值模拟方法和网格划分方法。预报了混烧锅炉炉内的速度场和温度场,结果表明:该锅炉炉内可形成较规则的四角切圆形流场,炉内等温线分布较均匀。模拟结果可为同类锅炉的优化设计、合理运行提供参考。     

220t/h混烧锅炉炉内燃烧过程的数值模拟

以某厂220 t/h高炉煤气和煤粉混烧锅炉为研究对象,对锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟。总结适合该类锅炉的数值模拟方法和网格划分方法。预报了混烧锅炉炉内的速度场和温度场,结果表明:该锅炉炉内可形成较规则的四角切圆形流场,炉内等温线分布较均匀。模拟结果可为同类锅炉的优化设计、合理运行提供参考。     

煤、气混烧锅炉燃用贫煤的数值模拟及影响分析

针对某型煤气混烧锅炉运行中由于煤质波动引起的过/再热器超温、飞灰可燃物含量及排烟温度过高等问题,进行不同煤质下高炉煤气掺烧数值模拟,并进行燃烧调整试验.结果表明,掺烧高炉煤气后炉内温度显著降低,烟气量增加,炉膛出口烟温升高,排烟温度升高,锅炉热效率降低.锅炉燃用贫瘦煤时,炉膛整体温度较低,掺烧高炉煤气不利于煤粉的燃尽,飞灰可燃物含量整体偏高,同时排烟温度较高,锅炉整体热效率较低.煤气混烧锅炉运行时应加强燃料管理,减小煤质波动,并根据煤质情况合理调整高炉煤气掺烧量.     

全氧条件下高炉高温热化学反应与能质传递协同原理

高炉作为目前主要的炼铁工艺,经过上百年的发展,其碳耗已接近该工艺的理论最低值,很难再有大的突破。氧气高炉作为一种新型炼铁工艺,其可行性以及在节碳减排方面的突出优势已经在理论上和试验性高炉上得到了证实。该工艺由于采用全氧鼓风代替传统的热风操作,同时将炉顶煤气脱除CO2后循环回高炉,使得炉内煤气中的CO和H2含量大幅增加,从而导致炉内炉料的冶金性能也发生了变化。为了推进氧气高炉工艺的工业化应用,对氧气高炉炼铁工艺进行了系统的研究。该研究建立了一种氧气高炉综合数学模型,对不同氧气高炉工艺流程进行模拟计算,并采用多种评价指标对氧气高炉炼铁工艺进行综合评价,确定适宜的氧气高炉工艺流程,为研究开发氧气高炉炼铁工艺提供理论基础。以氧气高炉数学模型为基础,在不同气氛下分别进行烧结矿、球团矿和块矿的低温还原粉化实验,分析氧气高炉气氛下含铁炉料的低温还原粉化特性。利用高温还原熔滴实验装置,进行不同操作条件下(传统高炉和氧气高炉)含铁炉料的高温软熔特性实验研究,讨论氧气高炉气氛与传统高炉气氛下炉料软熔特性的差异,初步探索氧气高炉软熔带的形成及分布规律。采用程序还原及软熔实验装置,通过设定升温制度及分段改变煤气成分来模拟烧结矿、球团矿及其混合矿在氧气高炉与传统高炉中的还原及软熔行为,对炉料在氧气高炉工艺条件下的还原及软熔性质演变规律作出分析判断。以氧气高炉数学模型为基础,采用自制的单颗粒还原实验装置对球团矿在H2、CO以及两者的混合气氛中的还原行为及其交互作用进行了研究;采用颗粒模型与三界面未反应核模型相结合的方法对球团矿在CO/CO2/H2/H2O/N2混合气氛下的还原行为进行数值模拟研究;用单颗粒焦炭溶损实验装置,分别对H2O、CO2以及两者的混合气氛中的焦炭的溶损行为及其交互作用进行了研究。通过利用仿真模拟系统建立了氧气高炉的数学模型对氧气高炉的内部运行状况进行了深入研究,分别采用粘性流方法和离散元方法对炉料下降运动进行数值模拟研究;建立了高炉风口回旋区的二维数学模型,对氧气高炉中气体的流动、煤粉颗粒的运动、气体的传热(气体间的传热和气体与颗粒间的传热等)、颗粒的传热(颗粒之间的传热及与气体间的传热等)、燃烧(煤粉和焦炭的燃烧)等过程进行了深入研究;通过建立一维和二维的气固换热与反应动力模型,对氧气高炉内部的温度分布、压力分布以及不同相之间的换热情况进行了深入了解。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

电厂天然气锅炉富氧燃烧数值模拟

对传统燃烧方式下和应用富氧燃烧技术(O2/CO2燃烧技术)时电厂天然气锅炉内的燃烧特性进行数值模拟研究.结果表明随着氧气浓度的增大,整个炉膛的高温区分布趋于集中,烟气温度增加,火焰分布更为集中,充满度也越来越差.当氧气浓度为25%时,炉膛内的温度分布和烟气辐射特性与传统燃烧方式下最接近.当氧气浓度由21%上升到40%时,炉膛内烟气温度得到较大幅度的提高,燃烧器所在截面温度上升300 K以上,火焰充满度变差.     

新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计

设计了一种适合模拟高炉喷煤燃烧的实验装置,满足热风既高温又高速的煤粉喷吹条件,可以模拟氧气高炉条件下的煤粉喷吹.喷吹瞬间流场的数值模拟结果表明,当喷吹气体速度达到最大值时,直吹管气体平均速度为162.35 m.s-1.利用该装置研究了氧气高炉条件下煤粉的燃烧规律.结果表明:煤粉的燃烧率随O/C原子比的增加而增加;在低O/C原子比条件下,煤粉的燃烧率较低,但其增幅比较明显;无烟煤的燃烧率低于烟煤.     

直流燃烧器参数对氧煤燃烧特性的影响

以Φ200 mm×2 m的火焰炉为对象,借助软件FLUENT研究了在O_2/CO_2气氛下燃烧器射流动量比和射流间距的改变对炉内流场特性和燃烧特性的影响.结果表明:当射流动量比由28增至66时,烟气内循环率峰值呈现先增大后减小的趋势,混合区烟气内循环率的整体水平是在射流动量比为48时最大;随着射流间距的增大,Oxz轴面回流区向下游偏移,且氧气质量分数高于10%的区域逐渐缩小,燃烧峰值有所降低,当射流间距增至75mm时,Oxz轴面回流区的范围明显缩小,反应区氧气体积分数回升,使得燃烧峰值升高.同轴射流方式下的燃烧峰值最高,约2 200K,仅当射流间距为60mm工况下的炉膛燃烧最大温升小于煤粉的着火温度(790 K),即可实现氧煤MILD(moderate or intensive low oxygen dilution,温和)燃烧.     

1139t/h超临界切圆锅炉气固两相流动数值模拟

为研究1139t/h四角切圆燃烧锅炉炉内气固两相流动问题,采用标准k-ε模型和DPM模型数值研究3种典型负荷下炉内流动特性及固体颗粒运动轨迹.研究结果表明:在不同负荷下四角射流均能形成稳定切圆,但炉内气流偏斜严重易引起水冷壁的结渣;100%负荷下在炉膛壁面产生漩涡,颗粒对水冷壁造成冲刷;炉内合适的煤粉粒径能够保证煤粉在炉内的停留时间.研究结果对锅炉的热态燃烧调整提供理论依据.     

200 MW四角切向燃烧煤粉炉炉内过程的数值模拟

借助FLUENT CFD软件平台，应用Eulerian/Lagrangian方法，在3种不同工况下，对200MW四角切向燃烧煤粉锅炉炉内的流动、传热及燃烧进行了数值模拟。为减小数值伪扩散的影响，采用了改进网格系统的措施。模拟结果表明：炉内最高温度出现天燃烧器区域，随着炉膛高度的增加，温度逐渐降低；整个炉膛空间存在旋转流场，从下至上旋转强度从弱到强，然后再逐渐减弱，直到炉膛出口仍存在残余旋流；炉内CO、O2和CO2的质量浓度分布与温度分布有很大关系，高温区对应着高的CO质量浓度和低的O2、CO2质量浓度。数值模拟结果为锅炉的运行和改造提供了参考依据。     

钢厂煤气混烧锅炉运行优化的试验研究

对某钢厂煤气混烧锅炉进行高炉煤气和焦炉煤气掺烧调整试验,分析掺烧对锅炉排烟温度、飞灰含碳量和过热蒸汽温度等的影响,并对锅炉运行进行了优化。结果表明,当高炉煤气掺烧热值比为30%且焦炉煤气掺烧热值比为40%时,锅炉热效率达到80.9%,这样既保证了锅炉较高的热效率,又实现了高炉煤气的较大比例掺烧,解决了其大量过剩问题,具有较好的经济性。     

高炉风口理论燃烧温度计算模型的改良

在原有改进型理论燃烧温度(Tf)模型的基础上,进一步针对煤粉燃烧率、煤粉分解热以及灰分中Si O2在高温下还原耗热等方面内容进行修正和完善,提出更为全面的Tf计算模型,并对比分析了传统模型、原改进型模型以及本模型中富氧率、鼓风温度、鼓风湿度以及喷煤比等因素变化时对理论燃烧温度的影响规律.计算结果表明,与传统模型以及原有改进型模型相比,使用本模型时不同鼓风参数对理论燃烧温度的影响更为趋于"缓和",高炉下部炉缺状态相对更为稳定.事实上高炉在"高富氧,低煤比"或"低富氧,高煤比"两种操作下均未出现Tf过高或不足的问题,也印证了本模型能更贴切地反映实际生产高炉下部的炉缸热状态.     

基于化学链制氧的加热炉富氧燃烧系统构建及分析

基于化学链制氧原理构架了加热炉富氧燃烧系统,以解决富氧燃烧氧气来源问题.通过对Co₃O₄氧解耦特性的研究,分析构建系统的可行性.结果表明:Co₃O₄释氧反应平衡氧的体积分数随温度升高而急剧增大,当反应温度为900℃时,平衡氧的体积分数为29.6%;烟气中CO₂,H₂O等成分不会对Co₃O₄释氧过程产生影响;随Co₃O₄与烟气物质量的比的增大,烟气中氧气的体积分数逐渐增大,当物质量的比为1∶1时,950℃下氧气的体积分数可达24.5%;考虑实际生产过程,产量为32t/h的蓄热式轧钢加热炉,富氧率为4%时,Co₃O₄填充量为3.4t.     

长焰煤贫氧燃烧放热特性参数实验研究

采用差示扫描量热(DSC)法测试了煤田火区和什托洛盖长焰煤在贫氧、不同氧浓度气氛下的氧化燃烧放热过程;并对热流曲线进行了分峰、积分处理;分析了长焰煤氧化燃烧的放热历程;研究了放热特性参数在贫氧不同氧浓度气氛下的变化规律;进而分析了氧气浓度对煤火空间演化过程的影响。研究表明,长焰煤燃烧放热过程主体分为以煤氧化学吸附和挥发分燃烧放热为主的放热阶段A,和以煤焦及半焦高温燃烧放热为主的放热阶段B。在贫氧条件下,随着氧气浓度的降低,阶段A和阶段B的峰值温度T_a和T_b逐渐升高,阶段A的放热量先增大后减小,并在16%时达到最大;阶段B的放热量逐渐减小。研究确定了16%氧气浓度为煤火空间演化的关键氧气浓度。     

无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响

采用非等温热重分析法研究了5种单种煤及9种混合煤的燃烧特性,根据TG-DTG曲线得出各试验煤样的着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率和平均燃烧速率,并进一步计算出其燃烧特性指数。探讨了不同无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响,并对不同粒度区间的混合煤燃烧性进行了研究。结果表明,混合煤的燃烧性与配入单种煤的燃烧性相关,同时也受其可磨性的影响,当配入无烟煤的燃烧性能相近时,无烟煤对混合煤燃烧性的影响主要取决于无烟煤的可磨性。     

高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化方程,建立并发展了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型.用所建模型分别对冷态模型内气固两相流动和某企业750 m3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了数值模拟.采用三维激光相位多普勒分析仪(PDA)对冷态模型内气固两相流场进行了测量,实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致.热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布,模拟结果与实验测量结果较吻合,揭示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点.     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明：氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.     

炉膛漏风对煤粉炉O_2/CO_2气氛燃烧影响的模拟研究

采用一种全新的网格画法,运用FLUENT软件对1台300 MW四角切圆煤粉锅炉在不同工况下的炉内流动、传热、燃烧及污染物排放规律分"无漏风"和"有漏风"2种情况进行了数值模拟.结果表明:炉膛漏风使排烟温度升高、烟气中CO_2浓度降低、NO浓度升高,导致排烟损失、CO_2捕集回收难度及污染物排放量增加;随着O_2浓度的升高,漏风的影响加剧,锅炉运行的经济性大幅降低,甚至存在安全隐患.