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.     

全氧高炉炼铁工艺模拟分析

建立了全氧高炉工艺的系统模拟模型。该模型能够计算不同原燃料、不同操作参数下的原料消耗、熔剂消耗、渣量及其成分、各种煤气量及其成分等。模型计算结果表明：在炉身矿石金属化率为90％时,若在炉身底部吹入较多的循环煤气,热量的需求决定了完成炉身内矿石还原所需的煤气量;若在炉缸吹入较多的循环煤气,还原性气体的需求决定了完成炉身内还原所需的煤气量。在焦比固定和正常操作条件下,煤耗的计算值基本随系统输出煤气量的增加而线性增加。在焦比取为200 kg时,经计算获得的系统最低煤比为200 kg左右。     

转底炉直接还原工艺综合数学模型

为发展和深入认识转底炉直接还原工艺技术,建立了转底炉综合数学模型,该模型由转底炉本体热化学平衡、转底炉区域热平衡计算模型、余热回收模型、生球干燥模型、炉膛温度校核与尾气露点校核模型和转底炉流程模型组成.采用综合模型计算了该工艺流程的基本工艺参数.计算结果表明:煤气热值、废气排放温度和余热回收利用方案对整体能量消耗有不同程度影响,煤气发热值每增加50 kJ·m 3,理论燃烧温度提高22~25℃,煤气用量减少41~47 m3·t 1;空气预热温度平均每增加100℃,理论燃烧温度提高35~40℃,煤气用量减少90~103 m3·t 1.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的直接还原工艺参数,研究不同余热回收方案条件下的各个工艺参数的变化规律.     

喷吹煤气后高炉热平衡

针对高炉富氧喷吹煤气的新工艺,进行了热平衡和物料平衡计算.通过分析研究得到:当富氧率为10%,喷吹600m3tFe时,与唐钢1#高炉相比,新工艺的焦比可降低约40%左右.同时炉内还原气氛强、冶炼强度高、能耗少、炉顶煤气热值高,风口理论燃烧温度可进行灵活的调节,高炉上下部热量可达到均衡的分配等特点,彻底消除了喷吹煤粉给高炉冶炼带来的负面影响.高炉富氧喷吹煤气具有十分诱人的开发应用前景.     

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.     

高炉喷吹煤粉燃烧过程的研究

本文模仿高炉风口前燃烧条件,用试验与计算方法,对喷吹煤粉燃烧速度进行研究,按假设条件建立了喷吹煤粉燃烧速度的数学模型,试验与计算结果基本接近,按高炉风口燃烧特性,将模型作了修正,得出了适合高炉喷吹条件下煤粉燃烧速度变化规律的数学模型,在均匀稳定喷吹情况下,高炉适宜的喷煤量应为140—160kg/吨铁。     

喷吹煤气后高炉热平衡

针对高炉富氧喷吹煤气的新工艺，进行了热平衡和物料平衡计算。通过分析研究得到：当富氧率为10％，喷吹600m^3tFe时，与唐钢1#高炉相比，新工艺的焦比可降低约40％左右。同时炉内还原气氛强、冶炼强度高、能耗少、炉顶煤气热值高，风口理论燃烧温度可进行灵活的调节，高炉上下部热量可达到均衡的分配等特点，彻底消除了喷吹煤粉给高炉冶炼带来的负面影响。高炉富氧喷吹煤气具有十分诱人的开发应用前景。     

高炉风口回旋区内温度分布的模拟分析

基于Fluent软件,采用预混燃烧模型对高炉风口回旋区内温度场进行模拟,分析风量、风压、喷煤量等参数对高炉风口回旋区内温度分布的影响。结果表明,随着风量、风压、喷煤量的增加,风口回旋区内温度最高处离风口端部的距离逐渐增大,风口回旋区内最高温度逐渐降低;风口的堵塞会使风口回旋区内温度最高处与风口端部的距离缩短,使风口回旋区内最高温度升高。     

高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区的数学模拟

基于质量平衡和热量平衡理论,建立了高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区数学模型,系统研究了焦炉煤气喷吹量对回旋区焦炭质量流量、理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气组成和回旋区形状的影响.研究表明:在维持高炉现有的基准操作不变的条件下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度呈降低的趋势,而炉腹煤气量呈增加的趋势;为了维持理论燃烧温度和炉腹煤气量与基准操作一致,可通过降低风量和提高富氧率进行热补偿.热补偿后,随着焦炉煤气喷吹量的增加,焦炭质量流量呈上升趋势,炉腹煤气中还原气体积呈增加趋势,回旋区体积呈缩小趋势.每增加1 m3/s的焦炉煤气喷吹量,焦炭质量流量上升1.74%,炉腹煤气中还原气体积增加2.04%,...     

高炉处理烧结烟气脱硫脱硝理论分析

对利用高炉处理烧结烟气同时脱硫脱硝脱二噁英技术的可行性进行了理论探讨,分析高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物,以及分解二噁英的热力学条件,探讨烧结烟气代替空气鼓风对理论燃烧温度、风量、炉缸煤气、炉顶煤气和铁水硫含量的影响.结果表明：二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮的最低平衡体积分数分别为1.84×10-13%、3.08×10-11%和3.72×10-21%,高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物是可行的;高炉具有分解二噁英的有利热力学条件;烟气中二氧化硫和一氧化碳对理论燃烧温度的影响可忽略,氮氧化物能略微提高理论燃烧温度,二氧化碳体积分数增加1%,理论燃烧温度降低大约40.5℃,但通过降低鼓风湿度和提高富氧率等措施,能达到高炉正常生产时的炉缸热状态水平;随着烟气中二氧化碳含量的增加,风量、炉缸和炉顶煤气量都逐渐降低,炉缸煤气一氧化碳和氢气含量增加,炉顶煤气中一氧化碳、氢气、二氧化碳和水含量都增加,氮气含量显著降低;铁水硫含量与烟气二氧化硫含量成正比,但当二氧化硫质量浓度达到2000 mg·m-3,铁水中硫质量分数仅为0.025%,铁水质量仍合格.通过综合调节高炉操作参数,也可以实现烧结烟气代替空气鼓风进行高炉炼铁生产,达到脱硫脱硝脱二恶英的目的.