经膜分离的高炉煤气应用于高炉煤粉喷吹的数值模拟
发布时间：2022-01-05 10:04
高炉煤气作为高炉冶炼的能源副产品,因其低热值和低利用率等特点使得高炉煤气的循环利用成为高炉节能降耗的突破点。高炉喷吹煤粉是现代高炉为了调节高炉炉况所采用的重要手段,如果将高炉煤气通过气体分离膜进行筛分处理,获得可燃成分较高的气体,并使其作为煤粉喷吹的载气进入高炉,就能实现高炉煤气的二次利用。数值模拟是研究高炉内部反应常用的方法,通过数值模拟可对高炉煤气的二次利用进行理论研究。本文选择经过氧化石墨烯/碳纳米管分子筛膜筛分后的高炉煤气作为高炉煤粉喷吹（PCI）的载气和碳基燃料,通过构建高炉炉腹模型,建立高炉煤粉喷吹的数学模型,使用Fluent软件对经过膜分离的高炉煤气在高炉冶炼中的二次利用进行了数值模拟,并利用实验数据对模型进行了验证。研究结果表明:将经膜分离的高炉煤气作为煤粉载气用于高炉喷吹时,气-固相流动分为高速气体喷吹和低速气体再循环,炉内气体的流速明显增大,提供较大的动能,这有利于吹透死料堆;并且相比单独喷吹煤粉和普通高炉煤气为煤粉载气喷吹,经膜分离的高炉煤气作为煤粉载气形成的高温区更靠近高炉中心,煤粉颗粒的运动轨迹更靠近死料区;筛分后的高炉煤气对煤粉燃烧的促进作用更加显著,煤粉的...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高炉总布置图
工程硕士学位论文3（3）煤气净化系统。主要用于除去煤气中含有的大量粉尘颗粒。炉顶煤气通过上升管和下降管排出高炉，经净化系统除去粉尘颗粒并将煤气降温。（4）出铁常铁水和熔渣在炉缸汇集，通过铁口进入出铁场，然后进入运输罐。（5）渣粒化装置。对熔渣进行粒化处理，用于其它生产。1.2.2高炉及炉内料层结构高炉本体是高炉冶炼过程中的主要设备，其结构如图1.2所示，从上到下依次分为：1）炉喉，炉料表面所处位置。2）炉身，铁矿被加热以及还原反应开始的区域。3）炉腰及炉腹，还原完成，铁矿熔化。4）炉缸，熔化的物料在此聚集并经由铁口排出。图1.2高炉内区域划分在高炉冶炼过程中，铁矿和焦炭分别从高炉炉顶以层状交替填充进入高炉，由此向下形成更多的料层，这种层状结构贯穿高炉，直到滴落带含铁炉料熔化。在运行的高炉内部，任何时刻从上到下的料层结构都可分为：1）铁矿层和焦炭层。2）软熔带，铁矿开始软化及熔化的区域。
经膜分离的高炉煤气应用于高炉煤粉喷吹的数值模拟43）滴落带，只有焦炭和液态渣铁的区域，又称为“活跃焦炭带”。4）死料区，在炉缸的稳定焦炭堆，向上扩展到炉腹，也称为“不活跃焦炭带”。1.2.3高炉反应驱动力高炉除了从炉顶进行焦炭和铁矿的输入，还要从高炉炉腹的风口进行热风和碳基燃料的输入。高炉风口数量根据高炉炉容大小从12个到42个不等，预热空气（1000~1300℃）使焦炭和其它通过风口喷吹进入高炉的碳基物料得到气化，这些碳基物料主要有煤粉、重油或是天然气。在这一过程中风口前端焦炭被消耗，由此产生了空间。这使得高温煤气在高炉内部上升，加热熔化铁矿，产生空隙，铁水炉料向下运动，由此开始高炉的冶炼过程。在这一过程中高炉内的驱动力如图1.3所示。图1.3高炉冶炼驱动力1.3高炉喷煤技术概况1.3.1高炉喷煤的发展现代高炉生产需要根据实际冶炼来调节高炉炉况，以保证高炉的顺行和高效，其中喷吹碳基燃料是所采用的重要手段之一。喷吹的碳基燃料包括煤粉、重油、天然气等。其中，煤粉喷吹（PCI）在高炉冶炼中是使用较为普遍的技术。在过去几十年内，高炉煤粉喷吹技术取得了明显的进步和发展，在实际应用中得到了不断地推广。煤粉喷吹技术是将煤粉通过喷枪送入吹管，与吹管中的气体通过风口喷吹进入滚道燃烧，提供高炉冶炼所需要的部分能量，同时起到供热、
【参考文献】：
期刊论文
[1]高炉煤气利用现状及节能减排新技术[J]. 张波,薛庆斌,牛得草,罗思红,刘彦祥. 炼铁. 2018(02)
[2]高炉喷吹煤气工艺中炉顶煤气循环的变化规律[J]. 刘颂,吕庆,张旭升,刘小杰,王书桓,李福民. 钢铁. 2018(02)
[3]煤粉燃烧H2S预测模型在对冲燃烧锅炉的CFD应用[J]. 张志,陈登高,李振山,蔡宁生,张定海,韦耿. 中国电机工程学报. 2018(13)
[4]高炉煤气平均停留时间的模拟及讨论[J]. 郁肖兵,张伟,李强,邹宗树. 材料与冶金学报. 2017(02)
[5]3H-TRT控制系统的研究和应用[J]. 王鑫育. 冶金能源. 2016(05)
[6]一种高温超高压高炉煤气机组的应用与研究[J]. 李学军,谢毅,袁建德. 冶金动力. 2015(12)
[7]高炉干法除尘后煤气中氯离子危害的研究现状[J]. 张波,胡宾生,贵永亮,刘晓光. 材料导报. 2015(21)
[8]高炉煤气变压吸附（PSA）提纯技术安全性分析[J]. 余运波,何琼,邓沙宁. 湖南有色金属. 2015(02)
[9]高炉煤气和转炉蒸汽综合利用技术探讨[J]. 马丽军,刘美丽,程德辉. 节能. 2014(09)
[10]回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟[J]. 张仕洋,薛庆国,刘锦周,佘雪峰,王静松. 过程工程学报. 2014(02)
本文编号：3570153
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高炉总布置图
工程硕士学位论文3（3）煤气净化系统。主要用于除去煤气中含有的大量粉尘颗粒。炉顶煤气通过上升管和下降管排出高炉，经净化系统除去粉尘颗粒并将煤气降温。（4）出铁常铁水和熔渣在炉缸汇集，通过铁口进入出铁场，然后进入运输罐。（5）渣粒化装置。对熔渣进行粒化处理，用于其它生产。1.2.2高炉及炉内料层结构高炉本体是高炉冶炼过程中的主要设备，其结构如图1.2所示，从上到下依次分为：1）炉喉，炉料表面所处位置。2）炉身，铁矿被加热以及还原反应开始的区域。3）炉腰及炉腹，还原完成，铁矿熔化。4）炉缸，熔化的物料在此聚集并经由铁口排出。图1.2高炉内区域划分在高炉冶炼过程中，铁矿和焦炭分别从高炉炉顶以层状交替填充进入高炉，由此向下形成更多的料层，这种层状结构贯穿高炉，直到滴落带含铁炉料熔化。在运行的高炉内部，任何时刻从上到下的料层结构都可分为：1）铁矿层和焦炭层。2）软熔带，铁矿开始软化及熔化的区域。
经膜分离的高炉煤气应用于高炉煤粉喷吹的数值模拟43）滴落带，只有焦炭和液态渣铁的区域，又称为“活跃焦炭带”。4）死料区，在炉缸的稳定焦炭堆，向上扩展到炉腹，也称为“不活跃焦炭带”。1.2.3高炉反应驱动力高炉除了从炉顶进行焦炭和铁矿的输入，还要从高炉炉腹的风口进行热风和碳基燃料的输入。高炉风口数量根据高炉炉容大小从12个到42个不等，预热空气（1000~1300℃）使焦炭和其它通过风口喷吹进入高炉的碳基物料得到气化，这些碳基物料主要有煤粉、重油或是天然气。在这一过程中风口前端焦炭被消耗，由此产生了空间。这使得高温煤气在高炉内部上升，加热熔化铁矿，产生空隙，铁水炉料向下运动，由此开始高炉的冶炼过程。在这一过程中高炉内的驱动力如图1.3所示。图1.3高炉冶炼驱动力1.3高炉喷煤技术概况1.3.1高炉喷煤的发展现代高炉生产需要根据实际冶炼来调节高炉炉况，以保证高炉的顺行和高效，其中喷吹碳基燃料是所采用的重要手段之一。喷吹的碳基燃料包括煤粉、重油、天然气等。其中，煤粉喷吹（PCI）在高炉冶炼中是使用较为普遍的技术。在过去几十年内，高炉煤粉喷吹技术取得了明显的进步和发展，在实际应用中得到了不断地推广。煤粉喷吹技术是将煤粉通过喷枪送入吹管，与吹管中的气体通过风口喷吹进入滚道燃烧，提供高炉冶炼所需要的部分能量，同时起到供热、
【参考文献】：
期刊论文
[1]高炉煤气利用现状及节能减排新技术[J]. 张波,薛庆斌,牛得草,罗思红,刘彦祥. 炼铁. 2018(02)
[2]高炉喷吹煤气工艺中炉顶煤气循环的变化规律[J]. 刘颂,吕庆,张旭升,刘小杰,王书桓,李福民. 钢铁. 2018(02)
[3]煤粉燃烧H2S预测模型在对冲燃烧锅炉的CFD应用[J]. 张志,陈登高,李振山,蔡宁生,张定海,韦耿. 中国电机工程学报. 2018(13)
[4]高炉煤气平均停留时间的模拟及讨论[J]. 郁肖兵,张伟,李强,邹宗树. 材料与冶金学报. 2017(02)
[5]3H-TRT控制系统的研究和应用[J]. 王鑫育. 冶金能源. 2016(05)
[6]一种高温超高压高炉煤气机组的应用与研究[J]. 李学军,谢毅,袁建德. 冶金动力. 2015(12)
[7]高炉干法除尘后煤气中氯离子危害的研究现状[J]. 张波,胡宾生,贵永亮,刘晓光. 材料导报. 2015(21)
[8]高炉煤气变压吸附（PSA）提纯技术安全性分析[J]. 余运波,何琼,邓沙宁. 湖南有色金属. 2015(02)
[9]高炉煤气和转炉蒸汽综合利用技术探讨[J]. 马丽军,刘美丽,程德辉. 节能. 2014(09)
[10]回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟[J]. 张仕洋,薛庆国,刘锦周,佘雪峰,王静松. 过程工程学报. 2014(02)
本文编号：3570153
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