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COREX熔融气化炉喷吹煤粉的燃烧行为研究

作　者: 曹希荣
导　师: 张丙怀
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 熔融还原 COREX 喷吹煤粉燃烧
分类号: TF557
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

COREX工艺是最早实现工业化的熔融还原炼铁技术,实现了“以煤炼铁”和“全氧炼铁”的重大突破。COREX工艺使用块煤来冶炼,然而,块煤资源非常有限,并且块煤在入炉之前的运输、储存和筛分等过程会产生很多粉煤,往熔融气化炉中喷吹煤粉将可以有效解决这个问题。研究煤粉在熔融气化炉内的燃烧行为,对COREX喷煤技术的设计和优化有重要意义。采用COREXC-3000的部分设计参数,对氧口前的回旋区、理论燃烧温度以及喷煤对熔融气化炉的影响等问题进行了计算和分析。根据相似原理,分别设计了热态、冷态模型,对煤的粒度、挥发分、燃烧气氛以及喷入位置等影响燃烧的因素分别进行了实验;对煤粉在熔融气化炉内的停留时间以及运动轨迹进行了分析。采用数学模型计算了煤粉在COREX氧口回旋区内的燃烧率。利用煤粒热解的数学模型,计算了熔融气化炉上部喷煤时的热解速率。实验研究表明:COREX工艺可以将喷吹煤粉的粒度适当放宽,但必须保证-200目所占的比例。混合粒度的煤粉喷吹时,其燃烧率、热解率明显高于按照混合比例而加权平均计算得到的值。同样粒度时,喷吹烟煤的燃烧率、热解率都高于无烟煤。粒度对烟煤的燃烧率和热解率影响较小,对于烟煤,只要磨到一定粒度,就可以保证煤粉在氧口前有较高的燃烧率;对于无烟煤,增加细磨程度可以提高燃烧率。煤粉本身也是一种促进剂,不同种类的煤粉混合后燃烧率可以提高。往筛分所得的粉煤中加入一定比例的无烟煤,仍然可以得到较高的燃烧率和热解率。CO、O2浓度对燃烧率影响明显,对热解率影响较小。CO浓度对粗粒度煤的燃烧率影响明显,O2浓度对细粒度煤的燃烧率影响明显。上部位置喷吹时的燃烧率和热解率都比下部位置喷吹时的燃烧率和热解率低。COREX工艺喷煤率达到30%是可能的。煤的粒度是燃烧率的主要影响因素,而挥发分含量是热解率的主要影响因素。煤的挥发分含量是影响煤粉吹出量及残煤挥发分的主要因素。由于气化炉的几何结构引起颗粒的返混,使得颗粒在炉内的停留时间明显延长。数学模型的计算表明:COREXC3000喷吹煤粉的平均粒度为0.075mm,煤比不超过125kg/t时,燃烧率可以保持65%以上。从上部位置喷煤时,煤中的挥发分在0.2秒以内就大部分析出来,余下部分要更长时间才能完全析出来,不会因残留挥发物质而影响生产。温度、煤的粒度和挥发分含量对热解速率有明显影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-21
  1.1 熔融还原炼铁概况  10-12
  1.2 COREX 熔融还原炼铁  12-16
    1.2.1 COREX 工艺的流程  12-13
    1.2.2 COREX 工艺的发展现状  13-15
    1.2.3 COREX 工艺的环保优势  15-16
  1.3 高炉喷煤的新进展  16-18
  1.4 研究的背景及内容  18-20
  1.5 本章小结  20-21
2 COREX 工艺及其喷煤的特点  21-37
  2.1 COREX 工艺的特点  21-25
    2.1.1 原燃料  21-23
    2.1.2 供氧及炉顶煤气  23-24
    2.1.3 COREX 工艺的关键参数  24-25
  2.2 煤的燃烧利用  25-28
    2.2.1 煤粉的燃烧机理  25-26
    2.2.2 煤粉在气化炉回旋区内燃烧的特点  26-27
    2.2.3 熔融气化炉内碳的消耗  27-28
  2.3 燃烧带理论燃烧温度  28-31
    2.3.1 计算目的  28
    2.3.2 计算过程及结果分析  28-31
  2.4 回旋区的大小  31-33
    2.4.1 计算目的  31
    2.4.2 计算过程及结果分析  31-33
  2.5 喷煤对COREX 工艺的影响  33-35
  2.6 本章小结  35-37
3 热态模拟实验装置  37-44
  3.1 实验设备  37-39
  3.2 实验原料  39-40
  3.3 实验气体流量的确定  40-41
  3.4 实验指标的计算方法  41-43
  3.5 本章小结  43-44
4 熔融气化炉喷吹煤粉的热态实验  44-71
  4.1 煤粉粒度实验  44-50
    4.1.1 实验目的  44
    4.1.2 实验方法及结果  44-48
    4.1.3 分析与讨论  48-50
  4.2 煤种的实验  50-58
    4.2.1 实验目的  50-51
    4.2.2 实验方法及结果  51-55
    4.2.3 分析与讨论  55-58
  4.3 燃烧气氛的实验  58-62
    4.3.1 实验目的  58
    4.3.2 实验方法及结果  58-62
    4.3.3 分析与讨论  62
  4.4 上部喷吹实验  62-65
    4.4.1 实验目的  62
    4.4.2 实验方法及结果  62-64
    4.4.3 分析与讨论  64-65
  4.5 喷煤量的实验  65-68
    4.5.1 实验目的  65
    4.5.2 实验方法及结果  65-67
    4.5.3 分析与讨论  67-68
  4.6 各因素对燃烧率和热解率影响的主次  68-70
    4.6.1 实验目的  68
    4.6.2 实验方法及结果  68-69
    4.6.3 分析与讨论  69-70
  4.7 本章小结  70-71
5 熔融气化炉喷煤燃烧率的数学模型计算  71-77
  5.1 回旋区内煤粉燃烧率  71-74
    5.1.1 燃烧率计算的数学模型  71-73
    5.1.2 计算结果  73-74
  5.2 上部喷吹煤粉的热解率  74-76
    5.2.1 热解速率计算的数学模型  74-75
    5.2.2 计算结果  75-76
  5.3 本章小结  76-77
6 熔融气化炉冷态模型实验  77-83
  6.1 冷态模型的设计  77-81
  6.2 实验装置及结果  81-82
    6.2.1 冷态实验装置  81
    6.2.2 实验结果及分析  81-82
  6.3 本章小结  82-83
7 结论与展望  83-86
  7.1 结论  83-84
  7.2 展望  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-91
附录攻读硕士期间发表的学术论文  91-93

COREX熔融气化炉喷吹煤粉的燃烧行为研究

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