CN112921137A - 一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法 - Google Patents

一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法 Download PDF

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沈岩松
孙俊杰
王军峰
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Abstract

本发明公开了一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,主要解决现有炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率无法准确评价的技术问题。本发明一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,包括:1)计算高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率;2)计算高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,高炉风口回旋区内煤粉燃烧率按照公式二计算,
Figure DDA0002304392160000011
公式二,公式二中,BR,V为高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,V为高炉风口回旋区的总体积,Vi为高炉风口回旋区内局部区域的体积,φi为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率。本发明方法流程简单,便于实施,能够准确检测高炉风口回旋区内煤粉燃烧率。

Description

一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法
技术领域
本发明涉及一种煤粉理化性能的检测方法,特别涉及一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,属于钢铁冶金高炉炼铁以及高炉炉身喷煤技术领域。
背景技术
高炉喷吹煤粉工艺是降低炼铁生产成本、调节高炉生产和减少炼焦过程环境污染的重要措施之一,近年来高炉喷煤技术已成为炼铁系统工艺结构优化,能源结构变化的核心。它的应用和发展促进了钢铁工业的迅猛发展,减少了炼铁生产受炼焦煤资源、投资、环保等诸多方面的影响和限制。
高炉生产希望实施高喷煤比操作,旨在获得更大的经济和社会效益,但是,高炉喷煤直接影响高炉下部,特别是回旋区及其附近焦炭床。煤粉喷吹量的不断增加,将导致喷入回旋区内的煤粉不能充分燃烧,形成未燃煤粉,而过多的未燃煤粉将影响高炉的正常生产,使得高炉料柱透气性变差,炉内煤气分布失常,高炉炉况不顺。为了确保在高炉生产正常运行前提下增加煤粉喷吹量,保证或提高煤粉风口回旋区内燃烧率是最有效且直接的方式。因此,准确检测煤粉在高炉回旋区内燃烧率十分必要。
由于煤粉粒度小、燃烧速度快、加之高温、取样困难等,现在的工业尺度手段难以充分认识和定量化地了解此区域内的煤粉流动和燃烧等现象。高炉风口回旋区内煤粉呈现回旋流动状态以及煤粉在整个回旋区都有燃烧反应,现有煤粉燃烧率检测方法明显存在不足,不能等同用于评价高炉风口回旋区内的煤粉燃烧率。
申请公布号为CN108676947A的中国专利申请公开了一种高炉喷吹用混合煤粉粒度确定方法,通过计算高炉喷吹用混合煤粉中粒径小于0.071mm部分所占质量百分比,达到高炉燃烧效果较好的同时,降低不必要的制粉功率消耗,实现高炉喷吹煤粉工艺成本最优化。
申请公布号为CN103952503A的中国专利申请公开了一种高炉喷吹煤性价比评价模型的建立方法,建立在煤粉实际供给热(Qe)和喷吹成本(Pe)两个指标上,确定了影响煤粉实际供给热的8个指标和影响喷吹成本的4个指标,对现场高炉喷吹用煤的优化进行指导。
已公开技术中大多通过宏观组合指标表征高炉喷煤燃烧率,高炉煤粉燃烧率评价方法主要是利用实验室尺度竖炉来测量其终点的燃烧率作为煤粉燃烧评价指标,不能解析风口回旋区煤粉回旋燃烧现象,缺乏高炉风口回旋区内的煤粉燃烧率的检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,主要解决现有炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率无法准确评价的技术问题。
本发明的技术思路是煤粉燃烧率检测依据风口回旋区内局部煤粉燃烧率(φi)和该区域所占体积分数(Vi)两个指标;其中局部煤粉燃烧率(φi)包含两个子指标,即该区域煤粉的初始灰分含量(质量分数)(mo,i)和该区域煤粉燃烧后残余的灰分含量(质量分数)(ma,i);该区域所占体积分数(Vi)的总和为回旋区整个空腔的体积(V),通过对整个回旋区内煤粉的燃烧率进行体积分处理,得到整个回旋区内体积加权平均燃烧率(BR,V),所算得的体积加权平均燃烧率可以作为炼铁高炉煤粉燃烧率的综合定量评价指标,科学表征高炉风口回旋区煤粉回旋燃烧现象。
本发明采用的技术方案是,一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,包括以下步骤:
1)计算高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率,高炉风口回旋区内局部煤粉燃烧率按照公式一计算,
Figure BDA0002304392150000021
公式一中,φi为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率,mo,i为高炉风口回旋区内局部区域煤粉的初始灰分质量含量,ma,i为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧后残余的灰分质量含量;
2)计算高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,高炉风口回旋区内煤粉燃烧率按照公式二计算,
Figure BDA0002304392150000022
公式二中,BR,V为高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,V为高炉风口回旋区的总体积,Vi为高炉风口回旋区内局部区域的体积,φi为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率。
高炉风口回旋区内局部区域,包括煤枪出口区域、风口区域以及回旋区-焦床界面区域的整个高炉风口回旋区空腔内的各区域。
本发明高炉风口回旋区内煤粉燃烧率能准确表征高炉喷煤所涉及的煤粉的整体燃烧率,不仅考虑了煤粉高速射流的燃烧情况,也考虑了随鼓风回旋的煤粉颗粒的燃烧情况,可以实现针对高炉喷煤特有的回旋流场的煤粉燃烧情况的全面反映。
本发明高炉风口回旋区内煤粉燃烧率是三维回旋区内体积加权平均燃烧率,可以更全面的判定高炉主要操作参数对煤粉燃烧率的影响,有利于考察并描述煤粉在高炉内的具体燃烧情况,且适用于不同尺度测试,如数值模拟实验、实验室实验、中式尺度测试及工业测试。
本发明高炉风口回旋区内煤粉燃烧率可以用于现场高炉喷吹煤粉的优化指标,也可为特定混煤成分优化高炉喷吹制度时的判断提供理论基础和参考依据。
本发明基于申请人的如下研究:
风口中心线在回旋区终点的燃烧率代表了沿煤粉高速射流进入周围焦床的未燃煤粉情况。
风口回旋区内体积加权平均燃烧率代表了高炉喷煤所涉及的煤粉的整体燃烧率,不仅考虑了煤粉高速射流的燃烧情况,也考虑了随鼓风回旋的煤粉颗粒的燃烧情况。两种计算方法相结合更能综合地表征高炉风口回旋区内煤粉的燃烧情况。
对于高炉风口回旋区数值模拟检测而言,高炉风口回旋区内煤粉燃烧率是按照一定的燃烧规律以及一定的边界条件和初始条件计算得来的。以高炉风口回旋区的物理边界,即风口回旋区周围的焦炭床,与风口中心线的交点为参照点,检测出交点处的煤粉燃烧率,将其视为高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,这必然会带来误差,因为高炉风口回旋区内煤粉燃烧率不同于高炉风口中心线终点燃烧率。
不同的影响因素会有不同的误差。如不同温度对风口回旋区燃烧率的影响,不同富氧率对风口回旋区燃烧率的影响,不同煤粉粒度度风口回旋区燃烧率的影响,针对不同条件模拟计算证明,高炉风口中心线终点燃烧率与高炉风口回旋区体积加权燃烧率相结合来表征高炉风口回旋区煤粉燃烧率更准确;一般来说,高炉风口回旋区体积加权燃烧率更能表征整个回旋区煤粉的燃烧状态和燃尽程度。
因此,以此高炉风口回旋区体积加权燃烧率或者高炉风口中心线终点燃烧率与高炉风口回旋区体积加权燃烧率相结合表征煤粉的燃烧情况,更能合理评价炉缸的工作状况,准确预测煤粉燃烧对高炉一次气流分布的影响,预测未燃煤粉的生成和对滴落带炉渣流动性及软融带焦窗透气性产生的影响。
本发明高炉风口回旋区内煤粉燃烧率涉及的两种煤粉燃烧率相结合的方式,相比于传统燃烧率计算方法,更具有定量化、精细化地表征高炉风口回旋区内煤粉的燃烧情况,从而为优化喷煤工艺提供理论基础和参考依据。
本发明相比现有技术具有如下积极效果:1、本发明涉及的高炉风口回旋区体积加权平均燃烧率的评价指标,相比于传统燃烧率指标,考虑了高炉独特的煤粉回旋燃烧的特性,通过表征煤粉在整个回旋区内的燃烧情况,更能综合精细化地考察从风口回旋区进入周围焦床的未燃煤粉情况。2、本发明涉及的高炉风口回旋区体积加权平均燃烧率的评价指标,相比于传统燃烧率指标,综合考虑高炉内煤粉回旋燃烧特性及未燃煤粉情况,有针对性地考察并调整高炉操作条件,以稳定或提高煤粉综合燃烧率。3、本发明涉及的高炉风口回旋区体积加权平均燃烧率的评价指标,相比于传统燃烧率指标,综合考虑了煤粉在风口回旋区内随鼓风流动的特性,在燃烧方面更能综合评价煤粉在高炉喷煤工艺的适用性,优化喷吹用煤选择。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明,应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明,但不作为对本发明的任何限制。
实施例1,当鼓风富氧从2%提高至4%,在某一工业炼铁高炉的实际生产工况条件下,通过数值模拟方法,获得回旋区内各局部灰分值,对比分析传统燃烧率指标和本发明所涉及的综合燃烧率评价指标的变化。风口中心线在回旋区终点的燃烧率从47.0%提高至49.0%,提高了2.0%;但风口回旋区体积加权平均燃烧率从83.9%显著提高至86.3%,提高了2.4%,相比风口中心线在回旋区终点(传统燃烧率指标)的燃烧率更加敏感,这说明该指标不仅可以定量评价,而且更能综合评价燃烧效果,进而表征从风口回旋区进入周围焦床的未燃煤粉情况。
表1本发明实施例1高炉风口回旋区内煤粉燃烧率数据
Figure BDA0002304392150000041
实施例2,选用不同煤粉种类进行高炉喷吹时,在某一工业炼铁高炉的实际生产工况条件下,通过数值模拟方法对比提高鼓风温度、鼓风富氧和降低煤粉平均粒径三种操作对不同煤粉的燃烧率影响情况,具体参数如表2-5所示。
表2本发明实施例2煤粉参数
类别 灰分A<sub>d</sub>,% 挥发分V<sub>daf</sub>,% 固定碳,% 硫分,%
煤粉1 10.8 8.8 80.4 0.39
煤粉2 9.3 18.6 73.8 0.53
煤粉3 6.1 32.3 61.6 0.31
表3本发明实施例2鼓风温度与高炉风口回旋区内煤粉燃烧率数据
Figure BDA0002304392150000042
如表3所示,当鼓风温度从1373K升温至1573K时,煤粉1、煤粉2、煤粉3的高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的增加值分别为0.8%,1.2%,1.7%,煤粉优选适用性排序为:煤粉1<煤粉2<煤粉3,即指当鼓风温度从1373K升温至1573K时,煤粉1燃烧率的增加值<煤粉2燃烧率的增加值<煤粉3燃烧率的增加值。
表4本发明实施例2鼓风富氧与高炉风口回旋区内煤粉燃烧率数据
Figure BDA0002304392150000043
Figure BDA0002304392150000051
如表4所示,当鼓风富氧从2%提高至6%时,煤粉1、煤粉2、煤粉3的高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的增加值分别为3.0%,2.4%,0.9%,煤粉优选适用性排序为:煤粉3<煤粉2<煤粉1,即指当鼓风富氧从2%提高至6%时,煤粉3燃烧率的增加值<煤粉2燃烧率的增加值<煤粉1燃烧率的增加值。
表5本发明实施例2煤粉粒径与高炉风口回旋区内煤粉燃烧率数据
Figure BDA0002304392150000052
如表3所示,当煤粉粒径从40μm增加至90μm时,煤粉1、煤粉2、煤粉3的高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的增加值分别为4.2%,3.4%,2.9%,煤粉优选适用性排序为:煤粉3<煤粉2<煤粉1,即指当煤粉粒径从40μm增加至90μm时,煤粉3燃烧率的增加值<煤粉2燃烧率的增加值<煤粉1燃烧率的增加值。
考虑煤粉回旋燃烧的实际情况,不同煤粉的风口回旋区体积加权平均燃烧率随操作参数敏感度、适用性不同。针对特定煤粉原料制度需选择适合的喷煤制度进行调整,例如,提高鼓风温度对提高煤粉3的燃烧率有更明显的作用,则当高炉操作者具备提高鼓风温度的条件时,当然首选煤粉3作为高炉的喷吹燃料;提高鼓风富氧率或者降低煤粉平均粒径对于煤粉1的燃烧率有提高作用,则当高炉操作者具备提高鼓风富氧率或降低煤粉平均粒径的条件时,当然首选煤粉1作为高炉的喷吹燃料。
综上,高炉风口回旋区内煤粉燃烧率不仅可以综合表征高炉内煤粉的燃烧率,而且可以在现场特定工艺参数优化条件下,以之作为优选煤种、优选喷煤结构的理论依据和评判标准。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,其特征是,所述方法包括以下步骤:
1)计算高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率,高炉风口回旋区内局部煤粉燃烧率按照公式一计算,
Figure FDA0002304392140000011
公式一中,φi为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率,mo,i为高炉风口回旋区内局部区域煤粉的初始灰分质量含量,ma,i为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧后残余的灰分质量含量;
2)计算高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,高炉风口回旋区内煤粉燃烧率按照公式二计算,
Figure FDA0002304392140000012
公式二中,BR,V为高炉风口回旋区内煤粉燃烧率,V为高炉风口回旋区的总体积,Vi为高炉风口回旋区内局部区域的体积,φi为高炉风口回旋区内局部区域煤粉燃烧率。
2.如权利要求1所述的一种炼铁高炉风口回旋区内煤粉燃烧率的检测方法,其特征是,所述高炉风口回旋区内局部区域,包括煤枪出口区域、风口区域以及回旋区-焦床界面区域的整个高炉风口回旋区空腔内的各区域。
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