CN114606355B - 一种氢气流态化还原反应装置及铁矿粉聚团运动的监测和抑制方法 - Google Patents
一种氢气流态化还原反应装置及铁矿粉聚团运动的监测和抑制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种氢气流态化还原反应装置及铁矿粉聚团运动的监测和抑制方法，属于铁矿粉还原技术领域。本发明包括双层管反应单元和加热单元，双层管反应单元外部套管的外部安装有电容层析成像设备，该电容层析成像设备包括电容层析成像传感器、信号采集单元和计算机数据处理及成像显示单元，其中电容层析成像传感器安装于外部套管的外部，用于对双层管反应单元外侧进行电容检测，且电容层析成像传感器通过信号采集单元与计算机数据处理及成像显示单元相连。采用本发明的技术方案可以对氢气流态化还原铁矿粉的颗粒聚团运动状态进行实时在线监测，从而用于指导实时调控反应条件，以不断改善铁矿粉的还原效果。
Description
技术领域
本申请属于铁矿粉还原技术领域，更具体地，涉及一种氢气流态化还原反应装置及铁矿粉聚团运动的监测和抑制方法。
背景技术
流化床直接还原工艺是冶金领域的一项重大突破，由于流化床没有透气性的要求，因此可以直接使用高炉、竖炉不能直接使用的铁矿粉；流化床炼铁工艺为炼铁过程节能环保、合理利用国内低品位、复合共生矿和解决铁矿资源供应紧张的问题提供了新的冶炼途径。流化床直接还原工艺不但扩大了炼铁原料的来源，而且降低了生产成本，提高了产品的竞争力。在“双碳”背景下，氢能冶炼是钢铁生产实现无化石能源冶炼，达到低碳排放的有效路径之一，采用氢气流态化还原铁矿粉工艺为全球钢铁工业实现低碳转型提供了新思路。
但在实际应用过程中，铁矿粉在流化还原的过程中会发生剧烈的碰撞，频繁的碰撞之后，会使得颗粒之间的吸引力增大，从而形成较大的聚团。当颗粒聚团增大到一定程度后，气体线速度对聚团的力要小于颗粒聚团本身的重力，这样就使得铁矿粉颗粒无法悬浮在空中，会下沉到流化床的底部，造成了粘结失流的现象，严重影响了铁矿粉流化还原后的质量。因此若能在氢气流态化还原铁矿粉过程中，实时在线观察到铁矿粉颗粒聚团运动状态，及时掌握了解颗粒粘结程度，对指导生产控制其运行过程有着非常重要的意义。
目前研究高温条件下颗粒运动状态的方法和装置并不多。如声波检测法，是通过接收流化床反应器或再生器的声发射信号，分析接收到声发射信号的特征参数，确定颗粒在流化床中的位置。但受温度影响、时间延后和价格昂贵等因素影响，无法做到实时识别氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动状态且应用条件受限。因此，寻找一种能够快速在线识别氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动状态的系统及方法，对于抑制铁矿粉粘结失流具有重要的实际意义。
经检索，中国专利申请号为2016103334944的申请案公开了一种非牛顿基液流体纳米颗粒团聚超声监测装置及方法，该申请案的监测装置包括样品池和超声波直探头，样品池内设置有用于放置纳米溶液的流体输送槽，流体输送槽内设置有反射板，超声波直探头用于发出超声波脉冲到流体输送槽内的反射板上，并接收反射板反射回的反射波，超声波直探头经过超声脉冲发射接收仪连接至数据采集处理系统，通过超声脉冲发射接收仪发送至数据采集处理系统对其进行数据处理。采用该申请案的监测装置可得到纳米溶液内部粒子团簇的平均半径和粒子簇团在单位时间内的位移等特性参数，实时监测纳米溶液分形结构中随机行走途径的分形维数和不同粒径的颗粒在全部纳米颗粒中所占的权重，但该装置并不适用于对流化床中氢气流态化还原铁矿粉的颗粒聚团情况进行实时监测。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中无法对铁矿粉流化还原过程铁矿粉还原程度和黏结失流程度进行实时判断的不足，本发明提供了一种氢气流态化还原反应装置及铁矿粉聚团运动的监测和抑制方法。采用本发明的技术方案可以对氢气流态化还原铁矿粉的颗粒聚团运动状态进行实时在线监测，从而判断出铁矿粉的还原程度以及铁矿粉的粘结流失程度，进而用于指导实时调控反应条件，以不断改善铁矿粉的还原效果。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种氢气流态化还原反应装置，包括双层管反应单元和加热单元，双层管反应单元用于铁矿粉的还原冶炼，加热单元用于对双层管反应单元进行加热，双层管反应单元包括反应内管及套装于反应内管外部的外部套管，所述外部套管的外部安装有电容层析成像设备，该电容层析成像设备包括电容层析成像传感器、信号采集单元和计算机数据处理及成像显示单元，其中电容层析成像传感器安装于外部套管的外部，用于对双层管反应单元外侧进行电容检测，且电容层析成像传感器通过信号采集单元与计算机数据处理及成像显示单元相连。
更进一步的，所述电容层析成像传感器包括阵列式电极，若干个阵列式电极沿外部套管的外周呈圆形环绕分布。
更进一步的，所述阵列式电极的外部自内而外依次套装有支撑绝缘管、次外层绝缘管和金属外管，其中支撑绝缘管和次外层绝缘管之间填充有石英棉。
更进一步的，输入电容层析成像设备的电压呈周期性变化，频率为25HZ，在一个周期内的电压施加数值为：
0～0.02s:U＝100sin100πt
0.02～0.03s:U＝100V
0.03～0.04s:U＝-100V。
更进一步的，所述双层管反应单元的外周设有超声波发生单元，该超声波发生单元用于为铁矿粉的还原冶炼提供超声波场。
更进一步的，所述超声波发生单元设有三个，其沿双层管反应单元的外周均匀间隔分布。
本发明的一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，采用上述反应装置，通过电容层析成像传感器对双层管反应单元外部的电容进行实时测量，并传送给信号采集单元，信号采集单元将获取的电容值发送给计算机数据处理及成像显示单元，计算机数据处理及成像显示单元对数据进行处理并将流化床中流体的截面进行重建和实时显示，从而实现对铁矿粉颗粒聚团运动状态的精准捕捉。
更进一步的，具体的，包括以下步骤：
步骤一、在氢气流化态还原铁矿粉前，多次测量不同颗粒直径的铁矿粉的电导率，分析出电导率与颗粒大小的函数关系；
步骤二、对不加铁矿粉的流化床进行升温处理，到达目标温度时通入氮气，在排尽流化床内气体时，通入氢气，此时测量空载时流态床外壁的电容值；
步骤三、当铁矿粉开始还原后，实时采集流化床外部的电容值，并与步骤二中高温空载不加铁矿粉测出的电容值进行对比，计算出由铁矿粉颗粒聚团引起的电容值变化量，再根据电导率与铁矿粉颗粒大小之间的函数关系，即可确定铁矿粉颗粒在流化床中的分布及其运动状态。
更进一步的，铁矿粉反应过程中在反应单元外部施加超声波场，三个超声波发生单元沿逆时针方向间歇式循环发射声波，且同时有两个超声波发生单元工作。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种氢气流态化还原反应装置，通过在双层管反应单元的外部安装电容层析成像设备，通过电容层析成像设备对双层管反应单元外部的电容值进行实时测量，并反馈给计算机数据处理及成像显示单元，经数据处理可以将铁矿粉颗粒的聚团情况进行实时在线显示，从而判断出铁矿粉的还原程度以及铁矿粉粘结流失程度，并通过实时调控反应条件不断改善铁矿粉的还原效果。
(2)本发明的一种氢气流态化还原反应装置，所述电容层析成像传感器包括阵列式电极，若干个阵列式电极沿外部套管的外周呈圆形环绕分布，若干个阵列式电极沿外部套管的外周呈圆形环绕分布，从而以非接触方式获得被测物场在不同视角下的投影数据，有利于避免对流态化还原铁矿粉过程造成影响。其中阵列式电极的数量为12-16个，从而可以进一步保证监测效果。
(3)本发明的一种氢气流态化还原反应装置，输入电容层析成像设备的电压呈周期性变化，通过对输入电压进行优化控制，从而可以增强电容层析成像检测信号的灵敏性和信噪比，减少各极板之间的铁矿粉与还原性气体的变化引起的电容值变化以及除各极板间电容外其他夹杂电容对测量结果的影响，并解决信号漂移的问题，增强了该装置的稳定性与实用性。
(4)本发明的一种氢气流态化还原反应装置，所述双层管反应单元的外周设有超声波发生单元，铁矿粉流化还原过程中通过超声波发生单元施加外加声场，从而可以使颗粒受到的外力增加，增加了聚团中颗粒之间的能量，当能量较大时聚团即发生破碎，颗粒尺寸减小，从而能够有效抑制颗粒之间的聚团和黏结失流。
(5)本发明的一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，通过电容层析成像传感器对双层管反应单元外部的电容进行实时测量，并反馈给计算机数据处理及成像显示单元进行数据处理，从而可以将流化床中流体的截面进行重建和实时显示，因而能够实现对铁矿粉颗粒聚团运动状态的精准捕捉。
(6)本发明的一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，还原反应开始前先测量空载时流态床外壁的电容值，当铁矿粉开始还原后，将实时测得的流化床外部的电容值与上述高温空载电容值进行对比，计算出由铁矿粉颗粒聚团引起的电容值变化量，从而可以有效避免流态床外壁对测量结果的影响，有利于提高监测精度。
(7)本发明的一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，当经监测发现流化床内铁矿粉颗粒发生聚团时，一方面可以对还原反应时间进行调控，另一方面可以通过在反应单元外部施加超声波场，并控制三个超声波发生单元沿逆时针方向间歇式循环发射声波，从而可以进一步抑制铁矿粉的粘接流失。
附图说明
图1为本发明的铁矿粉流化反应装置的整体结构示意图；
图2为本发明的铁矿粉流化反应装置的俯视示意图；
图3为本发明的电容层析成像分析系统的连接示意图；
图4为本发明的电容层析成像传感器的横向剖面图；
图5为本发明的单元电极的结构示意图。
部件和附图标记：
1、双层管反应单元；101、反应内管；102、外部套管；2、连接柱；3、支撑平台；4、加热单元；5、超声波发生单元；501、第一超声波发生器；502、第二超声波发生器；503、第三超声波发生器；6、电容层析成像传感器；601、金属外管；602、次外层绝缘管；603、支撑绝缘管；604、阵列式电极；6041、测量部；6042、固定部；605、石英棉；606、固定螺母；7、信号传输线；701、高温段信号传输线；702、常温段信号传输线；8、信号采集单元；9、计算机成像显示单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1、图3所示，本实施例的一种氢气流态化还原反应装置，包括双层管反应单元1和加热单元4，双层管反应单元1用于铁矿粉的还原冶炼，加热单元4用于对双层管反应单元1进行加热。双层管反应单元1包括反应内管101及套装于反应内管101外部的外部套管102，且外层套管102的底部安装于加热单元4内，加热单元4的顶部通过连接柱2与支撑平台3相连，外层套管102的上部安装于支撑平台3内。其中双层管反应单元1的内部结构可采用申请号为201710499624.6的发明专利方案。
本实施例中外部套管102的外部安装有电容层析成像设备，该电容层析成像设备包括电容层析成像传感器6、信号采集单元8和计算机数据处理及成像显示单元9，其中电容层析成像传感器6安装于外部套管102的外部，用于对双层管反应单元1外侧进行电容检测，且电容层析成像传感器6通过信号采集单元8与计算机数据处理及成像显示单元9相连，从而可以对双层管反应单元1的外部电容进行实时测量，并经数据处理得到铁矿粉颗粒的聚团运动状态并进行实时显示。
由于在流化床内部难以观察，因此无法实时分析氢气流态化还原铁矿粉颗粒的聚团运动状态，基于此，本实施例通过在流化床双层管反应单元的外部安装电容层析成像设备，从而可以对流化床内部颗粒聚团的运动状态进行实时分析。氢气流态化还原铁矿粉属于气-固两相反应，当测量电极(电容层析成像传感器)所在截面介质状态发生变化时，会引起等效介电常数的变化，从而导致传感器测得的各电极对之间的电容值发生变化，利用相应的图像重构算法，即可获得所测截面处的介质分布情况，实现对流化床内部颗粒聚团运动状态的连续性检测。根据铁矿粉流化态程度，实时调节反应条件，从而有助于提高铁矿粉金属化率，降低粘结比，改善铁矿粉流化态还原后质量。
如图4所示，所述电容层析成像传感器6包括阵列式电极604，若干个阵列式电极604沿外部套管102的外周呈圆形环绕分布，从而以非接触方式获得被测物场在不同视角下的投影数据，有利于避免对流态化还原铁矿粉过程造成影响。上述阵列式电极604的个数可为12-16个，本实施例中为12个。所述阵列式电极604的外部自内而外依次套装有支撑绝缘管603、次外层绝缘管602和金属外管601，其中支撑绝缘管603和次外层绝缘管602之间填充有石英棉605，从而对阵列式电极301产生定位效果，并且石英棉也起到绝缘效果。
如图5所示，所述阵列式电极604包括测量部6041和固定部6042，其中测量部6041为弧形板结构并贴附于外部套管102外部，固定部6042安装于测量部6041外表面，用于将阵列式电极604与支撑绝缘管603进行连接。具体的，上述测量部6041为杆状结构，支撑绝缘管603上加工有与测量部6041相配合的固定孔，测量部6041穿过固定孔并通过固定螺母606进行固定。
进一步优化的，本实施例中输入电容层析成像设备的电压呈周期性变化，频率为25HZ，即一个周期为0.04s，在一个周期内的电压施加数值为：
0～0.02s:U＝100sin100πt
0.02～0.03s:U＝100V
0.03～0.04s:U＝-100V。
由于流化床静态时电容值大，而各极板之间的铁矿粉与还原性气体的变化引起的电容值变化比起静态时电容值要小得多，采取这种电压周期性变化的电路可以增强电容层析成像检测信号的灵敏性和信噪比，且该方法结构简单，无需对原有设备进行大规模改装。该方法可以减少除各极板间电容外其他夹杂电容对测量结果的影响，而且这些夹杂电容值远远高于各极板之间待测的铁矿粉与还原性气体的电容值，可以解决信号漂移的问题，增强了该监测系统的稳定性与实用性。
采用本实施例的氢气流态化还原反应装置，可以对铁矿粉的聚团运动状态进行实时监测和抑制，具体包括以下步骤：
步骤一、在氢气流化态还原铁矿粉前，多次测量不同颗粒直径的铁矿粉的电导率，分析出电导率与颗粒大小的函数关系；
步骤二、对不加铁矿粉的流化床进行升温处理，到达目标温度时通入氮气，在排尽流化床内气体时，通入氢气，此时测量空载时流态床外壁的电容值；
步骤三、当铁矿粉开始还原后，实时采集流化床外部的电容值，并与步骤二中高温空载不加铁矿粉测出的电容值进行对比，计算出由铁矿粉颗粒聚团引起的电容值变化量，再根据电导率与铁矿粉颗粒大小之间的函数关系，即可确定铁矿粉颗粒在流化床中的分布及其运动状态。
同时，采用本实施例的反应装置和方法，成本低、操作简单、检测速度快、检测灵敏度高、环境友好，无任何排放；亦可在大型工业反应装置上使用，方便工业化在线应用，可进行工业化推广。
实施例2
本实施例的本实施例的一种氢气流态化还原反应装置，其结构基本同实施例1，更进一步的，本实施例中电容层析成像传感器通过信号传输线7与信号采集单元8相连，其中信号传输线7由靠近电容层析成像传感器6一端的高温段信号传输线701及另一端的常温段信号传输线702组成，其中高温段信号传输线701可采用钴基合金制成，从而能够满足流化床的高温要求。进一步优化的，所述双层管反应单元1的外周设有超声波发生单元5，该超声波发生单元5用于为铁矿粉的还原冶炼提供超声波场。铁矿粉还原过程中，通过超声波发生单元5施加外加声场，从而可以影响聚团的大小和运动情况，使颗粒受到的外力增加，增加了聚团中颗粒之间的能量，当能量较大时聚团会发生破碎，形成一个个小的聚团，因而有利于减小铁矿粉的黏结失流。
如图2所示，本实施例中超声波发生单元5设有三个，其沿双层管反应单元1的外周均匀间隔分布，且第一超声波发生器501、第二超声波发生器502和第三超声波发生器503均通过信号采集单元与计算机控制系统相连。预先在计算机上设置好控制程序，通过信号传输线将信号传输到信号采集系统，信号采集系统对受到的信号展开分析处理，将处理好的信号转换指令，从而实现对声场发射器的精准控制。
当还原反应开始后，通过控制系统控制第一超声波发生器、第二超声波发生器和第三超声波发生器沿逆时针方向间歇式循环发射声波，且同时有两个超声波发生器工作：
第一超声波发生器和第二超声波发生器同时发射1s、第二超声波发生器和第三超声波发生器同时发射1s、第三超声波发生器和第一超声波发生器同时发射1s；
第一超声波发生器和第二超声波发生器同时发射2s、第二超声波发生器和第三超声波发生器同时发射2s、第三超声波发生器和第一超声波发生器同时发射2s；
第一超声波发生器和第二超声波发生器同时发射3s、第二超声波发生器和第三超声波发生器同时发射3s、第三超声波发生器和第一超声波发生器同时发射3s；
……
声波循环发射时间逐一递增至24s(每循环一周算作一组，共循环施加24组)，然后停止发射声波。
本实施例通过对超声波的施加方式进行优化，相对于三个声波发生器同时工作可以取得更好的效果，进一步提高了金属化率，降低了颗粒的粘接失流。
Claims (5)
1.一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，其特征在于：采用氢气流态化还原反应装置，该氢气流态化还原反应装置包括双层管反应单元(1)和加热单元(4)，双层管反应单元(1)用于铁矿粉的还原冶炼，加热单元(4)用于对双层管反应单元(1)进行加热，其中双层管反应单元(1)包括反应内管(101)及套装于反应内管(101)外部的外部套管(102)，所述外部套管(102)的外部安装有电容层析成像设备，该电容层析成像设备包括电容层析成像传感器(6)、信号采集单元(8)和计算机数据处理及成像显示单元(9)，其中电容层析成像传感器(6)安装于外部套管(102)的外部，用于对双层管反应单元(1)外侧进行电容检测，且电容层析成像传感器(6)通过信号采集单元(8)与计算机数据处理及成像显示单元(9)相连；通过电容层析成像传感器(6)对双层管反应单元(1)外部的电容进行实时测量，并传送给信号采集单元(8)，信号采集单元(8)将获取的电容值发送给计算机数据处理及成像显示单元(9)，计算机数据处理及成像显示单元(9)对数据进行处理并将流化床中流体的截面进行重建和实时显示，从而实现对铁矿粉颗粒聚团运动状态的精准捕捉；
所述双层管反应单元(1)的外周设有超声波发生单元(5)，该超声波发生单元(5)用于为铁矿粉的还原冶炼提供超声波场，所述超声波发生单元(5)设有三个，其沿双层管反应单元(1)的外周均匀间隔分布，第一超声波发生器(501)、第二超声波发生器(502)和第三超声波发生器(503)沿逆时针方向间歇式循环发射声波，且同时有两个超声波发生器工作。
2.根据权利要求1所述的氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，其特征在于：所述电容层析成像传感器(6)包括阵列式电极(604)，若干个阵列式电极(604)沿外部套管(102)的外周呈圆形环绕分布。
3.根据权利要求2所述的氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，其特征在于：所述阵列式电极(604)的外部自内而外依次套装有支撑绝缘管(603)、次外层绝缘管(602)和金属外管(601)，其中支撑绝缘管(603)和次外层绝缘管(602)之间填充有石英棉(605)。
4.根据权利要求3所述的氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，其特征在于：输入电容层析成像设备的电压呈周期性变化，频率为25HZ，在一个周期内的电压施加数值为：
0～0.02s:U＝100sin100πt
0.02～0.03s:U＝100V
0.03～0.04s:U＝-100V。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种氢气流态化还原铁矿粉颗粒聚团运动的监测和抑制方法，其特征在于，具体的，包括以下步骤：
步骤一、在氢气流化态还原铁矿粉前，多次测量不同颗粒直径的铁矿粉的电导率，分析出电导率与颗粒大小的函数关系；
步骤二、对不加铁矿粉的流化床进行升温处理，到达目标温度时通入氮气，在排尽流化床内气体时，通入氢气，此时测量空载时流态床外壁的电容值；
步骤三、当铁矿粉开始还原后，实时采集流化床外部的电容值，并与步骤二中高温空载不加铁矿粉测出的电容值进行对比，计算出由铁矿粉颗粒聚团引起的电容值变化量，再根据电导率与铁矿粉颗粒大小之间的函数关系，即可确定铁矿粉颗粒在流化床中的分布及其运动状态。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1569322A (zh) * | 2004-04-30 | 2005-01-26 | 浙江大学 | 气固流化床动态监测方法及其系统 |
| CN106556629A (zh) * | 2015-09-25 | 2017-04-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高温电容层析成像传感器及其制备方法 |
| CN106896143A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-27 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种耐高温电容层析成像传感器 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 声场流化床中超细颗粒聚团受力与尺寸;苏吉 等;《过程工程学报》;20100630;第10卷(第3期);第431-437页 * |
| 姜兆华等.哈尔滨工业大学出版社.《应用表面化学》.2018,第310页. * |
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