一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，包括：对高炉喷吹煤粉进行煤粉物化特性分析；获取生产高炉冶炼技术数据；计算风口内富氢煤气燃烧后剩余氧气含量和煤气停留时间，富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过鼓风氧含量、富氢煤气喷吹量、吨铁鼓风量、以及富氢煤气成分计算得到；煤粉燃烧速率通过富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、平均粒度值、以及风口理论燃烧温度计算得到；按照湍流条件下的气固燃烧动力学模型通过喷煤比、富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、平均粒度值、风口理论燃烧温度、以及煤气停留时间计算得到高炉喷吹煤粉燃烧率。本发明专利技术为高炉喷吹煤粉优化选择和富氢煤气协同喷吹提供重要指导。喷吹提供重要指导。

【技术实现步骤摘要】
一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法


[0001]本专利技术属于高炉炼铁
，特别涉及一种高炉喷吹煤粉燃烧率计算方法。

技术介绍

[0002]高炉喷吹煤粉是目前钢铁企业缓解焦煤资源短缺、降低焦比和生产成本的重要措施，是世界炼铁技术发展的主流趋势。研究和生产实践已经证明，高炉喷吹辅助燃料可以替代高炉冶炼过程消耗焦炭量的30％甚至更多，在有效降低吨铁生产成本的同时也可以增加吨铁煤气量，改善钢铁联合生产企业的能源供应问题，提高企业经济效益，减轻环境压力。经过近五十年的发展，高炉喷煤技术已经得到了广泛的推广和应用，高炉喷煤的优点具体表现为：(1)使用价格较低的煤粉去替代昂贵的焦炭，可以降低铁水的冶炼成本和焦化生产对环境的污染。(2)挥发分较高的煤粉在风口回旋区裂解吸收热量，为高炉接受高风温和高富氧操作提供了有利条件，有利于高炉强化冶炼。(3)煤粉中含量较高的氢在还原过程中对料层有较好穿透能力，促进煤气流在上升过程中对矿石料层的还原，提高矿石还原效率，有利于高炉炉况稳定。
[0003]随着高炉喷吹煤粉技术的不断发展，喷煤量不断增加，部分国内重点企业高炉喷吹煤比均值已经超过200kg/tHM，达到了国际领先水平。高炉喷吹煤粉的种类也由传统的优质无烟煤逐渐发展为烟煤、无烟煤、贫瘦煤、兰炭以及提质煤等混合喷吹。高炉喷吹煤粉在风口前燃烧为高温、高压、多相、湍流的状态，并且由于鼓风速度超过了200m/s，而风口回旋区的长度仅不到2m，使得煤粉在风口前燃烧的时间极短，并且煤粉由于化学成分和物理结构的不同，使其具有不同的燃烧性能，以上原因造成高炉喷吹煤粉在风口前的燃烧率较低，影响了高炉喷吹煤粉技术的实施效果。如何提升高炉喷吹煤粉在风口前的燃烧率成为目前高炉炼铁生产的关键技术之一。目前提升高炉喷吹煤粉在风口前燃烧率的主要措施包括选用燃烧性能好的煤粉、提高富氧率、提高鼓风温度、减小煤粉粒度、采用新型的喷吹装置等，此外随着高炉氢冶金技术的开发，高炉喷吹富氢煤气技术的实施逐渐推广应用，富氢煤气喷吹对煤粉燃烧率的影响也成为新技术成功实施要解决的问题之一。以上新技术的开发和实施都是围绕改善高炉喷吹煤粉燃烧率展开，因此如何标定不同条件下煤粉燃烧率成为衡量新技术效果的主要参数。
[0004]为此，为了更为精确的表征不同条件下高炉喷吹煤粉在风口前的燃烧率，需要探究一种简单易行的方法对高炉喷吹煤粉燃烧率进行计算，该专利技术提出了一种高炉喷吹煤粉燃烧率计算方法，该方法充分考虑了煤粉的煤质特性、煤粉喷吹量、富氢煤气成本、富氢煤气喷吹量、鼓风参数等对煤粉燃烧率的影响，科学评价影响高炉喷吹煤粉燃烧率提高的各种因素，为高炉喷吹煤粉技术优化实施具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提供一种高炉喷吹煤粉燃烧率计算方法，提供了一种应用于评价高炉冶炼参数对喷吹煤粉燃烧率的评价方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0007]一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，该方法包括以下步骤：
[0008]S1)对高炉喷吹煤粉进行煤粉物化特性分析，获取固定碳含量、挥发分含量、氢元素含量、氧元素含量和平均粒度值；S2)获取生产高炉冶炼技术数据，包括富氢煤气喷吹量、富氢煤气成分、喷煤比、吨铁鼓风量、鼓风氧含量和风口理论燃烧温度；S3)根据气
‑
气燃烧反应特点，计算风口内富氢煤气燃烧后剩余氧气含量和煤气停留时间，所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过所述鼓风氧含量、所述富氢煤气喷吹量、所述吨铁鼓风量、以及所述富氢煤气成分计算得到；根据气
‑
固燃烧反应特点，计算风口内煤粉燃烧速率，所述煤粉燃烧速率通过所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、以及所述风口理论燃烧温度计算得到；以及S4)以高炉喷吹煤粉物化特性和高炉冶炼技术数据为基础，按照湍流条件下的气固燃烧动力学模型计算获得高炉喷吹煤粉燃烧率，所述高炉喷吹煤粉燃烧率通过所述喷煤比、所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、所述风口理论燃烧温度、以及所述煤气停留时间计算得到。
[0009]进一步的，其中，所述S1)中高炉喷吹煤粉成分采用干燥基数据，所述固定碳含量、所述挥发分含量分别记为w(FC)、w(V)；所述氢元素含量、所述氧元素含量分别记为w(H)和w(O)；以及所述平均粒度值采用激光粒度分析仪进行分析，采用D50值作为高炉喷吹煤粉的平均粒度值，记为d
50
。
[0010]进一步的，其中，所述S2)中富氢煤气喷吹量和喷煤比按照吨铁消耗量计算，分别记为W
gas
和W
coal
，所述富氢煤气成分包括甲烷、氢气、一氧化碳和氮气，其体积含量分别用ω
CO
和表示，所述吨铁鼓风量、所述鼓风氧含量和所述风口理论燃烧温度分别记为Q
BF
、和T。
[0011]进一步的，其中，所述S3)中富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过以下公式计算获得：
[0012][0013]进一步的，其中，所述S3)中所述煤粉燃烧速率与煤粉燃烧反应本征活化能E
coal
、反应速率常数k
coal
和t时刻高炉喷吹煤粉燃烧率x之间符合以下关系：
[0014][0015]其中R为8.314J/K。
[0016]进一步的，其中，所述的煤粉燃烧反应本征活化能E
coal
和反应速率常数k
coal
通过以下公式计算获得：
[0017]E
coal
＝a
‑
b
·
w(V)，
[0018][0019]其中，a、b、m和n取值范围分别为154000<a<170000、50000<b<70000、40<m<60和0.4<n<0.6。
[0020]进一步的，其中，所述S3)中煤气停留时间t
gas
根据风口回旋区体积V
raceway
和单位时间风口产生煤气量V
gas
计算获得：
[0021][0022]进一步的，其中，所述S4)中高炉喷吹煤粉燃烧率x通过以下公式计算获得：
[0023][0024]进一步的，其中，在计算得到所述高炉喷吹煤粉燃烧率后，根据高炉喷吹煤粉燃烧率对喷吹煤粉的种类进行优化选择，选取燃烧率高的煤粉进行高炉喷吹；通过确定喷煤比和鼓风氧含量对喷吹煤粉燃烧率的影响，选择合理的喷煤比和富氧率；通过确定富氢煤气对喷吹煤粉燃烧率的影响，选择最优的富氢煤气喷吹方案。
[0025]本专利技术还可以用于兰炭、提质煤、农林废弃物、废塑料、废橡胶及其它可燃固态燃料应用于高炉喷吹时燃烧率的确定。
[0026]本专利技术的有益效果在于：本专利技术可用于评价煤粉的煤质特性、煤粉喷吹量、富氢煤气成分、富氢煤气喷吹量、鼓风参数等对高炉喷吹煤粉燃烧率的影响，该方法以气<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1)对高炉喷吹煤粉进行煤粉物化特性分析，获取固定碳含量、挥发分含量、氢元素含量、氧元素含量和平均粒度值；S2)获取生产高炉冶炼技术数据，包括富氢煤气喷吹量、富氢煤气成分、喷煤比、吨铁鼓风量、鼓风氧含量和风口理论燃烧温度；S3)根据气
‑
气燃烧反应特点，计算风口内富氢煤气燃烧后剩余氧气含量和煤气停留时间，所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过所述鼓风氧含量、所述富氢煤气喷吹量、所述吨铁鼓风量、以及所述富氢煤气成分计算得到；根据气
‑
固燃烧反应特点，计算风口内煤粉燃烧速率，所述煤粉燃烧速率通过所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、以及所述风口理论燃烧温度计算得到；以及S4)以高炉喷吹煤粉物化特性和高炉冶炼技术数据为基础，按照湍流条件下的气固燃烧动力学模型计算获得高炉喷吹煤粉燃烧率，所述高炉喷吹煤粉燃烧率通过所述喷煤比、所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、所述风口理论燃烧温度、以及所述煤气停留时间计算得到。2.根据权利要求1所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S1)中高炉喷吹煤粉成分采用干燥基数据，所述固定碳含量、所述挥发分含量分别记为w(FC)、w(V)；所述氢元素含量、所述氧元素含量分别记为w(H)和w(O)；以及所述平均粒度值采用激光粒度分析仪进行分析，采用D50值作为高炉喷吹煤粉的平均粒度值，记为d
50
。3.根据权利要求2所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S2)中富氢煤气喷吹量和喷煤比按照吨铁消耗量计算，分别记为W
gas
和W
coal
，所述富氢煤气成分包括甲烷、氢气、一氧化碳和氮气，其体积含量分别用ω
CO
和表示，所述吨铁鼓风量、所述鼓风氧含量和所述风口理论燃烧温度分别记为Q
BF
、和T。...

【专利技术属性】
技术研发人员：于春梅，王广伟，宁晓钧，燕培钦，张翠柳，王晶，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：