高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1996.02.004 第18卷第2期 北京科技大学学报 Vol.18 No.2 19964 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.199% 高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性 刘应书杨天钧苍大强刘述临 北京科技大学冶金系，北京10083 摘要研究了高炉采用氧煤枪富氧喷吹煤粉时氧气与煤粉的混合特性.在直吹管内，氧浓度和煤粉 浓度在横截面上类似高斯分布：沿轴线按指数规律衰减；并可分别形成局部富氧区域和煤粉富集区 域.分析结果表明，这两个区域可以基本匹配，但难以严格地重合，改变氧煤枪结构可以改变局部 富氧区域和煤粉富集区域的大小和匹配状况；调节氧煤枪枪位可以按工艺要求改变它们在直吹管 中的位置， 关键词高炉，喷煤，富氧，氧浓度，煤粉浓度 中图分类号TF538.53 高炉旋流氧煤枪是用于高炉富氧喷吹煤粉的关键设备，是一种高效氧煤燃烧装置.其氧气 与煤粉的混合性能对改善煤粉然烧，提高煤粉燃烧率，从而提高高炉喷煤量具有非常重要的 影响.本文在实验研究的基础上，对高炉旋流氧煤枪的氧煤混合特性进行了研究. 1实验研究 本实验使用了斜孔射流细分氧煤枪(GY-A型)、直孔射流细分氧煤枪(GY-B型)以及 旋流氧煤枪(GY-C型)二.3种氧煤枪在结构上的差别反映在氧气从枪头喷出方式不同.对 于GY-A型氧煤枪，氧气从斜直交错的小孔中以小股射流喷出；对于GY一B型氧煤枪，氧气 从直的小孔中以小股射流喷出；对于GY-C型氧煤枪，氧气则以旋流射流形式喷出.目前， GY一C型氧煤枪已通过工业试验，经工业实验表明，这种氧煤枪单枪喷煤量和喷氧量分别可 达1000-2000kg/h和200-250m3h,煤粉燃烧率大于70%，氧煤枪使用寿命达到3个月. GY-A,GY一B型氧煤枪是正在开发中的第二代氧煤枪. 按着相似理论，建立了高炉氧煤喷吹气固两相流冷态实验装置.模拟直吹管内径150mm, 试验段长度800m.实验时，直吹管内风量1880mh,煤粉载气5.lm'h,氧气30mh.测 量煤粉浓度时，煤粉流量为42.Ikgh.在不同枪型、不同枪位等条件下，测量了直吹管内氧气浓 度分布和煤粉浓度分布，具体测量方法、测点布置以及测量过程参见文献[4,5]. 2直吹管中的氧气分布特性 2.1直吹管横截面上的氧浓度分布 图1(a)给出了采用GY一A型氧煤枪在枪位1喷吹时氧煤枪所在纵截面内横截面上的氧 1995-12-20收稿第一作者男35岁副教授博士后 ◆国家·八五"重点科技攻关项目

第 18 卷 第 2期 北 京 科 技 大 学 学 报 l赐 年 4月 oJ u rn a l o f U n iev sr ity o f S d en ec a n d eT e h n o l o gy eB ij i n g V J . 18 N 6 。 2 AP r . 11粥场 高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性 ’ 刘应 书 杨 天 钧 苍大 强 刘述 临 北 京科技大学 冶金 系 , 北京 1以X)8 摘要 研究 了高炉采用 氧煤枪富氧喷吹 煤粉时氧气与煤粉 的混 合特性 . 在直吹管内 , 氧浓 度和煤 粉 浓度在 横截面 上 类似高斯分布 ; 沿轴线按指 数规 律衰减 ; 并可 分别形 成局部 富氧区域和 煤粉 富集区 域 . 分析结果表明 , 这两 个区域可 以基本匹 配 , 但难 以严格地重合 . 改变氧煤枪结构可以 改变局部 富氧区 域和 煤粉富集 区域 的大小和 匹 配 状况 ; 调节 氧煤枪枪位可 以 按工 艺要求改 变 它 们在 直 吹 管 中的位置 . 关键 词 高炉 , 喷煤 , 富氧 , 氧浓度 , 煤 粉浓 度 中图 分类号 T F 5 38 . 53 高 炉旋流 氧煤 枪是用于 高 炉 富氧喷 吹煤粉的关键设备 , 是一种高效氧煤燃烧装置 . 其氧气 与煤粉 的混合 性 能对改 善煤粉 然烧 , 提 高煤粉燃 烧率 , 从 而提 高高炉 喷煤量 具有 非常 重要 的 影 响 lj[ . 本 文在 实验研究 的基 础上 , 对高 炉旋 流氧煤枪 的氧煤混合 特性进 行 了研究 . 1 实验研究 本 实验 使用 了 斜孔 射流细 分氧 煤枪 ( G Y 一 A 型 ) 、 直 孔 射流细 分 氧煤 枪 ( G Y 一 B 型 ) 以 及 旋 流 氧煤枪 (G Y 一 C 型 ) I圳 . 3 种氧煤 枪在 结构上 的差别 反映在 氧气从枪 头 喷 出方 式 不 同 . 对 于 G Y 一 A 型氧煤枪 , 氧气从斜直交错的小孔 中以小股射流喷出 ; 对于 G Y 一 B 型 氧煤枪 , 氧 气 从直 的小孔 中以小股射流喷出 ; 对于 G Y 一 C 型氧煤枪 , 氧 气则 以旋 流 射流形 式 喷 出 . 目前 , G Y 一 C 型 氧煤枪 已 通过 工业试 验 . 经工 业实验表明 , 这种氧煤枪 单枪 喷煤量 和 喷氧量 分别 可 达 1 0 0 一 Z o o k g 小 和 20 一 2 50 m ’ 小 , 煤 粉燃 烧率大 于 70 % , 氧煤 枪使 用 寿命达到 3 个 月 . G Y 一 A 、 G Y 一 B 型 氧煤枪 是正 在开 发 中的第二代 氧煤 枪 . 按 着相 似理 论 , 建 立 了 高炉 氧煤 喷吹气 固两 相流冷 态 实验 装 置 . 模 拟直 吹管 内径 150 m m , 试 验 段 长 度 8 0 ~ . 实验 时 , 直 吹 管 内风 量 1 8 80 耐加 , 煤粉载气 .5l m 3爪 , 氧气 30 耐小 . 测 量煤粉浓度时 , 煤粉流量 为 4 2 . I k g 小 . 在不 同枪型 、 不 同枪位等条 件下 , 测量了 直吹管内氧气浓 度 分布和 煤粉 浓度 分布 . 具体 测量 方法 、 测 点布置 以 及 测量过 程参 见文献【4 , 5] . 2 直吹 管中的氧气分布特 性 2 . 1 直吹管横 截面 上 的氧浓 度分布 图 1(a ) 给 出 了采 用 G Y 一 A 型 氧煤枪 在枪位 1喷吹 时氧煤枪 所 在 纵截 面 内 横 截 面 上 的 氧 1卯5 一 12 一 20 收稿 第一 作 者 男 35 岁 副教授 博 士后 * 国 家 “ 八五 ” 重点科技攻 关 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 02. 004

,118. 北京科技大学学报 1996年No.2 浓度分布曲线，由此可知，氧气浓度在横截面上呈准高斯分布，在氧煤枪出口附近，峰值最 大，分布集中；沿流动方向，峰值逐渐减小，分布曲线渐至扁平，同时，峰值的位值亦沿射 流流动方向偏移.采用GY一B型氧煤枪喷吹时，氧气浓度在截面上的分布也有相同的特 征.但氧浓度在横截面上的波形比GY一A型氧煤枪更明显，峰值下降速度更慢，且 蜂值位置的偏移更大.当采用具有旋流特征的GY一C型氧煤枪喷吹时，横截面上氧浓度 分布发生了较大的变化.首先，在氧煤枪出口附近的第一、二截面上，出现了双峰值的分布. 其次，氧气与主流及载气射流的混合速度加快，变化范围增大，分布宽度增大到12 上述差别是由氧煤枪结构不同而造成的. 图1b)给出了GY-A型氧煤枪在枪位2喷吹时直吹管横截面上浓度分布，氧煤枪枪位 的变化对氧浓度分布曲线的形状没有明显的影响，但改变了氧浓度变化的区域.在枪位1 时，氧浓度变化的区域集中在无因次径向坐标为一07到01的区域内、而在枪位时，相应区域 则为-0.2到0.6，即沿径向正方向移动了0.5.该移动距离恰好等于氧煤枪从枪位1变化到枪 位2时在径向移动的距离，其他氧煤枪喷吹时，枪位的影响与此相同· 50 50 [b 40 40 30 20 81 20 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 r/R r/R 图1GY一A氧煤枪喷吹时氧浓度在横截面上的分布 a-枪位1.b-枪位2：x/R值：(1)0.34，(2)1.0.(3)J.66.(4)495 2.2氧浓度在直吹管轴线方向的衰减变化 分析各截面上氧浓度的最大值随所对应的截面到氧煤枪出口的距离的变化，可以得到如 下关系：po.y=a(x/R)b, 表1氧浓度最大值衰减规律的常数 类型 ay by 均匀截面与喷口的距离 GY-A33.825 0.2335 7R GY-B3L.189 0.2015 7R GY-C25.384 0.0550 5R 此式说明直吹管内氧浓度最大值在轴线方向是按指数规律衰减.GY-A、GY一B型氧煤 枪喷吹时氧浓度最大值在轴线方向的变化规律基本一致.在氧煤枪出口附近，氧浓度较高，然后 以较大的梯度衰减，并于离氧煤枪出口截面约为7R的横截面上达到均匀，其中GY一A型 氧煤枪在结构上具有斜孔，能使氧气与载气及主流发生相互冲撞，加强混合，因而比GY一B型

· 1 81 · 北 京 科 技 大 学 字 报 望1入 3年 N O . 2 浓度 分布 曲线 . 由此 可 知 , 氧气浓 度在 横截 面上 呈 准高 斯分布 . 在 氧煤枪 出 口 附近 , 峰值最 大 , 分布 集 中; 沿 流动方 向 , 峰值 逐渐 减小 , 分布 曲线 渐至扁 平 , 同时 , 峰值 的位值亦 沿射 流 流动方 向偏 移 . 采 用 G Y 一 B 型氧 煤枪 喷 吹 时 , 氧 气浓 度 在 截 面 上 的分 布 也有 相 同 的特 征 . 但 氧 浓 度 在 横 截 面 上 的 波 形 比 G Y 一 A 型 氧 煤 枪 更 明 显 , 峰 值 下 降 速 度 更 慢 , 且 峰值位 置 的偏 移更大 . 当采用 具有 旋流 特征 的 G Y 一 C 型 氧 煤枪 喷 吹 时 , 横 截 面 上 氧 浓 度 分布发生 了较大 的变化 . 首先 , 在 氧 煤 枪 出 口 附近的第一 、 二 截面 上 , 出现 了 双峰值 的分 布 . 其 次 , 氧 气 与 主 流 及 载 气 射 流 的 混 合 速 度 加 快 , 变 化 范 围增 大 , 分 布 宽 度 增 大 到 1 . 2 . 上述差 别 是 由氧煤枪 结 构不 同而 造成 的 . 图 1(b ) 给 出了 G Y 一 A 型 氧煤枪 在枪位 2 喷 吹时直 吹管横 截面上 浓 度 分 布 . 氧煤 枪 枪 位 的 变 化 对 氧 浓 度分 布 曲 线 的形 状 没 有 明显 的影 响 , 但 改变 了氧浓 度 变 化 的 区 域 . 在枪 位 1 时 , 氧浓 度变 化的区 域集 中在 无因次径 向坐标为 一 0 .7 到 0 . 1 的区域 内 , 而在枪 位时 , 相应 区 域 则 为 一 .0 2 到 住6 , 即沿径 向正方 向移 动了 .0 5 . 该移动距离恰 好等 于 氧煤枪从 枪 位 1 变化 到枪 位 2 时在 径 向移 动 的距离 . 其他 氧煤 枪喷 吹时 , 枪位 的影响 与此相 同 . 产翻切 一 1 . 0 一 0 . 5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 r R/ b ~ . 二不升别 一 马, 粉 岁ù导` 岁一」 图 1 G Y一 A氧煤枪喷吹时氧浓度在横截面上的分布 a一枪位 l , b 一 枪位 2 ; x / R 值 : ( l ) 0 . 34 , (2) 1 . 0 , ( 3 ) ] . 6 , (4) 4乡5 2 . 2 氧 浓度 在直 吹管轴线方 向的 衰减 变化 分 析各 截面上 氧 浓度 的最大 值 随所对应 的截 面到 氧煤枪 出 口 的距 离的变 化 , 可 以得 到如 下 关系 : 甲。 2 、 一 a y ( x/ R ) 一 右 , 表 1 氧浓度最大值衰减规律的常数 类型 R 亡」,产 G Y 一 A G Y 一 B G Y 一 C 33 . 82 5 3 1 . 189 253 84 0 2 33 5 0 . 20 1 5 0刀55 0 均 匀 截面 与 喷「J 的 距离 7R 此式 说 明直 吹管 内氧浓度 最大 值在 轴线 方 向是按指数规律 衰减 . G Y 一 A 、 G Y 一 B 型氧 煤 枪喷 吹时氧浓度最大值在轴线方 向的变 化规律基本 一致 . 在氧煤枪 出 口 附近 , 氧浓度较高 , 然后 以 较大 的梯度 衰减 , 并 于离 氧煤枪 出 口 截 面约 为 7 R 的横 截面 上 达 到 均 匀 . 其 中 G Y 一 A 型 氧煤枪在 结 构上具有斜孔 , 能使氧气与 载气及主流发生相互冲撞 , 加强混合 , 因而 比 G Y 一 B 型

Vol.18 No.2 刘应书等：高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性 .119. 氧煤枪混合能力强.与其相比，GY-C型氧煤枪喷吹时，氧气旋流射流显著地加强了氧气、载 气及主流的混合，加快了氧气浓度在轴线方向的衰减.因此，氧煤枪出口附近的氧浓度不很 大，氧浓度沿轴线方向的变化较为平缓，达到均匀分布的截面到氧煤枪的距离约为5R. 2.3氧浓度等值线分布 1.0 图2为GY-A氧煤枪 在枪位1喷吹时氧气浓度 0.5 等值线，图内每一条对应 的氧浓度为某一定值的点 -0.5 所连成，等值线的疏密程 度反应了对应区域氧气浓 -1.o70 0.0 1.0 2.0 3.0 5.0 度变化的程度.由此可知， x/R 采用氧煤枪富氧喷吹，可 图2氧浓度等值线 以在氧煤枪出口附近一定范围内形成氧气浓度较高的区域即局部富氧区域，而且这个 区域沿着氧煤枪倾斜方向偏移，氧煤枪的枪位对局部富氧区域的位置有直接影响.当氧煤枪 在枪位1时，局部富氧区域靠近插枪口的直吹管壁面，而在枪位2时，该区域则靠近另一壁面. 比较之下，GY-B型氧煤枪喷吹时氧浓度等值线分布与GY一A型氧煤枪喷吹时基本相 同.而在采用GY一C型氧煤枪喷吹的情况下，氧浓度等值线分布较稀蔬，局部富氧区域增大， 3煤粉浓度分布特性 3.1直吹管横截面上煤粉浓度分布 图3为GY一A型氧煤枪在枪位喷吹时横截面上煤粉浓度分布.其它氧煤枪在各枪位喷 吹时的分布曲线与此基本相似.为了使结果具 有通用性，选择了平均煤粉浓度和直吹管半径 2.0m 分别对煤粉浓度和纵向距离作无量纲处理，由 图可知，在氧煤枪出口附近很小的区域内煤粉 1.5 浓度变化较大，而在离喷口一定距离后，很快 1.0 趋于均匀分布.在氧煤枪出口附近，从径向来 G 看，煤粉浓度在直吹管壁面附近的值很小，然 0.5 后在氧煤枪处迅速增大至最大值，再逐渐减 小，类似高斯分布.煤粉浓度的峰值沿着直吹管 0.0 -1.0 -0.5 0.0 0.5 轴线方向逐渐减小，且其位置逐渐偏离直吹管 rR 中心而靠近直吹管壁面.采用GY-B型氧煤枪喷 图3GY一A型氧煤枪喷次时横截面上的煤粉浓 吹时、出口附近的波形更明显，峰值更大，在 度分布R值：(1)133(2)267,34.67，（④）6.0 GY一C型氧煤枪喷吹的条件下，煤粉浓度虽呈波形分布，但其峰值减小，分布宽度增大，煤粉 浓度达到均匀的截面到喷口的距离减小. 此外，在枪位2喷吹时，煤粉浓度较高的区域偏近煤粉射流流向的壁面.这是由于煤粉射

Vo l . 18 N O . 2 刘应 书等 : 高炉氧煤枪 富氧喷煤氧煤混合特性 氧煤 枪混 合 能力 强 . 与其相 比 , G Y 一 C 型 氧煤枪 喷 吹时 , 氧气 旋流射流显著地加 强了氧气 、 载 气及 主流 的混合 , 加 快 了氧气浓 度在 轴线方 向的衰减 . 因此 , 氧煤枪 出 口 附 近的 氧浓度 不很 大 , 氧 浓 度 沿 轴 线 方 向的变 化 较 为 平 缓 , 达 到 均 匀 分 布 的 截 面 到 氧 煤 枪 的距 离 约 为 S .R 2 . 3 氧 浓度 等值线分布 图 2 为 G Y 一 A 氧 煤枪 在枪位 1 喷吹 时氧气 浓度 等值 线 . 图 内每一条 对应 的 氧浓度 为某一 定值 的点 所 连成 . 等值 线 的疏 密程 度 反应 了对应 区域 氧气浓 度 变化 的程度 . 由此 可知 , 采 用 氧 煤 枪 富 氧 喷吹 , 可 毛 } l / 、 、 { / 之 邻 鬓攀少 : x /R 图 2 氧浓度等值线 以 在 氧 煤 枪 出 口 附 近 一定 范 围 内形 成 氧 气 浓 度 较 高 的 区 域 即 局 部 富 氧 区 域 , 而 且 这 个 区 域 沿着 氧煤 枪倾斜 方 向偏移 . 氧煤 枪 的枪位 对局部 富氧 区 域 的位置有 直接 影响 . 当氧 煤枪 在枪位 1 时 , 局部 富氧区域靠近插枪 口 的直 吹管壁面 , 而在枪位 2 时 , 该区域则靠近另一壁面 . 比较之下 , G Y 一 B 型氧 煤枪 喷吹时 氧浓度 等值 线分布 与 G Y 一 A 型 氧 煤 枪 喷 吹 时基 本 相 同 . 而在采用 G Y 一 C 型氧煤枪 喷吹的情况下 , 氧浓度等值线分布较稀蔬 , 局部 富氧 区域增大 . 3 煤粉浓度 分布特 性 3 . 1 直吹管横 截面 上煤粉 浓度 分布 图 3 为 G Y ` A 型氧煤 枪在枪 位 喷吹时横 截 面上煤 粉浓 度分布 . 其它 氧煤枪 在各 枪位 喷 一 辛 - 黔 .瓜认、 、 又扮_ . . 一 ó 0 ù勺Q .05.0 吹时 的分布 曲线 与此基 本 相 似 . 为 了 使 结果 具 有 通用 性 , 选择 了 平均煤 粉 浓 度 和 直 吹 管半 径 分 别对煤 粉浓 度和 纵 向距 离 作 无量 纲 处 理 . 由 图可知 , 在氧 煤枪 出 口 附近 很 小 的 区 域 内煤 粉 浓 度 变 化 较大 , 而 在 离 喷 口 一定 距 离 后 , 很 快 趋 于 均 匀分 布 . 在 氧 煤 枪 出 口 附近 , 从 径 向 来 看 , 煤 粉 浓 度 在 直 吹 管 壁 面 附 近 的值 很小 , 然 后 在 氧煤 枪 处 迅 速 增 大 至 最 大 值 , 再 逐 渐 减 小 , 类似 高斯分布 . 煤粉 浓度 的峰值 沿着 直吹价 轴线方 向逐 渐 减小 , 且其 位 置逐渐偏 离直 吹 管 中心 而靠近直吹管壁面 . 采用G Y 一 B 型氧煤枪喷 吹 时 , 出 口 附 近 的 波 形 更 明显 , 峰值更大 . 在 一 1 . 0 一 0 . 5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 r R/ 图 3 G Y 一 A 型氧煤枪 喷次时横截面上的煤粉浓 度分布 刁刀 值 : (1) 13 , (2 ) 1 价 , (3) .4 以 (4) 丘0 G Y 一 C型氧煤枪 喷吹的条件下 , 煤粉浓度虽呈波形 分布 , 但其 峰值减 小 , 分 布宽度 增 大 , 煤粉 浓度 达到 均匀 的截面到 喷 口 的距 离减小 . 此外 , 在枪位 2 喷吹时 , 煤粉浓度较高 的区域偏近煤粉射流流 向的壁 面 . 这是 由于煤 粉 射

.120. 北京科技大学学报 19y96年No.2 流具有较大的惯性，具有比气体射流更大的穿透深度，使煤粉浓度峰值位置以较快的速度向 管壁偏移，直至靠近管壁，‘这种情况对于煤粉的燃烧和直吹管及风口的寿命都是不利的.但试 验结果表明，通过改变枪位可以直接改变这种状况. 3.2煤粉浓度最大值在直吹管轴线方向的变化 按着氧浓度的处理方法，可以得到煤粉浓度在轴线方向衰减的规律为：Cm=a(x/R)。.其 中am、bm的值列于表2. 表2煤粉浓度最大值衰减规律的常数 am bn 均匀截面与喷口的距离 GY-A1.86 0.306 6R GY-B2.01 0.336 6R GY-C1.58 0.246 5R 由此可知，氧煤枪结构不同，衰减的幅度和快慢差别较大，对于这3类氧煤枪来说， GY-B型氧煤枪衰减最慢，GY-C型氧煤枪最快，而GY-A型居于二者之间.GY-C型氧 煤枪喷吹时，直吹管内煤粉浓度达到均匀的截面距喷口约为5R,而GY一A、GY-B氧煤枪喷吹 时，相应的距离约为6R. 3.3煤粉浓度等值线分布 1.0 图4给出了采用GY-A型 0 0 氧煤枪在枪位2喷吹时煤粉浓度 0.5 等值线图，煤粉浓度等值线分布 0.0 表明，在氧煤枪出口附近，沿煤 粉射流运动方向，可以形成一个 -0.5 0.9 煤粉浓度较高的区域.该区域称 为直吹管内煤粉富集区域.GY -1.0 0.8 1.8 2.8 3.8 4.8 一B、GY-C型氧煤枪喷吹时煤 x/R 粉浓度分布与此基本相同，只是 煤粉富集区域的大小有些变化. 图4煤粉浓度等值线 4煤粉富集区域与富氧区域的匹配 根据以上分析，可以得到图5所示的煤粉富集区域及其在直吹管中的位置.富集区域的长 度是煤粉浓度达到均匀的横截面到喷口的距离，在轴向范围内，富集区域两侧（两管壁附近） 煤粉亦有一定的浓度，只是相对于富集区低些罢了.由此可知，对于不同型号的氧煤枪，煤粉富 集区域的形状基本相同，但其大小却不同.显然，GY-一A型氧煤枪喷吹时比GY一B型氧煤枪的 煤粉浓度扩展宽度大，而GY-C型氧煤枪扩展宽度则更大.因此，氧煤枪结构对煤粉浓度 分布宽度影响很大，也就是说，氧煤枪结构不同，混合能力差别很大· 煤粉富集区域的形状和大小虽然与枪位几乎没有关系，但枪位却可以改变该区域在直吹

北 京 科 技 大 学 学 报 关11汉 年i N 6 . 2 流具有较 大 的惯性 , 具 有 比气 体射 流更 大 的穿透 深度 , 使煤 粉浓 度峰值 位置 以 较快的速 度 向 管壁偏移 , 直 至靠 近管壁 . ’ 这种情况对于煤粉的燃烧和直吹管及风 口 的寿命 都是 不利 的 . 但试 验 结果表 明 , 通过 改变 枪位 可 以直 接改 变这 种状况 . 3 . 2 煤 粉浓 度最 大值在直 吹管轴线方 向的变化 按着 氧浓 度 的处理 方法 , 中 a m 、 b m 的值 列 于 表 2 . 可 以得到煤粉浓度在轴线方向衰减的规律 为: 氏 一 断( x/ R 丫 ` m . 其 表 2 煤粉 浓度最大值衰减规律 的常数 气 bm 均匀截面 与喷口 的距离 G Y 一 A 1 . 8 6 0 . 306 6R G Y 一 B Z乃 1 0 3 3 6 6R G Y 一 C 1 . 58 0 . 24 6 SR 由此 可知 , 氧 煤 枪 结 构 不 同 , 衰 减 的幅度 和 快慢 差别较 大 . 对于 这 3 类 氧煤 枪 来 说 , G Y 一 B 型 氧煤枪 衰减 最慢 , G Y 一 C 型氧煤枪最快 , 而 G Y 一 A 型居于二 者之 间 . C y 一 C 型氧 煤枪喷吹时 , 直吹管 内煤粉浓度达到均 匀的截面距喷 口约为 S R , 而 G Y 一 A 、 G Y 一 B 氧煤枪喷吹 时 , 相 应 的距 离约 为 6 R . .3 3 煤粉浓度 等值 线分布 图 4 给 出 了采 用 G Y 一 A 型 氧煤枪 在枪 位 2 喷 吹时煤 粉浓度 等值 线 图 . 煤粉 浓度等 值线 分布 表 明 , 在 氧煤枪 出 口 附近 , 沿 煤 ` 粉 射流 运 动方 向 , 可 以 形成 一个 煤 粉浓 度较 高 的区 域 . 该 区域 称 为 直 吹 管 内煤 粉 富集 区 域 . G Y 一 B 、 G Y 一 C 型 氧煤枪 喷吹 时煤 粉 浓度分 布 与此基 本相 同 , 只是 煤 粉富集 区 域 的大小 有些 变化 . O O 一 .0 5 x /R 图 4 煤粉浓度等值线 4 煤粉 富 集区 域与富 氧 区域的 匹 配 根据 以 上分 析 , 可 以得 到 图 5 所示 的煤 粉富集 区域及其在直吹管中的位置 . 富集 区域 的长 度是 煤粉 浓度 达到均 匀 的横截 面到 喷 口 的距 离 . 在轴 向范围内 , 富 集 区 域 两 侧 (两 管壁 附近 ) 煤粉亦有 一定 的浓度 , 只是相 对于富集 区低些罢了 . 由此可知 , 对于不 同型号的氧煤枪 , 煤粉富 集 区域 的形状基本相同 , 但其大小却不同 . 显然 , G Y 一 A 型氧煤枪喷吹时 比 G Y 一 B 型氧煤枪 的 煤 粉浓度 扩展 宽度大 , 而 G Y 一 C 型 氧煤枪 扩展 宽度则 更大 . 因此 , 氧煤 枪结 构 对煤 粉 浓 度 分布 宽度影 响很大 , 也 就是说 , 氧煤枪 结构 不 同 , 混合 能力差 别很 大 . 煤粉 富集 区域 的形 状和 大 小 虽然 与枪位 几乎 没有 关系 , 但枪 位却 可 以 改变该 区 域在 直 吹

Vol.18 No.2 刘应书等：高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性 .121. 管中的位置，据此，可以通过调节枪位，实现煤粉在直吹管中的合理分配 图中还用虚线给出了采用相应氧煤枪喷吹时的富氧区域.由图可以清晰地看出煤粉富集区 域和富氧区域的匹配情况， GY-A 6R 对于GY-A、GY-B型氧 煤枪，煤粉浓度都在离喷口 7R处达到均匀分布，比氧 气达到均匀分布所需的距 离要短，同时，煤粉浓度 在径向分布范围要宽，与 GY-A型氧煤枪相比， GY-B型氧煤枪的氧气与 GY-B 煤粉匹配得差一些.GY-B 型氧煤枪喷吹时，氧气主 要富集在靠近喷口一侧， 2 而在射流方向的一侧，富 氧效果不好.富氧效果欠 佳的区域占煤粉总富集区 域的20%.GY-A型氧煤 枪的喷吹时，虽然也存在 富氧效果不好的区域，但 GY-C 情况有所改善，富氧效果 欠佳的区域占煤粉富集区 域的约16%.从这个角度 5R 来看，GY一C型氧煤枪的 借形最为理想，煤粉浓度 图5局部富氧区域和煤粉富集区域的匹配 分布范围宽，氧浓度范围 1-主流（热风），2-氧煤枪；一煤粉富集区域；一局部富集区域 亦宽.富氧效果欠佳的区域只占14%.由于煤粉的物理性质与氧气不同，加之氧煤枪斜向插 人直吹管，因此，很难使煤粉和氧气在直吹管内形成对称分布，更难以实现二者的同步分 布，使得严格地保证煤粉富集区与富氧区重迭.但是，本研究表明氧煤枪结构不同，二者 的重合程度也不相同，它可以通过改进氧煤枪结构，改善煤氧混合与匹配. 5、结论 ()采用氧煤枪喷吹时，氧浓度和煤粉浓度在直吹管横截面上类似高斯分布，沿轴线方向按 指数规律衰减，并可分别形成局部富氧区域和煤粉富集区域. (2)局部富氧区域和煤粉富集区域的大小与氧煤枪结构有关，其位置可以由枪位决定， (3)局部富氧区域和煤粉富集区域基本匹配，但难以严格地重合，.改进氧煤枪结构，可以改 善二者的匹配性能.本研究所测氧煤枪按氧煤匹配性能优劣来排列依次为GY-C型氧煤 枪，GY一A型氧煤枪，GY一B型氧煤枪

V 61 . 18 N O . 2 刘应书等 : 高炉 氧煤枪富氧喷煤 氧煤混合特性 管 中的位 置 . 据 此 , 可 以通 过调 节枪位 , 实 现煤 粉在直 吹管 中的合 理分 配 . 图中还 用虚 线给 出 了采 用相 应氧煤 枪喷 吹 时的富氧 区域 . 由图可以 清晰地 看出煤粉富集区 域和富氧区 域的匹 配情 况 . 对于G Y 一 A 、 G Y 一 B型氧 煤枪 , 煤书撇度都在离喷口 7 R处达到 均匀 分布 , 比氧 气达到 均 匀分布 所需 的距 离要 短 . 同时 , 煤粉 浓度 在径 向分 布范 围要宽 . 与 G Y 一 A 型 氧 煤 枪 相 比 , G Y 一 B 型氧煤 枪 的氧气 与 煤 粉匹 配 得差 一些 . G Y 一 B 型 氧煤枪 喷吹 时 , 氧 气主 要 富集 在 靠近 喷 口 一 侧 , 而在 射流 方 向的一侧 , 富 氧效果 不 好 . 富氧效 果欠 佳 的区 域 占煤粉 总富集 区 域 的 20 % . G Y 一 A 型 氧煤 枪 的喷吹 时 , 虽然也 存在 富氧效果 不 好 的区 域 , 但 情 况有 所改 善 , 富氧效果 欠 佳 的 区 域 占煤 粉 富集 区 域的约 16 % . 从 这 个 角 度 来看 , G Y 一 C 型氧煤 枪 的 富形 最为理 想 , 煤粉 浓度 分布 范 围宽 , 氧浓度 范 围 G Y 一 A . L』 1 3 1又〕 令 污 ! l 广 一一 G Y 一 B ~ ~ ~ ` 二了二竺士七三 垂 玉全丈别 道l 图 5 局部富氧区域 和煤粉富集区域 的匹配 1 一 主流 (热风 ) , 2一 氧煤枪 ; 一 煤粉富集区域 ; 一 局部富集区 域 亦 宽 . 富 氧效果 欠佳 的 区域 只 占 14 % . 由于煤粉 的物理 性质 与氧气不 同 , 加 之 氧煤枪 斜 向插 入 直吹 管 , 因此 , 很 难 使 煤 粉 和 氧 气 在直 吹 管 内形 成 对称分 布 , 更难 以 实 现 二 者 的 同 步 分 布 , 使得 严 格地保证煤 粉 富集 区 与 富氧 区 重 迭 . 但 是 , 本 研 究表 明 氧煤 枪 结 构 不 同 , 二 者 的重合程 度 也不相 同 , 它 可 以通 过改 进氧煤 枪结 构 , 改 善煤 氧混合 与匹 配 . 5 、 结论 ( l) 采用 氧煤枪 喷 吹时 , 氧浓 度和 煤 粉 浓度在直吹管横截面上类似高斯分布 , 沿轴线方向按 指 数规律 衰减 , 并 可分别 形成 局部 富氧 区 域 和煤粉 富集 区 域 . ( 2) 局部 富氧 区 域 和煤粉 富集 区 域 的大小 与氧 煤枪结 构有 关 , 其 位置 可以 由枪位 决定 . ( 3) 局部 富氧 区 域 和煤粉 富集 区 域基 本匹 配 , 但难 以严格地重合 . 改进氧煤枪结构 , 可 以改 善二者 的匹 配性 能 . 本 研 究 所 测 氧煤 枪按 氧煤 匹 配 性 能 优 劣 来 排列 依 次 为 G Y 一 C 型 氧煤 枪 , G Y 一 A 型 氧煤枪 , G Y 一 B 型氧 煤枪

.122. 北京科技大学学报 1996年No.2 参考文献 1 Wikstorm J.Karsrud K.Improving the Efficiency of Blast Fumace Oxy-Coal Injection.Steel Technology International,1994,95:71~73 2杨天钧，周渝生，苍大强，高炉风口氧-煤燃烧装置.中国专利，91243368.1991 3刘应书.高炉氧煤枪喷吹气一固两相流研究：[学位论文】.北京：北京科技大学治冶金系，1994 4刘应书，寥冬生，杨天钧，苍大强，丁玉龙.高炉氧煤枪煤粉浓度场研究.北京科技大学学报，1993,15（⑤： 437441 5刘应书，杨天钧，周渝生，苍大强，高炉氧煤枪布氧特性.钢铁，1994,16()：1~5 Mixing Characteristics of Oxygen with Pulverized Coal in Oxy-Coal Injection Process with Oxy-Coal Lance Liu Yingshu Yang Tianjun Cang Daqiang Liu Shulin Department of Metallurgy,USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT The mixing characteristics of oxygen with pulverized coal in oxy-coal injection into blast furnace by oxy-coal lance are studied.It is found that oxygen concentration and pul- verized coal concentration on the cross sections are similar to Gauss distribution,and attenuate as a power equation along axial direction of the blowpipe,and that a local oxygen enrichment area and a pulverized coal enrichment area can be formed.Futher analysis shows that the two areas are nearly match up,which can be improved by improving the structure of oxy-coal lance,and that the positions of the areas may be located by the position of oxy-coal lance. KEY WORDS blast furnace,coal injection,oxygen enroichment,oxygen concentration,pulverized coal concentration KMKFKH010191101108X08101089081011110710110101901KY10790010144513000100K81341887107901807104908104104 热烈祝贺《物流技术与应用》创刊 经过吴清一教授精心筹备，在国内外物流科学领域专家们的支持下，《物流技 交交交茶交交交究 术与应用》（季刊）创刊了，我们表示热烈地祝贺！ 《物流技术与应用》杂志架起一座中国物流科技研究与国际物流界学术交流的 桥梁，促进我国物流事业走向现代化起到它应有的作用 《北京科技大学学报》 编辑部 一九九六年四月二日

12 北 京 科 技 大 学 学 报 1望拓 年 N O . 2 参 考 文 献 1 Wiks to rm J, 凡l巧 n l d K . 功 I P or VnI g het E if 康 n yC of B las t F l ir r口 ce o x y 一伽 al l nJ 以力。 n . S te l 不戈】I n o ik gy I n t e n u ti o l坦 1 , l煲科 , 95 : 7 1 一 73 2 杨天 钧 , 周 渝生 , 苍大强 . 高炉 风 口 氧 一 煤燃烧装置 . 中 国专利 , 91 24 3 邵 . 1卯1 3 刘应 书 . 高炉氧煤枪喷吹气 一 固 两相流研究 : 【学位论文 1 . 北 京: 北京科技大学 冶金 系 , 1甲抖 4 刘应 书 , 寥冬生 , 杨天 钧 , 苍大强 , 丁 玉 龙 . 高炉氧煤枪煤粉浓度场研究 . 北京科技 大学学报 , 1卯3 , 15( 分 437 一 4 1 5 刘应 书 , 杨天 钧 , 周渝生 , 苍大强 . 高炉氧煤枪 布氧特性 . 钢铁 , 1煲科 , 1仅1) :l 一 5 M i x ign C h a r a cte r i s t i“ o f O x gy e n w it h P ul ve r ize d C o a l i n O x y 一 C o a l I nj etC i o n P or 洲 5 iw t h O x y 一 C o a l aL cne L i u iY n gs h u aY n g iT a nj u n aC n g D a q i a n g L i “ hS u li n 块P斌~ t o f M e atl l JJ卫澎 , U S T B , 价劝i n g l(X幻83 , P R C A B S T R A C I , hT e nx i n g ch a ar eCt isr t i伍 o f o x y g en iw t h P ul v e ir 江过 co a l in o x y 一 co a l i nJ 叭io n i n ot b l as t fu nr a ce b y o x y 一 co a l la n ce a er s t u d ied . I t 15 fo un d ht a t o x yg en co n cen 加t i o n a nd P ul - ve ir 左过 co a l co n cen 恤t i o n o n t h e cor s s时i o ns a er s让in l a r ot G a L眨石 d is itr b u t io n , a nd a t t e n ua et as a P o we r 叹ua t i o n a lo n g a x i a l d l er Ct i o n o f t h e b l o 帅iP e , a n d t h a t a l o ca l o x gy en en ch ner t a盼 a n d a P ul ve ir 用」 co a l e n n e h m e n t a雌 ca n be fo r ll袱1 . F u t h er a n a lys is s h o 哪 t h a t th e two a 代分5 a er n 份ir y am cht u P , hw ich 以 n be lm P or v de b y lm P or vi n g th e s trU ct u er o f o x y 一 co a l l a n ce , a dn ht a t het Po s it i o ns o f t h e a ~ anr y be 1 0以det b y ht e P o s iit o n o f o x y 一 co a l l a cne . K E Y W O R I万 b als t fu 阳 a ce , co a l i nJ 呱i o n , o x y g en ~ i c h r r 们 t , o x y g en co n cen t ar t i o n , P ul ve ir 双沮 OC a l OC n C e n t m t i o n 护 备沐 K 考备 跳斌支尧亚荃、尧 C褚备C咭李侣 长绪 热烈 祝贺《 物流技 术与应 用》 创 刊 经过 吴清一 教授 精心筹 备 , 在 国 内外 物流 科 学领 域 专家 们 的支 持 下 , 《 物 流技 术 与应用》 (季刊 ) 创刊 了 , 我们表 示热 烈地祝 贺! 《 物 流技术 与应 用》 杂 志架起 一座 中国物 流科技研 究 与 国际物 流 界 学术 交 流 的 桥梁 , 促 进我 国物流 事业 走 向现 代 化起到 它应有 的作用 . 《 北 京科技 大学学 报》 编 辑部 一九 九六 年四 月二 日 支益艾尧盗荃