第5期 张建良等：新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 637。 k1K1(02) 但其幅度较小.无烟煤的燃烧率低于烟煤 R3=K1+k/k2 (7) 式中，R3为式(3)的反应速率，k1为碳燃烧反应速 率常数，k2为C02十C一2C0反应速率常数，K1 参考。文献 为碳燃烧反应平衡常数，K2为C02十C一2C0反 I]Xu Y,Hu B S.Influence of Ce0,and La,03 as additives on bum- 应平衡常数，(02)、(C02)和(C0)分别为反应条件 ing process of pulverized coal injection into bast fumace.Chin 下02，C02、C0的气相分压. Rare Earths,2005.26(2):56 由式()得出高炉风口煤分的燃烧速度与氧分 (许莹，胡宾生.C02和La03对高炉喷吹煤粉燃烧过程的影 响.稀土，2005.26(2)：56 压（浓度或O/C原子比）呈线性关系，但氧气高炉条 [2 Wei G,Du HG,Diao R S.Study of additives mixed in pulver 件下的煤粉燃烧实验数据（图8）表明这一关系仅在 ized coal used for PZH steel blast furnace.Iron Stel Vanadium 0/C原子比较低情况下(2.0以下)成立.从图8可 Titanium,2000,21(1):7 以看出，无烟煤和烟煤的燃烧率都随着0/C原子比 (魏国，杜鹤桂，刁日升.攀钢高炉煤粉混合添加剂的实验研究 的增加而增加，剩余氧越多，煤粉燃烧率越高.在低 钢铁钒钛，2000,21(1)：7) [3 Sornek R J.Dobashi R.Effect of turbuence on spatial distribu- 0/C原子比区域(20以下区域)，煤粉燃烧率随 tion and group behavior of droplet in a spray flame.Combust Sci O/C原子比的增加快速增加：在高O/C原子比区 Technol,.2000,161:191 域煤粉燃烧率增加的幅度较小.无烟煤的燃烧率 [4 Mathieson J G.TmueloveJ S.Roger H.Tow ard an understand 低于烟煤. ing of coal combustion in blast furnace tuyere injection.Fwel, 2005.8410):1229 5结论 5 Yang D.Wang Y Z.Lu C M.Design and fabrication of experi- mental apparatus for pulverized-coal combustion.Res Explor (1)新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置在喷煤开 Lab,2006.25(1):41 始前可将助燃气体加热至所需温度，解决了热风温 (杨冬，王永征，路春美.等.煤粉燃烧实验装置的设计与制作 度不足的问题，且在高压气体和低压气体的共同作 实验室研究与探索，2006.25(1)：41) 用下，达到了高速喷吹的要求.与两段式燃烧炉相 Xu G.Zhou H C.Luo Z X.Development of horizontal coal fines 比，占地面积小，实验样品用量少，耗时少，实验操作 combustion experimental bench.Autom Instrum,2006.(5):57 (徐刚，周怀春，罗自学卧式煤粉燃烧实验台的研制.自动化与 过程基本实现自动化. 仪器仪表，2006.(5)：57 (2)喷吹瞬间流场的数值模拟结果显示，当喷 [n Zhang J L The App lied and Fun damental Research on Nitngen 吹气体速度达到最大值时，直吹管气体平均速度为 Free Blast Furnac Dissertation.Beijing University of S cience 162.35ms1,说明实验装置中初始压差可以使气 and Techmlogy Beijing.2001:32 (张建良.氧气高炉的应用基础研究学位论刘.北京：北京科 体产生很大的速度，在瞬间搅动气体. 技大学.2001：32) (3)通过对无烟煤和烟煤在氧气气氛下的喷吹 [8 Zhang J L.Qin M S.Lu H S.Process of BF with oxygen-enrich- 燃烧实验发现，在氧气高炉风口低0/C原子比条件 ment and massive PCI.Iro Steel,1992.27(10):12 下，煤粉的燃烧速度与氧分压（浓度或0/C原子比） (张建良，秦民生，卢虎生.高炉高富氧大量喷吹煤粉的理论分 呈线性正比关系.无烟煤和烟煤的燃烧率都随着 析.钢铁，1992.27(10)：12) O/C原子比的增加而增加.在低O/C原子比区域 [9Smot L D.Pratt D T.Pulverized Coal Combustion and Gasifi- cation.Fu W B.WeiJ B.Translated Beijing:Tsinghua Uriver (2.0以下区域，煤粉燃烧率随O/C原子比的增加 ys5,1983:207 快速增加：在高O/C原子比常规高炉风口条件下， (Smot L D,Pratt DT.粉煤燃烧与气化傅维标，卫景彬，译. 两种煤粉的燃烧率仍随O/C原子比的增加而增加， 北京：清华大学出版社，1983：207)R 3 = k 1K 1(O2) K 1 +k 1/ k2 ( 7) 式中, R 3 为式( 3) 的反应速率, k 1 为碳燃烧反应速 率常数, k2 为 CO2 +C 2CO 反应速率常数, K 1 为碳燃烧反应平衡常数, K2 为 CO2 +C 2CO 反 应平衡常数, ( O2) 、( CO2) 和( CO) 分别为反应条件 下O2 、CO2 、CO 的气相分压. 由式( 7) 得出高炉风口煤分的燃烧速度与氧分 压( 浓度或 O/C 原子比) 呈线性关系, 但氧气高炉条 件下的煤粉燃烧实验数据( 图 8) 表明这一关系仅在 O/C 原子比较低情况下( 2.0 以下) 成立.从图 8 可 以看出, 无烟煤和烟煤的燃烧率都随着 O/C 原子比 的增加而增加, 剩余氧越多, 煤粉燃烧率越高 .在低 O/C 原子比区域( 2.0 以下区域) , 煤粉燃烧率随 O/C 原子比的增加快速增加 ;在高 O/C 原子比区 域, 煤粉燃烧率增加的幅度较小 .无烟煤的燃烧率 低于烟煤 . 5 结论 ( 1) 新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置在喷煤开 始前可将助燃气体加热至所需温度, 解决了热风温 度不足的问题, 且在高压气体和低压气体的共同作 用下, 达到了高速喷吹的要求 .与两段式燃烧炉相 比, 占地面积小, 实验样品用量少, 耗时少, 实验操作 过程基本实现自动化 . (2) 喷吹瞬间流场的数值模拟结果显示, 当喷 吹气体速度达到最大值时, 直吹管气体平均速度为 162.35 m·s -1 , 说明实验装置中初始压差可以使气 体产生很大的速度, 在瞬间搅动气体. ( 3) 通过对无烟煤和烟煤在氧气气氛下的喷吹 燃烧实验发现, 在氧气高炉风口低 O/C 原子比条件 下, 煤粉的燃烧速度与氧分压( 浓度或 O/C 原子比) 呈线性正比关系.无烟煤和烟煤的燃烧率都随着 O/C 原子比的增加而增加 .在低 O/C 原子比区域 ( 2.0 以下区域) , 煤粉燃烧率随 O/C 原子比的增加 快速增加;在高 O/C 原子比常规高炉风口条件下, 两种煤粉的燃烧率仍随 O/C 原子比的增加而增加, 但其幅度较小.无烟煤的燃烧率低于烟煤. 参 考 文 献 [ 1] Xu Y, Hu B S.Influence of C eO2 and La2O3 as additives on burn￾ing process of pulverized coal injection into blast fu rnace.Chin Rare Earths, 2005, 26( 2) :56 ( 许莹, 胡宾生.CeO2 和 La2O3 对高炉喷吹煤粉燃烧过程的影 响.稀土, 2005, 26( 2) :56) [ 2] Wei G, Du H G, Diao R S.S tudy of additives mixed in pulver￾ized coal used for PZH steel blast furnace.Iron St eel Vanadium Titaniu m, 2000, 21(1) :7 ( 魏国, 杜鹤桂, 刁日升.攀钢高炉煤粉混合添加剂的实验研究. 钢铁钒钛, 2000, 21( 1) :7) [ 3] Sornek R J, Dobashi R.Effect of turbulence on spatial distribu￾tion and group behavior of droplet in a spray flame .Combust Sci Technol, 2000, 161:191 [ 4] Mathieson J G, T ruelove J S, Rogers H .Tow ard an understand￾ing of coal combustion in blast furnace tuyere injection.F uel, 2005, 84( 10) :1229 [ 5] Yang D, Wang Y Z, Lu C M .Design and fabri cation of experi￾ment al apparatus f or pulverized-coal combustion.Res E xplor Lab, 2006, 25( 1) :41 ( 杨冬, 王永征, 路春美, 等.煤粉燃烧实验装置的设计与制作. 实验室研究与探索, 2006, 25( 1) :41) [ 6] Xu G, Zhou H C , Luo Z X.Development of horizontal coal fines combustion experimental bench.Autom Instr um , 2006, ( 5) :57 ( 徐刚, 周怀春, 罗自学.卧式煤粉燃烧实验台的研制.自动化与 仪器仪表, 2006, ( 5) :57) [ 7] Zhang J L.The App lied and Fun damental Research on Nitrogen Free Blast Fu rnace [ Dissertation] .Beijing:University of S cience and Technology Beijing, 2001:32 ( 张建良.氧气高炉的应用基础研究[ 学位论文] .北京:北京科 技大学, 2001:32) [ 8] Zhang J L, Qin M S, Lu H S.Process of BF w ith oxygen-en rich￾ment and massive PCI .Iron S teel, 1992, 27( 10) :12 ( 张建良, 秦民生, 卢虎生.高炉高富氧大量喷吹煤粉的理论分 析.钢铁, 1992, 27( 10) :12) [ 9] Smot L D, Pratt D T .Pulverized Coal Combustion and Gasifi￾cation .Fu W B, Wei J B, Translated.Beijing :T singhua Uni ver￾sity Press, 1983:207 ( Smot L D, Pratt D T .粉煤燃烧与气化.傅维标, 卫景彬, 译. 北京:清华大学出版社, 1983:207) 第 5 期 张建良等:新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 · 637 ·