第5期 张建良等：新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 635。 所示.低压部分包括低压一段一低压四段，分别对 应图5所示高炉风口及风口循环区的1~4位置. 气体压力分布Pa 低压一段可将气体加热至高炉热风的温度.低压二 ■5.000×10 段相当于喷煤枪，此处的煤粉被高压部分喷出的气 4500×10° 4.000×10 体瞬间喷入低压三段.低压三段模拟风口区，在这 -3501×10° 3001×10° 里煤粉和热风混合、燃烧，之后煤粉进入高温区域， 2501×10 2001×10 也就是相当于风口循环区的低压四段，残碳与氧进 1501×10 一步燃烧.煤粉在低压四段燃烧所产生的废气，经 1.002×10 5.018×10 一个耐火纤维过滤，最后进入集气瓶 2.000×10 图6新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置的初始压力分布 Fig.6 Initial pressue distribution of the novel PCI simulation ex- 风口循环区 perimental device 气体速度分布/(ms) 3.247×10 2436×10P 图5高炉风口及风口循环区示意图 Fig.5 Schematic of the tuyere and tuyere cycling zone of a blast fur- 1.624×10P 图e 8119x10' 2喷吹流场的数值模拟 2.596×103 利用CX对该实验装置喷吹瞬间进行模拟. 采用壁面函数法，湍流流动核心使用高低雷诺数均 适用的k一ω模型，而在黏性层内不布置任何节点， 图7喷吹瞬间气体的速度分布 把第1个与壁面相邻的内节点布置在旺盛的紊流区 Fig.7 Velocity distribution of air in the device at the injection mo- 内，也就是说与壁面相邻第1个控制容积取得较大. ment k、w和μ由经验公式来确定.此次模拟没有入口和 出口，系统内最初存在的压力差，造成气体的瞬间急 3高炉喷煤模拟燃烧实验 剧流动，流动经过煤粉，推动煤粉向与气体流动相同 实验采用无烟煤和烟煤，粒度小于0074mm, 的方向流动，气体没有出口，由右侧的密闭容器收 其化学成分见表1.考察煤粉在氧气高炉条件下的 集.不计气体的表面张力，忽略气体的黏度.设定 燃烧情况. 整个装置的初始状态如下：高压段气体压力为 表1实验用煤粉的化学成分（质量分数） 0.50MPa,低压段气体压力为0.35MPa,集气瓶压 Table I Chemical composition of pulverized coal % 力接近真空如图6所示.经模拟计算，当喷吹气体 煤种 C H 0NS挥发分 速度达到最大值时，直吹管气体平均速度为 无烟煤 81.433.292481.84058 9.76 162.35ms,气体速度分布如图7所示.模拟结 烟煤 70944.4113151.7105233.40 果表明，0.l5MPa的压差可以使气体产生一个很大 的速度，在瞬间搅动气体，而膨胀搅动的气体推动管 将实验用煤粉放入烘箱中，在105℃充分烘干. 内的煤粉运动. 样品质量分别为80,100,125,150,175,200,250，所示.低压部分包括低压一段 ～ 低压四段, 分别对 应图 5 所示高炉风口及风口循环区的 1 ～ 4 位置 . 低压一段可将气体加热至高炉热风的温度.低压二 段相当于喷煤枪, 此处的煤粉被高压部分喷出的气 体瞬间喷入低压三段.低压三段模拟风口区, 在这 里煤粉和热风混合、燃烧 .之后煤粉进入高温区域, 也就是相当于风口循环区的低压四段, 残碳与氧进 一步燃烧.煤粉在低压四段燃烧所产生的废气, 经 一个耐火纤维过滤, 最后进入集气瓶. 图 5 高炉风口及风口循环区示意图 Fig.5 Schemati c of the tuyere and tuyere cycling zone of a blast fur￾nace 2 喷吹流场的数值模拟 利用 CFX 对该实验装置喷吹瞬间进行模拟 . 采用壁面函数法, 湍流流动核心使用高低雷诺数均 适用的 k -ω模型, 而在黏性层内不布置任何节点, 把第 1 个与壁面相邻的内节点布置在旺盛的紊流区 内, 也就是说与壁面相邻第 1 个控制容积取得较大 . k 、ω和 μ由经验公式来确定.此次模拟没有入口和 出口, 系统内最初存在的压力差, 造成气体的瞬间急 剧流动, 流动经过煤粉, 推动煤粉向与气体流动相同 的方向流动, 气体没有出口, 由右侧的密闭容器收 集.不计气体的表面张力, 忽略气体的黏度.设定 整个装置的初始状态如下 :高压段气体压力为 0.50 M Pa, 低压段气体压力为 0.35 M Pa, 集气瓶压 力接近真空如图 6 所示.经模拟计算, 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 , 气体速度分布如图 7 所示 .模拟结 果表明, 0.15 M Pa 的压差可以使气体产生一个很大 的速度, 在瞬间搅动气体, 而膨胀搅动的气体推动管 内的煤粉运动. 图 6 新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置的初始压力分布 Fig.6 Initial pressu re distribution of the novel PC I simulation ex￾periment al device 图7 喷吹瞬间气体的速度分布 Fig.7 Velocit y distribution of air in the device at the injection mo￾ment 3 高炉喷煤模拟燃烧实验 实验采用无烟煤和烟煤, 粒度小于 0.074 mm, 其化学成分见表 1 .考察煤粉在氧气高炉条件下的 燃烧情况. 表 1 实验用煤粉的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemi cal composition of pulverized coal % 煤种 C H O N S 挥发分 无烟煤 81.43 3.29 2.48 1.84 0.58 9.76 烟煤 70.94 4.41 13.15 1.71 0.52 33.40 将实验用煤粉放入烘箱中, 在 105 ℃充分烘干. 样 品质量分别为80, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 第 5 期 张建良等:新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 · 635 ·