D01:10.13374.isml00103x.2009.06.002 第31卷第5期 北京科技大学学报 Vol.31 No.5 2009年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2009 新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 张建良)黄冬华1,2 张曦东引常 健) 1)北京科技大学治金与生态工程学院.，北京1000832)北京科技大学期刊中心，北京100083 3)钢铁研究总院治金工艺研究所，北京100081 摘要设计了一种适合模拟高炉喷煤燃烧的实验装置，满足热风既高温又高速的煤粉喷吹条件，可以模拟氧气高炉条件下 的煤粉喷吹.喷吹瞬间流场的数值模拟结果表明，当喷吹气体速度达到最大值时，直吹管气体平均速度为16235m'g1.利 用该装置研究了氧气高炉条件下煤粉的燃烧规律.结果表明：煤粉的燃烧率随O/C原子比的增加而增加在低O/C原子比条 件下，煤粉的燃烧率较低，但其增幅比较明显：无烟煤的燃烧率低于烟煤. 关键词喷煤：实验装置：煤粉燃烧：高炉 分类号TF538.6+3 Design of an experimental device to simulate coal injection in blast furnaces ZHANG Jian-liang.HUANG Dong-hua2.ZHANG Xi-dong,CHANGJian 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and T echnology Beijing.Beijng 100083.China 2)Jourmals Pubishing Centre.University of Science and Tech mology Beiing,Beijing 100083.China 3)Metallurgical Technology Institute,Central Iron Steel Research Institute,Beiing 100081.China ABSTRACT An ex perimental device was designed to simulate ca injection in blast furnaces.The device meets the need of coal in- jection with high temperature and high speed by hot air.and it can be used to simulate coal injection in a nitrogen-free blast furnace. Numerical simulation of the flow field in the device at the injection moment was performed.The results show that w hen the velocity of injected air reaches the maximum,the average velocity of air in the blow pipe is 162.35m's.The combustion regularity of pul- verized coal was investigated using the device.The results show that the burning rate of coal increases w ith an increase in O/C atomic ratio.In the low O/C atomic ratio range,the burning rate of ooal is comparatively low.but it increases more rapidly compared to that in the high O/C atomic ratio range.The burning rate of anthracite is lower than that of bituminous ooal. KEY WORDS coal injection:ex perimental device:combustion of pulv erized coak blast furnace 研制模拟高炉直吹管内煤粉燃烧的实验装置， 煤粉燃烧的研究：其最大不足是难以实现热风既高 一直是高炉炼铁工作者渴望解决的课题.由于高炉 温又高速的要求.过多的冷风使热风温度难以达到 的热风温度很高，热风在直吹管又处于高速运动的 起码的要求，要使热风温度达到1100℃左右，风量 湍流状态，使得煤粉一旦喷入直吹管中即被迅速加 就不能太大，导致反应管内气流不能达到湍流状 热，加热速率高达103~10°℃·s1,且在直吹管中停 态，且煤粉在反应管内的燃烧时间较长，不能反 留时间很短，只有10ms左右，因此要想在实验室模 映出煤粉在直吹管内与热气流强烈的热量、动量和 拟高炉喷煤这种高温、高速的煤粉燃烧状况极为困 质量交换.如果缩小反应管直径勉强达到湍流状 难。目前国内采用两段电加热的方法模拟高炉喷态，也会由于反应管太细、煤粉燃烧空间太小而使模 吹一习，即先采用电阻炉将空气加热到900℃左右， 拟失真，可见这类装置的关键问题是冷风与加热元 再由硅碳管炉将热风进一步加热到1100℃左右，并 件的热交换能力较差，且这种实验装置每次试样用 在硅碳炉1500℃左右的高热环境中喷入煤粉，进行 量大，耗时较长. 收稿日期：200801-22 作者简介：张建良(1965一)男，教授博士生导师，E-mail:1.zhmg@mal.usth.cu.cm新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计 张建良1) 黄冬华1, 2) 张曦东3) 常 健1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学期刊中心, 北京 100083 3) 钢铁研究总院冶金工艺研究所, 北京 100081 摘 要 设计了一种适合模拟高炉喷煤燃烧的实验装置, 满足热风既高温又高速的煤粉喷吹条件, 可以模拟氧气高炉条件下 的煤粉喷吹.喷吹瞬间流场的数值模拟结果表明, 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 .利 用该装置研究了氧气高炉条件下煤粉的燃烧规律.结果表明:煤粉的燃烧率随 O/C 原子比的增加而增加;在低 O/C 原子比条 件下, 煤粉的燃烧率较低, 但其增幅比较明显;无烟煤的燃烧率低于烟煤. 关键词 喷煤;实验装置;煤粉燃烧;高炉 分类号 TF538.6 +3 Design of an experimental device to simulate coal injection in blast furnaces ZHANG Jian-liang 1) , HUANG Dong-hua 1, 2) , ZHANG Xi-dong 3) , CHANG Jian 1) 1) School of Met allurgical and Ecologi cal Engineering, University of Science and T echnology Beijing, Beijing 100083, China 2) Journals Publishing Centre, Uni versit y of Science and Tech nology Beijing, Beijing 100083, C hina 3) Metallurgical Technology Institut e, Central Iron &S teel Research Institut e, Beijing 100081, China ABSTRACT An ex perimental device was designed to simulate co al injection in blast furnaces .The device meets the need of coal in￾jection with high temperature and high speed by ho t air, and it can be used to simulate coal injection in a nitrogen-free blast fur nace. Numerical simulation o f the flow field in the device at the injection moment w as perfo rmed .The results show tha t w hen the velocity of injected air reaches the maximum, the average velocity of air in the blow pipe is 162.35m·s -1.The combustion reg ularity of pul￾verized coal was investig ated using the device.The results show that the bur ning rate of coal increases w ith an increase in O/ C atomic ratio.In the low O/C atomic ratio rang e, the burning rate o f coal is comparatively low, but it increases more rapidly compared to that in the high O/C atomic ratio range.The burning rate of anthracite is lower than that of bituminous coal . KEY WORDS coal injection ;ex perimental device;combustion of pulv erized coal;blast furnace 收稿日期:2008-01-22 作者简介:张建良( 1965—) 男, 教授, 博士生导师, E-mail:jl.z hang @metall.ustb.edu.cn 研制模拟高炉直吹管内煤粉燃烧的实验装置, 一直是高炉炼铁工作者渴望解决的课题 .由于高炉 的热风温度很高, 热风在直吹管又处于高速运动的 湍流状态, 使得煤粉一旦喷入直吹管中即被迅速加 热, 加热速率高达 10 3 ～ 10 6 ℃·s -1 , 且在直吹管中停 留时间很短, 只有 10 ms 左右, 因此要想在实验室模 拟高炉喷煤这种高温、高速的煤粉燃烧状况极为困 难.目前国内采用两段电加热的方法模拟高炉喷 吹[ 1-2] , 即先采用电阻炉将空气加热到 900 ℃左右, 再由硅碳管炉将热风进一步加热到 1 100 ℃左右, 并 在硅碳炉 1 500 ℃左右的高热环境中喷入煤粉, 进行 煤粉燃烧的研究;其最大不足是难以实现热风既高 温又高速的要求.过多的冷风使热风温度难以达到 起码的要求, 要使热风温度达到 1 100 ℃左右, 风量 就不能太大, 导致反应管内气流不能达到湍流状 态 [ 3] , 且煤粉在反应管内的燃烧时间较长, 不能反 映出煤粉在直吹管内与热气流强烈的热量 、动量和 质量交换.如果缩小反应管直径勉强达到湍流状 态, 也会由于反应管太细、煤粉燃烧空间太小而使模 拟失真 .可见这类装置的关键问题是冷风与加热元 件的热交换能力较差, 且这种实验装置每次试样用 量大, 耗时较长. 第 31 卷 第 5 期 2009 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.5 May 2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.05.002