沙钢喷煤燃烧率的计算分析

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1、沙钢高炉喷煤燃烧率的计算分析雷鸣田口整司［江苏省（沙钢）钢铁研究院］【摘要】沙钢2500m3高炉口2009年煤比由140kg/t提升至160kg/t,为了了解煤粉在高炉内的燃烧情况，本文使用高炉喷煤燃烧率的半经验公式，计算了沙钢2500m3高炉的煤粉燃烧率，得到其煤粉燃烧率为70-80%.发现沙钢2500m3高炉在此期间煤粉的燃烧率存在大幅度的下降，木文对煤粉燃烧率大幅度下降的原因进行了分析。结果表明，C/0的大幅度升高炬导致煤粉燃烧率大幅度下降的主要原因。【关键词】高炉喷煤煤粉燃烧率碳氧比1•引

2、言捉高煤比是降低高炉成木和能耗非常有效的一种方式。随着喷煤量的提高，研究人员逐渐重视起煤粉的燃烧性能的研究。如果喷煤量提高的同时煤粉的燃烧率反而降低，则会导致未燃煤粉积聚在高炉的死料柱中，导致透气性不佳，从而严重影响高炉操作。因此，在提高煤比的同时，应该保持较高的燃烧率。然而，煤粉在回旋区内燃烧率很难用实验方法测得，本工作利用口本学者0HN0的半经验公式⑴，计算了沙钢2500m3高炉的煤粉燃烧率，唐光临等⑵等也应用该公式计算过煤粉的燃烧率。2.煤粉燃烧率的计算2.1煤粉在回旋区燃烧率的半经验公式(

3、1)由0HN0提出的煤粉燃烧率半经验公式如下所示：1（Y）.£.kEcRgDPpP+B（Y02）qX°-kT其中：n：煤粉的燃烧率Ec：煤粉干基c的百分含量Rg：气体常数；/?.,=0.082054m3•atm/K•kmolbD,＞：煤粉的平均粒径（m）pp：煤粉的密度（kg/m3）B：1kg煤粉燃烧产生的煤气体积（n?）Yo2：热风屮的氧气的摩尔分数X：燃烧掉的煤粉和热风中氧气含量的比值（XwXkyJ^/NmQ）［21P：回旋区内的压力（atm）T：煤粉在凹旋区的燃烧温度（T）K：化学反应常数

4、t：煤粉在回旋区内的停留吋间（s）2.2化学反应常数K以及煤粉在I叫旋区停留时间丫的计算煤粉颗粒的燃烧反应包含三个过程：化学反应、煤气流在颗粒表面的气膜扩散、颗粒与氧气Z家你的湍流扩散。因此，化学反应常数可表示为：1111（2）—=4FKKcKfKtKc=6.5x10’-T05-exp（-22000/T）mKf=3.7x10'/(4・pXt/273)e(4)(5)Kt=3.6x()-2-V-ppDp'Uf/Df其中:KC：化学反应速率常数（m/s）Kf：边界膜扩散速率常数（m/s）Kt：湍流扩散

5、速率常数（m/s）V：每单位体积的煤粉燃烧牛•成的煤气量（m3/kg）Uf：燃烧火焰的平均速度（m/s）Df：燃烧火焰的平均直径(m)其屮，U广Dr"0=(4匕/”沪(6)(7)(8)Vg：煤气流量(m3/s)Ws：煤粉流量(kg/s)DR：回旋区深度(m)t:煤粉在回旋区内的停留时间(s)Vf：回旋区体积(m3)其中,Vf=ttI2・Dr©+Dt・De+D；)De=Dt+2•tan<2•(9)(10)(11)(12)煤粉在回旋区的停留时间t为:(13)其中:(Vg)0：每个风口的风量(m3/s

6、)To：热风温度(K)pgb：气体的密度(kg/m3)UOb：风速(m/s)pC：焦炭的堆密度(kg/m3)DC：冋旋区处焦炭的平均粒度5)DT：风口的直径5)DE：冋旋区的高度5)a：煤粉在风口前端的扩散角，这里取13°2.3计算方法本工作的计算方法使用唐光临等［2］的计算方法，计算流程如图1所示。这里，设燃烧率初始值为1,随后进行迭代，当残差＜10-4,则计算结束，所得结果即为煤粉的燃烧率。本工作使用沙钢2500m3高炉的实际操作数据，计算了其煤粉的燃烧率。图1煤粉燃烧率计算的程序框架2.沙钢

7、2500m3高炉的煤粉燃烧率本工作根据以上半经验公式，计算了沙钢2500m3高炉煤粉的燃烧率，如图2所示。沙钢2500m3高炉煤粉的燃烧率为70-80%o宝钢根据风口取样器实际检测结果，测得煤粉在回旋区的燃烧率为70-85%[3],因此本公式的计算结果同实际结果具冇一致性。从图2中可以看出，从2009年的6刀至11刀期间，沙钢2500m3高炉的煤粉燃烧率岀现了较人幅度的下降，在分析了期间高炉操作情况的基础上，分析了煤粉燃烧率下降的原因。图22009年沙钢2500m3高炉喷煤燃烧率走势图3.沙钢25

8、00m3高炉煤粉燃烧率下降的原因煤粉的燃烧率同煤种、煤粉粒度、风温、富氧等因素关系密切。沙钢2500m3高炉从2009年开始使用烟煤，而且比例逐步提高，煤粉的粒度也在逐步改善。木工作调杏了沙钢2500m3®炉的碳氧比、风温、富氧、理论燃烧温度、碳氧比等因素，分析了其煤粉燃烧率下降的原因。如图3所示，分别为沙钢2500m3高炉的从2009年6月至11月期间的操作情况。从图中可以看出,该期间高炉的煤比逐步升高,由原来的140kg/t提升至160kg/t,C/0大幅度提高,风温逐步升高,