高炉回旋区喷煤燃烧过程数值模拟和优化论文

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1、分类号UDC硕士学位论文密级高炉回旋区喷煤燃烧过程数值模拟与优化NumericalSimulationandOptimizationforCombustionofInjectedPulverizedCoalintheRacewayoftheBlast11rumace作者姓学科专学院(系、指导教名：梁健国业：动力工程所)：能源科学与工程学院师：闰红杰论文答辩日期呈呈!呈：皇：}s答辩委员会主席中南大学二。一二年五月睁原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

2、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：翌塑垦日期：坐年』月三日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：、r、导师签名上鲤日期：兰生年

3、』月三日中南大学硕士学位论文摘要高炉是生铁冶炼的专用设备，其冶炼过程是钢铁企业能耗最大的环节。高炉喷煤技术是降低生产成本和维持生产稳定的重要手段，而回旋区内喷煤燃烧效果对高炉能耗及生产成本具有重要影响，因此，通过数值模拟方法全面了解回旋区内煤粉动力学特性和物理化学过程，对强化喷煤燃烧效果及提高喷煤量具有重要指导意义。本文以高炉为研究对象，针对其炼铁过程的工艺特点和结合实际生产情况，采用欧拉一拉格朗日方法描述离散相颗粒的运动，应用标准缸￡湍流模型、组分传输模型、P．1辐射模型、EBU．Arrhenius模型、扩散一动力学燃烧模型，实现了高炉回旋区喷煤燃烧过程数值模拟。以

4、煤粉燃尽率为评价指标，基于正交试验设计方案对影响煤粉燃烧过程的7个因素进行数值模拟试验研究，并进行方差显著性分析，最终得到相应因素的优化组合。本文主要结论如下：(1)高炉煤粉燃烧实验装置内气相组分及燃尽率的测试值与模拟值的相对误差均小于10％，验证了该数学物理模型的可靠性。(2)气体流速在风管嘴出口处达到最大值211．4m／s，到达回旋区边界后迅速降低，并且在死料区中非常慢，而在滴落带中相对较大。(3)小颗粒(尔70岬)跟随气相主流在回旋区内作循环流动，然后跟随气流从回旋区顶部边界逃出到滴落带并继续向上运动，而较大颗粒(d矿1001xm)直接穿透回旋区边界进入死料堆并

5、作缓慢运动。(4)煤粉在距离喷煤枪的出口截面0．4m位置开始热解析出挥发份并进行燃烧反应，其燃尽率先快速升高随后缓慢升高。同时煤粉主要聚集在回旋区底部进行燃烧而放出大量热量，使温度达到最大值2416K。煤粉粒径越小，颗粒越容易热解析出挥发份，其颗粒温度升高得越快并且燃尽率也越高，特别是粒径小于75I

6、rn的颗粒。(5)7个因素对指标的影响主次程度为：煤粉种类、喷煤量、富氧率、鼓风温度、喷枪形式、鼓风量和夹角。其中，煤粉种类、喷煤量、富氧率均有高度显著影响，鼓风温度有显著影响，喷枪形式有较显著影响，鼓风量无显著影响但有影响，夹角无显著影响。最佳优化方案为：夹角110，喷

7、煤量200kg,／t，鼓风量1950Nm3／min，风温1523K，富氧率5．O％，煤粉种类为丙煤，喷枪形式为双煤枪。关键词：高炉，回旋区，富氧喷煤，数值模拟，优化中南大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTBlast如nlaceisaspecialfacilityintheprocessofironsmelting，anditssmeltingprocessconsumesthelargestamountofenergy．PCI(pulverizedcoalinjection)technologyhasbeenrecognizedasallimportant

8、meansofcostreductionandstableoperation．111eenergyconsumptionandproductioncostsaresignificantlyinfluencedbytheeffectofpulverizedcoalcombustionintheblastfurnaceraceway,therefore，acomprehensiveunderstandingoftheaerodynamicandphysicochemicalbehaviorsofpulverizedcoalcombustionthroug