第11卷第4期 2011年8月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
煤粉预热对高炉喷吹中煤粉燃烧行为的影响
赵俊东，王恒，杨永昌，杜辉杰，宋广懂
(北京科技大学机械工程学院，北京100083)
VoL.1I No.4 Aug.2011
摘要；通过建立数学模型，在Fluent软件的基础上结合自编程序，对不同预热温度下高炉喷吹煤粉的燃烧进行了模拟，得到了预热温度对煤粉燃烧的影响规律，模型中包含了煤粉与O2，CO2及水蒸汽的异相反应，且考虑了焦炭的燃烧反应。确定了回旋区的大小与形状，将煤粉燃烧空间划分为4个区域，对不同区域分别提出不同假设进行处理。计算结果表明，煤粉预热后进行喷吹可促进煤粉在风口前提前气化，使煤粉的燃烧区域前移，提高了煤粉在回旋区的燃
尽率；预热温度每提高50℃C，煤粉在回旋区的燃尽率平均提高2% 关键词：煤粉预热；高炉喷煤：煤粉燃烧
中图分类号：TF51 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)04-0606-07
的焦炭一方面随鼓风气流作剧烈的回旋运动，一方面也
提高高炉喷煤量的关键在于进一步提高煤粉的燃尽率"，近年来，国内外对喷吹煤粉进行预热以提高其燃尽率，德国蒂森公司、英国Scunthorpe厂、巴西 Minas-UFOP公司对喷吹煤粉预热进行了实验研究(2,3], 我国的安矿业集团采用分离式热管换热器对煤粉进行加热，也取得了较好的效果(4.5],研究结果都表明，与常规煤粉喷吹相比，煤粉预热喷吹可提高煤粉的燃尽率，增加喷吹量，降低焦比
-些学者对高炉喷吹进行过三维数值模拟，对煤粉
的燃烧其中一部分只考虑煤粉与氧的单一反应或采用混合分数模型求解组分含量(6.7]，燃烧空间的确定几乎都简单地处理为长方体或圆柱体空间(7-9，而对焦炭的处理有的只是通过额外增加当量煤粉量代替焦炭的作用或根本不考虑焦炭的作用[6周
鉴于实验研究的复杂性与局限性，本研究采用数值模拟方法对不同煤粉预热温度下的煤粉燃烧进行研究在对不同预热温度下高炉喷吹煤粉的燃烧进行三维模拟时，模型中包含了煤粉与O2.CO,及水蒸汽的异相反应，且考虑了焦炭的燃烧反应。确定了回旋区的大小与形状，并将煤粉燃烧空间划分为4个区域，对不同区域分别提出了不同的假设进行处理。
物理模型 2
图1为高炉喷吹中直吹管及回旋区内煤粉燃烧的示意图.煤粉从喷枪喷入直吹管后，在高速热风的作用下进入回整区内进行燃烧，回旋区是风口前焦炭在高速鼓风的强烈作用下形成的一个近似椭球形的空腔，其内
进行燃烧反应，该过程中煤粉的燃烧非常复杂，涉及煤粉和热风的两相流动、煤粉与热风的混合、煤粉的热解和燃烧、煤粉在回旋区的运动及煤粉与热风间的质量、动量、热量和组分交换等
Raceaay
6666668
Injection lance Hot air
Blowing pipe
Tuyere
Combustio zond
图1高炉回旋区内煤粉燃烧示意图
Fig.1 Combustion of the injected pulverized coal in
the raceway of blast furmace 数学模型
颗粒轨道模型是迄今为止在湍流两相流动与燃烧模拟中应用最广的模型(10)，它在交替求解气流连续相与颗粒相控制方程时，考虑了颗粒相对连续相的作用，能对存在颗粒蒸发、挥发及异相反应的两相流动进行模拟，具体模型方程见文献[10]，以下主要说明煤粉热解
参数及碳粒异相反应参数的确定 3.1煤粉热解参数的确定
热解速率用双方程速率模型进行描述，表1是双方程模型的参数(12)，其中第1套参数在较低温度下起主
收精日期：2011-0408，修回日期：2011-06-14
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(编号：FRF-AS-10-005B)
作者简介：赵俊东(1986-)，男，满族，河北省承德市人，硕士研究生，主要从事冶金热晚工程方面的研究与设计工作，E-mai让:sophomanzjd@126.com
王，通讯联系人，Tel:13651183395,010-62332743,E-mail:wangheng@ustb.edu.cn.