未燃煤粉在填充床内的分布及对料柱压差的影响.pdf

收稿日期2000 -07 -19 基金项目国家自然科学基金资助项目 599740086 作者简介李洪会 1972- , 男, 辽宁凌源人, 东北大学硕士研究生;沈峰满 1958- , 男, 黑龙江密山人, 东北大学教授, 博士生导 师;赵庆杰 1942- , 男, 北京人, 东北大学教授 2001 年 6 月 第22卷第3期 东北大学 学报 自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Jun.2 0 0 1 Vol. 22,No . 3 文章编号1005-3026 2001 03 -0303-04 未燃煤粉在填充床内的分布 及对料柱压差的影响 李洪会, 孙 亮 , 沈峰满 , 赵庆杰 东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110004 摘 要为揭示未燃煤粉在高炉块状带的分布及其对块状带压差的影响, 利用冷态填充床模 型研究得出, 空塔流速对填充床中气流压差具有较大的影响, 随空塔流速的增加压差呈线性增加 本试验条件下, 空塔流速每增加 1. 0 m/s, 压差将增加 0. 37 kPa/ m; 填充床内未燃煤粉积蓄量越多, 压差增加越大, 当积粉量为 60 kg/ m3, 压差将增加 2. 5 kPa / m; 局部的过量积粉可能导致悬料 关 键 词高炉块状带; 未燃煤粉分布; 冷态填充床模型; 料柱压差 中图分类号TF 538. 6 文献标识码A 高炉实施大量喷吹煤粉工艺过程中, 尽管人 们可以通过改善工艺 , 提高煤粉在风口前的燃烧 率 [ 1 ～ 3] ,但是在风口前或多或少总是要残留一定 量的未燃煤粉未燃尽的煤粉随煤气流一同在料 柱内上升 ,导致料柱压差增加 ,严重时甚至引起悬 料等事故以往对填充床内未燃煤粉行为的研究 多限于定性探讨 ,难以确定高炉内的最大积粉量 考虑到高炉料柱压差增加的余量有限 , 掌握料柱 压差增加量与料柱积粉量的定量关系 , 可以为高 炉接受最大积粉量提供依据本试验利用冷态模 型,使用焦炭填充床 ,根据吹入的煤粉量与压差变 化的试验数据, 定量考察了实际生产条件下影响 料柱压差及积粉量的因素 1 试验设备及方法 试验装置示于图 1, 试验时将焦炭 粒度 2. 5 ～ 8. 0 mm 填充在直径为 190 mm 高 2. 0 m 的有 机玻璃圆筒内, 填充高度 1. 2 m , 分别在料柱内高 度为 0. 1、 0. 3、 0. 5、 0. 7及 1. 0 m 处设置压力传感 器,送风量为 1. 5 m3/min 时单位填充床高度的压 差与现场值 6. 0 kPa/m 相当试验时通过改变 送风量和煤粉喷吹速率测量沿填充床纵向的压差 变化具体试验条件如表 1 所示 图 1 冷态模拟试验装置概图 Fig . 1 Cold test simulating equipment 1焦炭填充床; 2布袋除尘;3差压变送器; 4数据采集卡; 5空气泵; 6喷粉罐; 7减速机; 8电机; 9U 型管测压系统; 10储气罐; 11空气压缩机; 12阀门; 13流量计 表 1 冷态模型试验条件 Tab. 1 Test conditions in cold-state model 项 目数 值 气体流量/ m3h -1 60, 75, 90, 105 焦炭粒度 2. 5～ 6. 0 mm 与 6. 0～ 8. 0 mm 比 1/2 单位填充床高度的压差 现场值 / kPam -1 600 给粉速率/ gmin -1 60, 100, 140 2 试验结果及分析 2. 1 喷吹煤粉对料柱压差的影响 1气流中夹带未燃煤粉对料柱压差的影响 气体流量 标准状态 1. 75 m3/min,给粉速度 100 g/min, 喷粉 5 min 时的料柱压差与停止给粉 即气流中不夹带煤粉时, 以填充床的上表面 压强为基准 ,测定料柱内不同高度与上表面的压 差示于图 2从图可知 ,随高度增加压差呈增加趋 势,且气粉两相流的料柱压差增加速率较气体单 相流的增加速率大, 表明气流夹带的粉体阻碍了 气流的正常运动 ,使单位高度压差上升 图 2 气流带粉与不带粉时压差沿高度的变化 Fig. 2 The pressure drop as a function of the pressure with pulverized coal in gas flow and without it ★单相流; ○两相流 2喷粉时间对料柱压差的影响 图3 示出了在风量 标准状态 1. 5 m3/min, 给粉速率 100 g/min 时 , 料柱总压差 图 3a 和沿 高度方向分三段分压差 图 3b在持续喷吹 40 min 过程中的变化, 随喷吹时间的延长, 料柱的总 压差 0. 1～ 1. 0 m 间 和分段压差均随之增加 ,这 是由于随喷吹时间的增加 ,在填充床空隙内积滞 的未燃煤粉量增加, 导致有效空隙度下降的缘故 当填充床内积粉达到一定量时 ,最低段 0. 1～ 0. 3 m 压差将出现突然降低现象虽然中段和高段的 压差维持了缓慢增长的趋势, 但总压差却随最低 段压差的两次突变相应地出现两次急剧降低因 为填充床内积粉量增加导致压差上升 , 当积粉量 达到一定程度, 若进口压力充分大时,将冲开料柱 中某一区域积累的粉 ,出现局部管道,使该区域压 差急剧下降由此可推断 若进口压力小时高炉将 出现不接受风现象上述结果还显示了 ① 料柱中 若某段积粉量超限, 将会导致悬料 ,意味着高炉积 粉量的多寡与未燃煤粉的分布状态有关 ,如果未 燃煤粉分布均匀, 将能积蓄较多的粉量 [ 4] , 因此 设法使高炉内未燃煤粉均匀分布是实现大量喷吹 的前提,目前众多厂家提出的通过上下部调剂,使 煤气流分布合理及强调改善原料性质的操作[ 5], 均能实现煤粉的均匀分布 ,从而有助于达到大量 喷煤粉的目的 ; ② 任何段出现积粉超量 ,在该段产 生的压差变化可在总压差变化上反映出来 图 3 填充床内压差随时间的变化 Fig. 3 The pressure drop as a function of time in packed bed 料柱高度 ⊙0. 1～ 1. 0m; ○0. 5～ 0. 7 m; ★ 0. 3～ 0. 5m; ★0. 1～ 0. 3 m 2. 2 空塔流速及填充床内积粉量对料柱压差的 影响 增大空塔流速将使单位料柱压差上升, 两者 呈一定的线性关系 图 4 , 从图可知 ,空塔流速每 增加 0. 1 m/s, 含粉气流的压差平均增加 0. 37 kPa/m 图 4 空塔流速 v 对压差 Δp 的影响 Fig. 4 Gas flow superficial velocity vversus pressure drop of gas Δp 料柱高度 0. 5～ 0. 7m; ★0. 1～ 1. 0 m; ★ 0. 3～ 0. 5m; ○0. 1～ 0. 3 m 当其他条件不变时, 料柱内积粉量的多寡和 分布状态直接影响料柱的压差变化风量 标准状 态 1. 75 m3/min, 初始压差 5. 92 kPa/m , 供粉速 度 100 g/min 条件下 , 测定单位填充床积粉量随 304东北大学学报 自然科学版 第 22 卷 高度的变化由图 5 可见 ,随高度的增加轴向积粉 量减少,且下部积粉量远大于上部由于料柱内某 段积粉量超限将导致悬料 ,此种分布状况对高炉 操作极为不利, 因此应设法减轻下部积粉过多的 现象 图 5 积粉量沿高度 h 的变化 Fig. 5 The amount of stockpiled UPC as a function of height 图 6 示出了空塔流速与积粉量的关系可见 空塔流速的提高将使积粉量下降, 这是因为风速 加快 ,使煤粉在高度方向上分布较均匀些,但风量 增加的本身也带来压差上升的不良后果如果高 炉有较大的压差余量 , 才允许提高风速以改善未 燃煤粉在高度方向上的分布综合图 4 与图 6 的 结果, 可以得到积粉量与压差的关系 图 7 当积 粉量为 60 kg/m3 按体积计算约为 7. 5 , 与不 积粉相比压差将增加 2. 5 kPa/m若积粉料柱高 度为 10 m , 总压差将增加 25 kPa, 换言之, 若高炉 图 6 空塔流速 v 对积粉量 H 的影响 Fig . 6 The effect of gas flow superficial velocity on the stockpiled UPC 料柱高度 ★0. 1～ 0. 3m; ○0. 3～ 0. 5 m; ★ 0. 5～ 0. 7 m 压差增加余量只有 25 kPa, 当积粉料柱高度为 10 m 时 ,则料柱中最大积粉量不能超过 60 kg/m3 图 7 压差 ΔP 与积粉量 H 的关系 Fig . 7 The relation between gas pressure drop and stockpiled UPC 3 结 论 根据试验结果分析, 未燃煤粉在填充床内分 布及对料柱压差的影响如下 1未燃煤粉在填充床内的滞留量随高度的 增加而减少,下部积粉量远大于上部 2空塔流速对焦炭填充床 高炉块状带 的 压差具有较大的影响 , 随空塔流速的增加压差呈 线性增加当鼓风中夹带未燃煤粉时,空塔流速每 增加 1. 0 m/s,压差将增加 0. 37 kPa/m 3填充床内积粉量越多,压差增加幅度越大, 当积粉量为 60 kg/m3,压差将增加2. 5 kPa/m 4局部的过量积粉可能导致高炉悬料 参考文献 [ 1]Shen F M ,Tong W H, Liu X, et al .Effects of oxygen supply way and coal mixing on combustion efficiency of PC [ A] . ICOCI  97[ C] . Beijing The Chinese Society for Metals, 1997. 91-98. [ 2]Inaba S, Yagi J. Outlook of puiverized coal injection into a Blast Furnace[ J] .铁と钢 Tetsu -to-Hagan , 1992, 78 7 1187. [ 3]Nogami H, Miura T , Furukawa T . Simulation of transport phenomena around raceway zone in the lowerpart of blast furnace[ J] . 铁と钢 Tetsu -to-Hagan , 1992, 78 7 1222. [ 4]沈峰满, 张鹏程. 未燃煤粉在高炉内的分布[ J] .炼铁, 1999, 18 1 32-34. Shen F M , Zhang P C. Distribution of unburned pulverized coal in BF[ J] . Ironmaking , 1999, 18 1 32. [ 5]郭可中, 林成城, 陈君明. 宝钢3 号高炉操作技术进步[ J] . 炼铁, 1998, 17 2 17-20. Guo K Z,Lin C C, Chen J M .Progress of operation technology of No. 3 BF at Baoshan I the more UPC stockpiled in the packed bed, the greater the pressure drop is increased; when the stockpiled UPC reached 60 kg/ m3, the pressure drop would be increased 2. 5 kPa/m;local excessive stockpiled UPC maybe resulted in the hanging problem. Key wordslumpy zone in blast furnace; distribution of unburned pulverized coal; cold-state packed bed;pressure drop of gas Received July 19, 2000 待发表文章 摘 要 预 报 高炉煤粉喷吹系统的动态辨识 刘克显 , 王玉涛 , 王 师 高炉煤粉喷吹是一个时变、非线性复杂系统, 采用常规方法无法建立起精确的数学模型通过对煤粉喷吹系统的研 究, 提出一种带可调因子的模糊神经网络 AFNN, 它通过调节可调因子的大小, 实现喷吹对象的动态辨识实验结果表 明, 该网络具有快速的学习能力, 较强的自适应性 无损耗电阻器的端口特性及应用研究 吴建华 , 殷洪义 , 徐心和 对无损耗电阻器的特性和功能进行了分析和探讨, 建立了无损耗电阻器的数学模型和应用算法, 并用无损耗电阻器 代替电路中的电阻器, 实现了动态电路的特性校正, 大大减少了电路的能量损耗实验结果验证了特性分析和算法的正 确性, 说明了无损耗电阻器可用于各类电系统及自动控制系统 基于 D-S 理论与嵌入式传感器的发电机温度监控与故障诊断 杜庆东 , 徐凌宇 , 赵 海 在水电站的故障监控与报警系统中一般都采用实时采集传感器数据并进行处理分析的方法, 这不仅增加了通信的 负担而且由于恶劣的电磁环境也容易造成数据的误传; 为了克服这些缺点, 提出了一种采用嵌入式传感器与数据融合理 论相结合的故障监控与诊断的方案, 并且在吉林丰满水电站的发电机线圈温度的监控系统中得到了实际应用, 取得了较 好的效果 虚拟企业中多媒体信息的混沌加密方法 王丽娜 , 于 戈 , 梅 哲 论述了混沌加密原理, 设计了混沌加密算法, 分析了混沌加密的效率及安全性提出混沌加密是非常有效的加密方 法对使用 Java 实现虚拟企业中信息的混沌加密的一些技术问题做了讨论和处理混沌加密算法是对称加密算法, 使用 RSA 算法来保护混沌加密密钥 306东北大学学报 自然科学版 第 22 卷