corex熔融化炉喷吹煤粉的燃烧行为研究.pdf

Research on Combustion Behavior of Pulverized Coal Injection into COREX Melter Gasifier A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering by Cao Xirong Supervisor: Prof. Zhang Binghuai Major: Metallurgical Engineering College of Material Science and Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2008 中文摘要 摘 要 COREX 工艺是最早实现工业化的熔融还原炼铁技术，实现了“以煤炼铁”和 “全氧炼铁”的重大突破。COREX 工艺使用块煤来冶炼，然而，块煤资源非常有 限，并且块煤在入炉之前的运输、储存和筛分等过程会产生很多粉煤，往熔融气 化炉中喷吹煤粉将可以有效解决这个问题。研究煤粉在熔融气化炉内的燃烧行为， 对COREX 喷煤技术的设计和优化有重要意义。 采用COREXC-3000 的部分设计参数，对氧口前的回旋区、理论燃烧温度以及 喷煤对熔融气化炉的影响等问题进行了计算和分析。根据相似原理，分别设计了 热态、冷态模型，对煤的粒度、挥发分、燃烧气氛以及喷入位置等影响燃烧的因 素分别进行了实验；对煤粉在熔融气化炉内的停留时间以及运动轨迹进行了分析。 采用数学模型计算了煤粉在COREX 氧口回旋区内的燃烧率。利用煤粒热解的数学 模型，计算了熔融气化炉上部喷煤时的热解速率。 实验研究表明：COREX 工艺可以将喷吹煤粉的粒度适当放宽，但必须保证-200 目所占的比例。混合粒度的煤粉喷吹时，其燃烧率、热解率明显高于按照混合比 例而加权平均计算得到的值。同样粒度时，喷吹烟煤的燃烧率、热解率都高于无 烟煤。粒度对烟煤的燃烧率和热解率影响较小，对于烟煤，只要磨到一定粒度， 就可以保证煤粉在氧口前有较高的燃烧率；对于无烟煤，增加细磨程度可以提高 燃烧率。煤粉本身也是一种促进剂，不同种类的煤粉混合后燃烧率可以提高。往 筛分所得的粉煤中加入一定比例的无烟煤，仍然可以得到较高的燃烧率和热解率。 CO、O2 浓度对燃烧率影响明显，对热解率影响较小。CO 浓度对粗粒度煤的燃烧 率影响明显，O2 浓度对细粒度煤的燃烧率影响明显。上部位置喷吹时的燃烧率和 热解率都比下部位置喷吹时的燃烧率和热解率低。COREX 工艺喷煤率达到30%是 可能的。煤的粒度是燃烧率的主要影响因素，而挥发分含量是热解率的主要影响 因素。煤的挥发分含量是影响煤粉吹出量及残煤挥发分的主要因素。由于气化炉 的几何结构引起颗粒的返混，使得颗粒在炉内的停留时间明显延长。 数学模型的计算表明：COREXC3000 喷吹煤粉的平均粒度为0.075mm，煤比 不超过125kg/t 时，燃烧率可以保持65% 以上。从上部位置喷煤时，煤中的挥发分 在0.2 秒以内就大部分析出来，余下部分要更长时间才能完全析出来，不会因残留 挥发物质而影响生产。温度、煤的粒度和挥发分含量对热解速率有明显影响。 关键词：熔融还原，COREX，喷吹，煤粉，燃烧 I 重庆大学硕士学位论文 II 英文摘要 ABSTRACT COREX process was