[发明专利]模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置

说明书

本发明提供了一种模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置，包括依次连通且同轴布置的高温气体产生单元、高温气体加速单元、喷吹燃料燃烧单元和尾气冷却净化单元。高温气体产生单元对高炉喷吹热风和其含氧量进行模拟；高温气体加速单元对热风速度进行模拟；喷吹燃料燃烧单元对燃料在高炉中喷吹过程进行模拟；尾气冷却净化单元对烟气进行冷却和净化。本发明可以真实模拟高炉喷吹过程，反应高炉喷吹燃料在风口的实际燃烧状况，利于分析喷吹燃料在风口回旋区的特征及其变化规律，实现生产过程的对风口回旋区燃烧行为的准确控制；并根据模拟结果对喷吹工艺参数进行不断调控，为高炉喷吹提供合理的工艺参数，对高炉喷吹的实际生产具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置。

背景技术

高炉喷吹煤粉是目前钢铁企业缓解焦煤资源短缺、降低焦比和生产成本的重要措施，是世界炼铁技术的发展的主流趋势。研究和生产实践已经证明，高炉喷吹辅助燃料可以替代高炉冶炼过程消耗焦炭量的30％甚至更多；因此，高炉喷吹燃料在有效降低吨铁生产成本的同时也可以增加吨铁煤气量，改善钢铁联合生产企业的能源供应问题，提高企业经济效益，减轻环境压力。高炉喷吹煤粉的种类也由传统的优质无烟煤逐渐发展为烟煤、无烟煤、贫瘦煤、兰炭以及提质煤等混合喷吹。如何提升高炉喷吹煤粉等燃料在风口前的燃烧率是衡量不同种类燃料性能优劣和评价高炉风口燃烧状况好坏的重要指标，强化喷吹燃料在风口前的燃烧时高炉进行冶炼的重要工作。

高炉喷吹的煤粉等燃料在风口前的燃烧过程十分复杂，是在高温、高压、湍流状态下的气固燃烧反应。高炉生产现场对煤粉等喷吹燃料在风口实际燃烧状况进行测定，尤其是对风口回旋区的控制难度很大；当前对于煤粉在风口前燃烧状况的确定基本都是模型计算，一般通过数值模拟仿真或者高炉除尘灰中碳含量(岩相分析)来计算喷吹煤粉等燃料在风口前的燃烧率。由于缺少实验验证，这些计算的结果不能真实反映高炉喷吹燃料在风口的实际燃烧状况。特别是在目前钢铁行业实施“双碳”战略的情况下，富氢煤气喷吹对高炉喷吹煤粉等固体燃料燃烧行为的影响还未见有相关的实验方法和装置能够检测。因此，研制一种高炉喷吹不同燃料燃烧模拟实验方法及装置，是实现提升高炉喷吹燃料在风口前的燃烧效率、提升燃料喷吹量、强化高炉冶炼和降低高炉冶炼焦比和生产成本的关键。

有鉴于此，有必要设计一种改进的模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置，通过模拟高炉热风的喷吹量、温度、含氧量和热风速度，实现对高炉风口小套和风口回旋区内喷吹燃料燃烧过程的模拟，并对得到的高温尾气进行降温、净化和烟气成分检测。本发明具有实验结果准确、结构简单、操作方便、调节灵活、运行稳定的特点；可真实模拟高炉喷吹全过程，反应高炉喷吹燃料在风口的实际燃烧状况，利于分析喷吹燃料在风口回旋区的特征及其变化规律，实现生产过程对风口回旋区燃烧行为的准确控制；并根据模拟结果对喷吹工艺参数进行不断调控，为高炉喷吹提供合理的工艺参数，对高炉喷吹的实际生产具有重要的指导意义。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验方法及装置，其中，模拟高炉喷吹燃料燃烧的实验装置，包括依次连通且同轴布置的高温气体产生单元、高温气体加速单元、喷吹燃料燃烧单元和尾气冷却净化单元；所述高温气体产生单元设置热风输送单元以及吹氧单元，实现对高炉喷吹热风和热风的含氧量的模拟；所述高温气体加速单元实现对高炉热风速度的模拟；所述喷吹燃料燃烧单元设置固体燃料喷吹装置和气体燃料喷吹装置，实现对固体燃料和气体燃料在高炉中喷吹过程的模拟；所述尾气冷却净化单元对高温烟气进行冷却和净化；

所述高温气体产生单元产生的高温高压含氧气体输送至所述高温气体加速单元进行加速，得到的高温高速含氧气体输送至所述喷吹燃料燃烧单元，与喷吹的燃料固体和气体燃料接触燃烧，得到的高温烟气进入所述尾气冷却净化单元中冷却并净化。