[实用新型]一种高炉喷煤模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于高炉炼铁喷煤领域。适用于模拟喷吹煤粉在高炉生产条件下的燃烧状况。

背景技术

研制模拟常规高炉直吹管内煤粉燃烧的实验装置，一直是高炉炼铁工作者渴望解决的课题。由于高炉的热风温度一般在1100℃左右，热风在直吹管内处于高速湍流运动状态，使得煤粉一旦喷入直吹管中，就以高达10⁴～10⁶℃/s速度被迅速加热，同时被高速气流携带迅速吹向风口，在直吹管中停留很短时间，约几毫秒。因此要想在实验室模拟这种高温、高速的煤粉燃烧状况极为困难。

目前，国内外大都采用两段电加热方法。即采用电阻炉将冷风(空气)加热到900℃左右，再由硅碳管炉将热风进一步加热到1100℃左右，然后在1500℃左右的高温硅碳管炉中喷入煤粉，进行煤粉燃烧的研究。两段电加热方法的实验装置的最大不足是难以同时实现热风既高温又高速的要求，即如果满足热风温度达到1100℃左右的要求，则风量不能太大，致使反应管气流不能达到湍流状态，即使缩小反应管直径勉强达到湍流状态，也会由于反应管太细、煤粉燃烧空间太小而使模拟失真；反之，如果满足热风为湍流状态这一要求，则由于过多的冷风与加热元件换热而使热风温度难以达到1100℃左右的要求。可见这类装置的关键问题是冷风与加热元件的热交换能力较差。为了满足热风温度这一主要实验参数的要求，同时保证煤粉有一定的燃烧空间，一般热风速度都较低，使得气流和煤粉都仍处在层流运动状态，且在反应管内的燃烧时间也较长，不能反映出煤粉在直吹管内与热气流强烈地进行热量、动量和质量交换的真实情况。

发明内容

本发明目的是设计与制造一种能充分反映煤粉燃烧性能的、模拟高炉喷吹煤粉的实验装置，通过发明一种模拟高炉喷吹煤粉燃烧的实验装置，实现热风既高温又高速的要求，强化冷风与加热元件的热交换能力，使煤粉燃烧过程既能反映直吹管内的情况，又能反映风口循环区的反应情形。

一种高炉喷煤模拟实验装置，由主体设备、电器控制系统、气体分析系统和计算机数据监测与处理系统四大部分组成(见附图1)。

主体设备由高压和低压部分组成(见附图2)。

(包括高压气入口1，高压阀2，高压部分3，电磁阀4，加料口5，低压气入口6，低压阀7，安全阀8，氧气预热炉9，直吹管10，高温煤粉燃烧炉11，气渣过滤装置12，电磁阀13，集气瓶14和真空泵15。高压进气口1与高压阀2的进气口通过不锈钢管螺纹连接；高压阀2的出气口与高压部分3一端螺纹连接，高压部分3的另一端与电磁阀4的进气口螺纹连接；电磁阀4出气口与不锈钢管螺纹连接；不锈钢管上有加料口5(配有密封盖)，不锈钢管与直吹管10焊接并导通；直吹管10上端与氧气预热炉9的炉管下端焊接；氧气预热炉9的炉管上端与不锈钢管焊接；直吹管10下端与高温煤粉燃烧炉11的炉管上端通过法兰连接；高温煤粉燃烧炉11的炉管下端通过法兰与下部不锈钢管连接；不锈钢管与气渣过滤装置12的上端螺纹连接；气渣过滤装置12下端与电磁阀13通过不锈钢管螺纹连接；电磁阀13的出气口与集气瓶14通过气管连接；集气瓶14通过气管与真空泵的进气口连接。

高压部分3作用相当于煤枪，其氧气压力可以达到0.3～0.5MPa，在试验过程中起到煤粉载气的作用。

低压部分由氧气预热炉9、直吹管10和高温煤粉燃烧炉11组成，其压力可达0.05～0.3MPa。氧气预热炉9可将氧气加热到热风温度。直吹管10模拟风口区域，当煤粉被快速喷入直吹管时会和热风混合、燃烧同时进入高温区域，也就是相当于风口循环区的高温煤粉燃烧炉11进一步燃烧。煤粉燃烧后所产生的废气进入一个真空取气瓶来收集。

煤粉的燃烧率(气化率)定义为煤中的C转化为CO，CO₂的百分含量，通过分析废气中的CO、CO₂、CH₄、O₂和H₂含量，并结合设备参数以及试验过程的其它参数，确定出煤粉燃烧过程中不同氧碳原子比O/C条件下的燃烧率，从而找出相应的规律。

本发明装置的优点有：结构简单，布置紧凑，操作方便，自动化程度高。可实现在线采样，分析。该设备的最大优点就是它可以使用纯氧气模拟煤粉在氧气高炉条件的燃烧，并且当煤粉中存在其它添加剂时，无分层现象发生。模拟方法准确、可靠。装置可以研究煤粉燃烧规律以及煤粉分别与为调节理论燃烧温度需要使用冷却剂和助燃剂混喷过程中对煤粉燃烧率的变化规律，同时还可以进行各种添加剂对煤粉燃烧率的影响研究。

附图说明