專利名稱：一種高爐噴煤模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高爐煉鐵噴煤領(lǐng)域。適用于模擬噴吹煤粉在高爐生產(chǎn)條件下的燃燒狀況。
背景技術(shù)：
研制模擬常規(guī)高爐直吹管內(nèi)煤粉燃燒的實驗裝置， 一直是高爐煉鐵工作者渴望解決的課
題。由于高爐的熱風(fēng)溫度一般在110(TC左右，熱風(fēng)在直吹管內(nèi)處于高速湍流運動狀態(tài)，使得 煤粉一旦噴入直吹管中，就以高達(dá)104 106°C/s速度被迅速加熱，同時被高速氣流攜帶迅速 吹向風(fēng)口，在直吹管中停留很短時間，約幾毫秒。因此要想在實驗室模擬這種高溫、高速的 煤粉燃燒狀況極為困難。
目前，國內(nèi)外大都采用兩段電加熱方法。即采用電阻爐將冷風(fēng)(空氣)加熱到90(TC左右， 再由硅碳管爐將熱風(fēng)進(jìn)一步加熱到IIO(TC左右，然后在150(TC左右的高溫硅碳管爐中噴入煤 粉，進(jìn)行煤粉燃燒的研究。兩段電加熱方法的實驗裝置的最大不足是難以同時實現(xiàn)熱風(fēng)既高 溫又高速的要求，即如果滿足熱風(fēng)溫度達(dá)到110(TC左右的要求，則風(fēng)量不能太大，致使反應(yīng) 管氣流不能達(dá)到湍流狀態(tài)，即使縮小反應(yīng)管直徑勉強(qiáng)達(dá)到湍流狀態(tài)，也會由于反應(yīng)管太細(xì)、 煤粉燃燒空間太小而使模擬失真；反之，如果滿足熱風(fēng)為湍流狀態(tài)這一要求，則由于過多的 冷風(fēng)與加熱元件換熱而使熱風(fēng)溫度難以達(dá)到IIO(TC左右的要求?？梢娺@類裝置的關(guān)鍵問題是 冷風(fēng)與加熱元件的熱交換能力較差。為了滿足熱風(fēng)溫度這一主要實驗參數(shù)的要求，同時保證
煤粉有一定的燃燒空間， 一般熱風(fēng)速度都較低，使得氣流和煤粉都仍處在層流運動狀態(tài)，且 在反應(yīng)管內(nèi)的燃燒時間也較長，不能反映出煤粉在直吹管內(nèi)與熱氣流強(qiáng)烈地進(jìn)行熱量、動量 和質(zhì)量交換的真實情況。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計與制造一種能充分反映煤粉燃燒性能的、模擬高爐噴吹煤粉的實驗裝 置，通過發(fā)明一種模擬高爐噴吹煤粉燃燒的實驗裝置，實現(xiàn)熱風(fēng)既高溫又高速的要求，強(qiáng)化 冷風(fēng)與加熱元件的熱交換能力，使煤粉燃燒過程既能反映直吹管內(nèi)的情況，又能反映風(fēng)口循 環(huán)區(qū)的反應(yīng)情形。
一種高爐噴煤模擬實驗裝置，由主體設(shè)備、電器控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)和計算機(jī)數(shù)據(jù) 監(jiān)測與處理系統(tǒng)四大部分組成(見附圖1)。
主體設(shè)備由高壓和低壓部分組成(見附圖2)。 (包括高壓氣入口 1，高壓閥2，高壓部分3，電磁閥4，加料口5,低壓氣入口6，低壓閥7，安全閥8，氧氣預(yù)熱爐9,直吹管10，高溫煤粉燃燒爐11,氣渣過濾裝置12,電磁閥13， 集氣瓶14和真空泵15。高壓進(jìn)氣口 1與高壓閥2的進(jìn)氣口通過不銹鋼管螺紋連接；高壓閥2 的出氣口與高壓部分3 —端螺紋連接，高壓部分3的另一端與電磁閥4的進(jìn)氣口螺紋連接； 電磁閥4出氣口與不銹鋼管螺紋連接；不銹鋼管上有加料口5 (配有密封蓋)，不銹鋼管與直
吹管10焊接并導(dǎo)通；直吹管10上端與氧氣預(yù)熱爐9的爐管下端焊接；氧氣預(yù)熱爐9的爐管
上端與不銹鋼管焊接；直吹管IO下端與高溫煤粉燃燒爐11的爐管上端通過法蘭連接；高溫 煤粉燃燒爐11的爐管下端通過法蘭與下部不銹鋼管連接；不銹鋼管與氣渣過濾裝置12的上 端螺紋連接；氣渣過濾裝置12下端與電磁閥13通過不銹鋼管螺紋連接；電磁閥13的出氣口 與集氣瓶14通過氣管連接；集氣瓶14通過氣管與真空泵的進(jìn)氣口連接。
高壓部分3作用相當(dāng)于煤槍，其氧氣壓力可以達(dá)到0.3 0.5MPa，在試驗過程中起到煤粉 載氣的作用。
低壓部分由氧氣預(yù)熱爐9、直吹管IO和高溫煤粉燃燒爐11組成，其壓力可達(dá)0.05 0.3MPa。 氧氣預(yù)熱爐9可將氧氣加熱到熱風(fēng)溫度。直吹管10模擬風(fēng)口區(qū)域，當(dāng)煤粉被快速噴入直吹管 時會和熱風(fēng)混合、燃燒同時進(jìn)入高溫區(qū)域，也就是相當(dāng)于風(fēng)口循環(huán)區(qū)的高溫煤粉燃燒爐ll進(jìn) 一步燃燒。煤粉燃燒后所產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入一個真空取氣瓶來收集。
煤粉的燃燒率(氣化率)定義為煤中的C轉(zhuǎn)化為CO， C02的百分含量，通過分析廢氣中 的CO、 C02、 CH4、 02和H2含量，并結(jié)合設(shè)備參數(shù)以及試驗過程的其它參數(shù)，確定出煤粉 燃燒過程中不同氧碳原子比O/C條件下的燃燒率，從而找出相應(yīng)的規(guī)律。
本發(fā)明裝置的優(yōu)點有結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，操作方便，自動化程度高。可實現(xiàn)在線采 樣，分析。該設(shè)備的最大優(yōu)點就是它可以使用純氧氣模擬煤粉在氧氣高爐條件的燃燒，并且 當(dāng)煤粉中存在其它添加劑時，無分層現(xiàn)象發(fā)生。模擬方法準(zhǔn)確、可靠。裝置可以研究煤粉燃 燒規(guī)律以及煤粉分別與為調(diào)節(jié)理論燃燒溫度需要使用冷卻劑和助燃劑混噴過程中對煤粉燃燒 率的變化規(guī)律，同時還可以進(jìn)行各種添加劑對煤粉燃燒率的影響^F究。


圖l高爐噴煤模擬實驗裝置組成示意圖。 圖2主體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
l一高壓氣入口， 2 —高壓閥，3 —高壓部分，4一電磁閥，5-加料口，6 —低壓氣入口， 7 一低壓閥，8 —安全閥，9一氧氣預(yù)熱爐，10—直吹管，ll一高溫煤粉燃燒爐，12—氣渣過濾裝 置,13 —電磁閥，14一集氣瓶。15 —真空泵具體實施方式
實施例1
將粒度為63lim煤粉，放入烘箱中，在105'C溫度烘干2小時，然后進(jìn)行取樣稱重。每份 樣品的重量分別為150 mg。
實驗開始前首先對煤粉燃燒實驗裝置進(jìn)行系統(tǒng)密閉性檢驗，對整個系統(tǒng)用氮氣進(jìn)行充壓， 使其壓力達(dá)到0.2MPa，且能保持10分鐘，方可進(jìn)行試驗設(shè)備升溫測試。將氧氣預(yù)熱爐升溫 度至110(TC，同時將煤粉燃燒爐升溫到1500。C。
裝入試樣前，先用氧氣將設(shè)備的各個部位進(jìn)行清掃，確保整個系統(tǒng)都為氧氣，將氣體取 氣瓶抽成真空，并與燃燒廢氣體出口聯(lián)結(jié)。將高壓部位充壓至0.4MPa，將稱重后的煤粉樣品 加入樣品加入孔，然后將加入孔的開關(guān)關(guān)閉。將低壓部位充壓至0.2MPa。按下設(shè)備的試驗開 始開關(guān)后，電磁閥a和b同時打開，燃燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過耐熱纖維過濾墊，進(jìn)入取氣瓶。將 取氣瓶中的氣體進(jìn)行化學(xué)分析，測定出廢氣中CO， C02， H2， 02含量。根據(jù)廢氣中的各項氣 體成分以及煤的元素分析成分，即可計算出煤粉燃燒率與0/C原子比Ao/c,結(jié)果如下
7 = 7 8.5%， A0/c=2,5。
權(quán)利要求1. 一種高爐噴煤模擬實驗裝置，由主體設(shè)備、電器控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)和計算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測與處理系統(tǒng)四大部分組成，其特征是主體設(shè)備由高壓和低壓部分組成，包括高壓氣入口(1)，高壓閥(2)，高壓部分(3)，電磁閥(4)，加料口(5)，低壓氣入口(6)，低壓閥(7)，安全閥(8)，氧氣預(yù)熱爐(9)，直吹管(10)，高溫煤粉燃燒爐(11)，氣渣過濾裝置(12)，電磁閥(13)，集氣瓶(14)和真空泵(15)；高壓進(jìn)氣口(1)與高壓閥(2)的進(jìn)氣口通過不銹鋼管螺紋連接；高壓閥(2)的出氣口與高壓部分(3)一端螺紋連接，高壓部分(3)的另一端與電磁閥(4)的進(jìn)氣口螺紋連接；電磁閥(4)出氣口與不銹鋼管螺紋連接；不銹鋼管上有加料口(5)，不銹鋼管與直吹管(10)焊接并導(dǎo)通；直吹管(10)上端與氧氣預(yù)熱爐(9)的爐管下端焊接；氧氣預(yù)熱爐(9)的爐管上端與不銹鋼管焊接；直吹管(10)下端與高溫煤粉燃燒爐(11)的爐管上端通過法蘭連接；高溫煤粉燃燒爐(11)的爐管下端通過法蘭與下部不銹鋼管連接；不銹鋼管與氣渣過濾裝置(12)的上端螺紋連接；氣渣過濾裝置(12)下端與電磁閥(13)通過不銹鋼管螺紋連接；電磁閥(13)的出氣口與集氣瓶(14)通過氣管連接；集氣瓶(14)通過氣管與真空泵的進(jìn)氣口連接。
專利摘要一種高爐噴煤模擬實驗裝置，屬于高爐煉鐵噴煤領(lǐng)域。用于模擬噴吹煤粉在高爐生產(chǎn)條件下的燃燒狀況。裝置由主體設(shè)備、電器控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)和計算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測與處理系統(tǒng)四大部分組成。高壓進(jìn)氣口(1)與高壓閥(2)的進(jìn)氣口通過不銹鋼管螺紋連接；高壓閥(2)的出氣口與高壓部分(3)一端螺紋連接，高壓部分(3)的另一端與電磁閥(4)的進(jìn)氣口螺紋連接；電磁閥(4)出氣口與不銹鋼管螺紋連接。本實用新型優(yōu)點是模擬方法準(zhǔn)確、可靠。裝置可以研究煤粉燃燒規(guī)律以及煤粉分別與為調(diào)節(jié)理論燃燒溫度需要使用冷卻劑和助燃劑混噴過程中對煤粉燃燒率的變化規(guī)律，同時還可以進(jìn)行各種添加劑對煤粉燃燒率的影響研究。
文檔編號C21B5/00GK201258335SQ20072019057
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者張建良, 張曦東, 楊天鈞, 郝占忠 申請人:北京科技大學(xué)