Research and Application of Internal Combustion Coal-Oxygen Burner for Fluxing in EAF

The investigation shows that using internal combustion coal-oxygen burner for the intensification of melting in EAF is feasible.Internal combustion coal-oxygen burner is better than external combustion coal-oxygen burner in the performance and energy saving of the process.Electrical consumption is decreased by 40 kW ? h/t,melting time is shortened by 18 min.The application of internal combustion coal-oxygen burner has a significant effect on decreasing EAF energy consumption.

Investigation on Coal-Oxygen Scrap Melting Process

Investigation on the coal-oxygen scrap melting process shows that using internal-combustion coal-oxygen burner to melt scrap is feasible. Among four types of coal-oxygen furnaces-oxygen burner melting furnace is better than other types on the quotas of process. The metal yield is 95%～97%, the melt down carbon and sulphur contents are >1.0% and <0.080% respectively for this melting furnace. The coal-oxygen scrap melting process would have a significant effect on the technological transformation of EAF and BOF in China.

高炉富氧鼓风技术发展现状简析

高炉富氧鼓风技术取得了明显进展,如新型氧煤枪、SIP等先进高比例富氧技术的推广应用,而面临的难题主要是,高比例富氧后,高炉呈现“上冷下热”和边沿气流发展等状况,影响高炉稳定顺行。2020年,新疆八钢开启氧气高炉冶炼实践,第一阶段实现35%高富氧冶炼目标,第二阶段试验将引入欧冶炉CO_(2)脱除后的煤气,打通煤气循环的工艺流程,实现50%的超高富氧技术突破。展望未来,高炉发展方向是富氧率、喷煤量不断提高,并逐渐步人高富氧大喷煤的背景中,最终走向全氧高炉冶炼。

SO_2对碳捕集过程影响的实验研究

采用新型混合有机胺CO2吸收剂,在捕集CO2中试实验台上进行长期稳定运行实验,研究SO2对碳捕集过程的影响。实验结果表明,SO2、胺吸收剂的氧化和热降解导致CO2脱除效率随着循环反应时间的增加而逐步降低,其中SO2是主要影响因素。在O2存在的条件下,SO2浓度越高,CO2脱除效率下降越快。随着SO2不断地被胺吸收剂吸收,一方面促进了热稳定性盐的生成,另一方面使吸收剂溶液的pH值逐步降低,最终使得CO2脱除效率越来越低。与此同时,越来越多的SO42-和SO32-占据了胺吸收剂的反应位,使其与CO2的吸收反应形成竞争关系,致使CO2负载量逐步降低,以至于影响到吸收解吸过程的稳定性。采用有效的方法适时的清除SO2导致的热稳定性盐,有利于碳捕集系统吸收解吸性能的提高。

多喷嘴对置式水煤浆气化炉内颗粒物分布特性的实验研究

颗粒物在气化炉内的分布对合成气成分、碳转化率和壁面熔渣的沉积行为具有重要影响。基于实验室规模的多喷嘴对置式水煤浆气化炉,利用Malvern激光粒度仪和扫描电镜/能谱仪表征了气化炉内颗粒物的粒径分布和组成,并结合碳含量分析了不同氧碳比、气化炉不同轴向位置颗粒物的形成过程。结果表明,气化炉内存在两种不同微观形态的细颗粒物和粗颗粒物。随着氧碳比的增大,沿气化炉轴向向下,颗粒物的平均粒径和固定碳含量均减小,而细颗粒物的含量增加。水煤浆的热解过程主要发生在撞击火焰区,而焦炭的燃烧气化反应不仅发生在撞击火焰区,也发生在管流区,二者消耗的固定碳量之比约为2:1。

氧气高炉新型氧煤燃烧器设计参数对风口区流场影响数值模拟

氧气高炉通过向风口回旋区喷吹煤粉以及脱除CO_2的循环高炉煤气,可有效降低CO_2排放。运用CFD商业软件,建立风口回旋区三维模型,针对氧气高炉所设计的新型燃烧器中氧煤枪数量及其与直吹管所呈角度和空间物理位置对风口回旋区流场的影响进行数值模拟。研究结果表明：采用单支氧煤枪操作,当其位于直吹管上部时,煤气流速度随喷吹角度由7°～15°变化时逐渐减小,且夹角为9°较为适宜,当其位于下部时,随着夹角越大,对风口回旋区深度增加越有利;采用双氧煤枪操作,当其在直吹管上下、左右分布时,夹角分别为11°和13°较合理;当单支氧煤枪位于直吹管上方且夹角为9°、距离d为75 mm时能较好地促进风口回旋区深度增加并保持足够的鼓风动能。

煤粉高温富氧无油点火实验研究

提出了一种利用高温氧气与高浓度煤粉气流直接混合点燃煤粉，进而实现煤粉燃烧器点火的无油点火方式，并设计了一种煤粉高温富氧无油点火装置．以此为基础，搭建了煤粉高温富氧无油点火装置实验系统，对煤粉燃烧器的高温富氧无油点火进行了分析和研究．结果表明，当氧气加热温度超过750℃后，在设计工况条件下，利用高温氧气可以顺利安全地实现点火装置的点火，提高一次风煤粉浓度和风温，提高高温氧气风量，降低一次风速皆有利于煤粉气流的着火和燃烧；煤粉浓度对流场火焰温度的影响最大，在测试范围内（0．2～1．2），流场火焰温度变化可达近800℃；一次风温对氧气所需的加热温度的影响最大，在测试范围内（10～250℃），氧气所需的加热温度变化可达450℃以上；在氧气加热温度相对不足的条件下，在点火过程中则应注意防止“爆燃”现象的发生．

全氧煤粉低氧浓度燃烧动力学参数的热重实验

利用热重分析仪研究了四种煤粉在低氧惰性气氛（即O2/CO2）下的着火特性、燃尽特性.实验在O2体积分数为7.5％～20％,升温速率20℃·min-1条件下进行.通过对Arrhenius和Coats-Redfern方程进行最小二乘法的二元一次线性回归,求得煤粉在不同低氧浓度下的动力学参数.结果表明：随着O2体积分数降低,着火温度基本不变,燃尽温度增大;活化能、指前因子和反应级数都随着O2体积分数降低而不同程度地减小;活化能和指前因子之间存在补偿效应,计算可得等动力学温度和反应速率常数;当O2体积分数小于12.5％,随O2体积分数减小,煤粉的反应速率常数随反应温度增大而增大的趋势越来越平缓.

煤粉高温富氧无油点火实验和数值模拟研究

提出了利用高温氧气与高浓度煤粉气流直接混合来实现煤粉气流点火的无油点火方式,采用煤粉高温氧气无油点火实验装置对煤粉气流的高温氧气无油点火过程进行了研究,利用数值模拟方法对该点火装置的流场特性进行了分析.结果表明:当氧气加热温度超过750℃后,设计工况条件下利用高温氧气可以顺利安全地实现煤粉气流的点火;提高一次风温度、增大一次风煤粉浓度及高温氧气风量或减小一次风速度有利于煤粉气流的着火和燃烧;煤粉气流在点火装置中心管喷口正前方首先开始着火,流场平均温度可达2 000K以上,最高温度超过3 000K,温度最高的区域位于中心管轴线的两侧.

基于在线运行参数预测锅炉NO_x排放浓度

为获得通用性较好的预测锅炉NOx排放浓度的经验关系式,以某电厂1台330 MW机组锅炉为研究对象,基于锅炉在线运行参数和NOx排放浓度测量值,采用多元线性回归方法,对锅炉NOx排放浓度与主要运行参数之间的相关性进行分析。研究结果表明,机组负荷、锅炉运行氧量、各层燃烧器热负荷对NOx排放浓度的作用均非常显著,它们是NOx排放浓度的主要影响因素。根据研究结果建立了预测锅炉NOx排放浓度的经验关系式,NOx排放浓度预测值与实测值的偏差大多在10%范围内,结果良好,表明基于在线运行参数预测锅炉NOx排放浓度的经验关系式具有工程应用价值。

适应山西及我国高灰熔点劣质煤煤气化技术的开发

为解决高灰熔点劣质煤占的化工利用,开发了多喷嘴分级给氧气化技术(JE炉),给出了技术原理、关键技术及设计技术指标,并对技术开发情况进行了详尽介绍。

不同试验规模的富氧煤粉燃烧研究进展

分析总结了不同规模燃烧试验装置上获得的富氧煤粉燃烧研究成果及进展,并对今后富氧煤粉燃烧的发展进行了展望。实验室规模研究表明,在相同O2浓度条件下O2/CO2气氛煤粉燃烧气体和颗粒温度比O2/N2气氛低,燃尽时间延长,但提高O2浓度可明显改善煤粉着火及燃烧特性。中试规模研究表明,再循环烟气比例、一、二次风O2浓度和二次风预热温度对富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性有重要影响。要达到与空气煤粉燃烧相匹配的燃烧与传热效果,O2/CO2气氛中O2浓度一般在27%～35%,此值主要与煤种有关。

五孔探针计算机测定系统及氧煤枪三维流场试验

开发了基于五孔球形探针测速法的三维流场计算机测量系统，并将其应用于一系列新型氧煤枪流场测量．该系统具有简单、方便、快速、精度高等特点．对ＧＹ－Ｂ１型高炉氧煤枪的流场测定分析表明，直吹管内各截面上的轴向速度类似高斯分布；氧煤枪出口附近的动量、质量交换激烈，有助于氧，煤的混合和燃烧．

煤氧炼钢工艺的试验研究

通过考察氧煤比（Ｏ／Ｃ）、煤氧枪枪位（Ｈ）、底吹气大小（Ｇ）、熔清碳［Ｃ］高低等４个因素对煤氧炼钢各工艺指标的影响，得到最佳的工艺参数为；Ｏ／Ｃ＝１．８ｍ３／ｋｇ，Ｈ＝２００ｍｍ，Ｇ＝６ｄｍ３／ｍｉｎ，［Ｃ」≥２．０％。在此工艺参数范围，冶炼时间为１４ｍｉｎ，金属收得率为９２．６％，脱［Ｐ］率为６０％，脱［Ｓ］能力与复吹转炉相当，钢中［Ｏ］、［Ｎ］、［Ｈ］含量符合炼钢标准。试验结果表明，采用煤氧枪炼钢，工艺是可行的。

一次氧化剂O_2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40%和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9%时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6%、10.0%和5.5%时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.

初始氧浓度对纵置煤粉炉组分及温度场影响的数值研究

在O2/CO2燃烧方式下,对设计的0.3 MW纵置炉在4组初始氧浓度Φ(O2=21%,30%,35%,40%)工况下的燃烧室内的组分场和温度场分布进行了数值研究。计算结果表明:随着初始氧浓度的提高,炉膛出口烟气中的CO和CO2平均浓度相应降低,各工况下炉膛出口CO2浓度都在87%以上;炉膛出口NO平均浓度先增加后降低。随着初始氧浓度的提高,炉内的火焰温度水平逐渐提高。在Φ=21%工况下,炉膛尾部平均温度较低,而在Φ=40%工况下,炉膛尾部温度偏高,在Φ=30%工况下,炉膛中心截面温度比较均匀。

富氧方式对煤粉燃烧性能影响的研究

通过几种同轴氧煤枪以及鼓风富氧、不富氧单煤枪的喷吹煤粉燃烧试验研究得出:与鼓风富氧单煤枪相比,采用氧煤枪有较高的煤粉燃烧率,其中四枪有更高的煤粉燃烧率;因氧煤枪前有明显的降温现象,所以当风温低于900℃时,不利于煤粉的燃烧;采用氧煤枪时,风口半径中部的煤粉燃烧率和CO+CO^2值要比风口中心的高。

煤氧熔化废钢的试验研究

煤氧熔化废钢的热态试验表明，煤氧枪熔化废钢的试验工艺是可行的。四种工艺中，采用坚炉、炉壁侧煤氧枪加二次燃烧的d型工艺的技术指标最好。此类工艺的开发具有较大现实意义。

高炉喷吹煤粉的理论研究

给出了置换比与煤粉燃烧率之间的定量关系式，以高炉所允许的最低煤粉燃烧率 ηｍ ｉｎ 为依据，明确地提出了最佳喷吹位置（氧煤燃烧器的位置），在具体的生产条件下高炉所允许的最高煤比和最佳煤比的概念 对各种型式的氧煤燃烧器进行了比较，认为双枪螺旋式氧煤燃烧器和同轴双螺旋式氧煤枪优于其它类型的氧煤枪

直流燃烧器参数对氧煤燃烧特性的影响

以Φ200 mm×2 m的火焰炉为对象,借助软件FLUENT研究了在O_2/CO_2气氛下燃烧器射流动量比和射流间距的改变对炉内流场特性和燃烧特性的影响.结果表明:当射流动量比由28增至66时,烟气内循环率峰值呈现先增大后减小的趋势,混合区烟气内循环率的整体水平是在射流动量比为48时最大;随着射流间距的增大,Oxz轴面回流区向下游偏移,且氧气质量分数高于10%的区域逐渐缩小,燃烧峰值有所降低,当射流间距增至75mm时,Oxz轴面回流区的范围明显缩小,反应区氧气体积分数回升,使得燃烧峰值升高.同轴射流方式下的燃烧峰值最高,约2 200K,仅当射流间距为60mm工况下的炉膛燃烧最大温升小于煤粉的着火温度(790 K),即可实现氧煤MILD(moderate or intensive low oxygen dilution,温和)燃烧.