球團豎爐內(nèi)氣體流動規(guī)律的研究及其應用.pdf

1、“導風墻—烘干床”式球團豎爐(簡稱豎爐)是一種具有自主知識產(chǎn)權的球團礦焙燒設備，多年來在球團生產(chǎn)中占有重要地位。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的逐年增長，對球團礦的需求量劇增，豎爐因其單爐產(chǎn)量低而愈發(fā)難以適應當前鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，豎爐的高效化和大型化迫在眉睫。就基本原理而言，豎爐是散料床式氣固熱量交換裝置，球團料層與焙燒風和冷卻風在料層的孔隙中進行熱量交換，而爐內(nèi)氣體流動是影響豎爐熱量交換的主要方面，因此，研究豎爐內(nèi)各股氣流的流向、流量及其分布等流動規(guī)

2、律，對強化豎爐熱量交換、提高球團礦產(chǎn)量和質(zhì)量具有十分重要的意義。豎爐的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)、豎爐內(nèi)氣體流動和傳熱傳質(zhì)以及豎爐的產(chǎn)量是豎爐的三類典型變量。本文圍繞豎爐三類變量之間的關系，開展了相關的理論研究、實驗研究和應用研究。 圍繞豎爐結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)與爐內(nèi)氣體流動之間的關系，進行了爐內(nèi)氣體流動的數(shù)值計算和實驗驗證，得到了爐內(nèi)氣體流動的基本規(guī)律及其影響因素。結(jié)果表明，豎爐內(nèi)存在四股氣流：從噴火口噴入爐內(nèi)的焙燒風在火口附近呈放射狀，其中，

3、大部分氣流斜向上流經(jīng)焙燒帶和預熱帶，小部分氣流下行流入導風墻；從冷風口噴入爐內(nèi)的冷卻風在風口附近呈放射狀，其中，大部分氣流流經(jīng)冷卻帶進入導風墻內(nèi)，小部分流經(jīng)冷卻帶后向上流經(jīng)均熱帶在靠近導風墻側(cè)流入焙燒帶和預熱帶。四股氣流中，上行冷卻風和下行焙燒風最為不穩(wěn)定，但兩者在實際生產(chǎn)中或者發(fā)生其一，或者均不發(fā)生，于是，豎爐內(nèi)存在三種氣流分布模式，體現(xiàn)了豎爐的三種典型工況。結(jié)果還表明，豎爐的操作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和球團料層空隙率是影響爐內(nèi)氣體流動的三大

4、因素。操作參數(shù)中，流入風量比是影響氣流分布最主要的因素：當處于臨界工況時，焙燒風和冷卻風分別全部流入焙燒帶和導風墻內(nèi)；由臨界工況開始增加焙燒風量或減小冷卻風量時，冷卻風全部流入導風墻，焙燒風中，開始有少量下行流入導風墻內(nèi)，且焙燒風量增加得愈多或冷卻風量減小得愈多，則焙燒風中流入導風墻的比例愈大；由臨界工況開始減小焙燒風量或增大冷卻風量時，焙燒風全部流入焙燒帶，冷卻風中，開始有少量上行流入焙燒帶，且冷卻風量增加得愈多或焙燒風量減小得愈多，

5、則冷卻風中流入焙燒帶的比例愈大。結(jié)構(gòu)參數(shù)中，焙燒帶的寬度b1、冷卻帶的寬度b2、預熱焙燒帶的高度h1、均熱帶的高度h2及冷卻帶的高度是影響氣體流動的主要因素，其中，b2/b1、h3/h2和h1/h2增大，冷卻風上行的趨勢減小，焙燒風下行的趨勢增大。料層空隙率對氣體流動和豎爐產(chǎn)量的影響可通過爐內(nèi)粉礦對氣體流動和豎爐產(chǎn)量的影響來體現(xiàn)；空隙率的減小使得氣流通過料層的阻力增大，鼓入爐內(nèi)的焙燒風量減小，從而減小了豎爐的單爐產(chǎn)量；可通過豎爐側(cè)引風重

6、力除塵來控制豎爐粉礦，進而提高料層的透氣性，從而改善爐內(nèi)氣體流動、提高豎爐產(chǎn)量。 圍繞豎爐內(nèi)氣體流動與豎爐產(chǎn)量之間的關系，開展了豎爐內(nèi)合理氣流分布的研究，分析了爐內(nèi)合理氣流分布的內(nèi)涵及實現(xiàn)途徑。研究表明，同時滿足焙燒溫度、焙燒帶內(nèi)氧濃度和焙燒帶內(nèi)氣流分布均勻的氣流分布即為合理氣流分布，它可由充足的焙燒風和冷卻風流量以及合理的氣流分布模式來確定；根據(jù)氣固熱平衡方程和傳熱方程確定豎爐在某個產(chǎn)量下的氣固水當量比，進而確定豎爐的焙燒風和

7、冷卻風流量；由燃料和原料情況等情況確定合理的氣流分布模式；對于現(xiàn)有的豎爐，調(diào)節(jié)預熱焙燒帶高度、擴大噴火口和冷風口、優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)以及側(cè)引風重力除塵是保證爐內(nèi)風量的關鍵；調(diào)節(jié)流入風量比或增加均熱帶高度是調(diào)節(jié)氣流分布模式的兩個重要手段。 圍繞豎爐結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)與豎爐產(chǎn)量之間的關系，分析了焙燒帶寬度和火口中心線上料層高度與豎爐產(chǎn)量之間的關系，提出了豎爐結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的設計準則。研究表明，因焙燒風在焙燒帶寬度上的均勻性受焙燒帶寬度的影響

8、，豎爐產(chǎn)量并非隨焙燒帶寬度的增加而一味增加，焙燒帶寬度有一最佳值；因鼓入爐內(nèi)的焙燒風流量受火口線上料層高度的影響，豎爐產(chǎn)量不是隨火口中心線上料層高度的增加而一味增加，火口中心線上料層高度有一最佳值。豎爐結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的設計準則是：根據(jù)豎爐的焙燒工藝和經(jīng)驗數(shù)據(jù)初步確定豎爐的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，然后，根據(jù)爐內(nèi)氣體流動是否合理來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，最后，根據(jù)爐內(nèi)球團運動是否順暢來進一步調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。 圍繞豎爐內(nèi)氣體流動規(guī)律的應用，從

9、氣體流動角度，分析了目前球團豎爐的主要問題，并提出了問題的解決途徑。研究表明，豎爐的主要問題是：焙燒風流量偏小，冷卻風流量偏大、氣流分布模式不盡合理、焙燒區(qū)在靠近導風墻側(cè)和整個均熱帶氣流稀疏、漏風、烘床上生球團干燥風流量不充足且溫度低以及爐內(nèi)粉礦富集等問題。問題的解決途徑有：改助燃風調(diào)節(jié)為煤氣和助燃風雙調(diào)節(jié)、調(diào)整預熱焙燒帶高度、擴大噴火口和冷風口、優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)以及進行側(cè)引風重力除塵是保證爐內(nèi)充足焙燒風和冷卻風的關鍵；針對豎爐的不同燃料