本文關(guān)鍵詞： 廢氣循環(huán)燒結(jié) 質(zhì)熱傳輸 實(shí)驗(yàn)研究 數(shù)值模擬 工業(yè)應(yīng)用　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：燒結(jié)工藝是目前最重要的生產(chǎn)人造富鐵礦的造塊技術(shù)之一,其目的是把精礦粉在高溫下熔結(jié)成礦塊,以作為高爐煉鐵的原料使用。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中,人們發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過(guò)選礦、燒結(jié)處理的人造富鐵礦相比于天然礦石,其鐵含量更高、孔隙率更大、更易還原、有害雜質(zhì)更少、含堿性熔劑等優(yōu)點(diǎn),能顯著地提高高爐生產(chǎn)率,降低焦比,在世界上得到了廣泛地應(yīng)用。與傳統(tǒng)的冷風(fēng)和熱風(fēng)燒結(jié)工藝相比,廢氣循環(huán)燒結(jié)工藝不僅可以將更多的環(huán)冷機(jī)冷卻熱風(fēng)用于發(fā)電,同時(shí)還可顯著降低燒結(jié)機(jī)本身的煙氣排放量,是同時(shí)具備節(jié)能和減排雙重效益的新技術(shù)之一,已受到世界各國(guó)鋼鐵界的高度重視。但是該技術(shù)也會(huì)帶來(lái)一些直接變化,如助燃?xì)鉁囟壬?物理熱增大,用量隨之減�。恢�?xì)釵2含量降低,CO2含量升高并含有微量CO；煙氣中的塵埃雜質(zhì)和SOx等污染物回流到燒結(jié)料層中等。上述變化必將改變傳統(tǒng)燒結(jié)過(guò)程中的物理化學(xué)反應(yīng),并進(jìn)而影響燒結(jié)煙氣的排放規(guī)律及工藝的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。為充分論證廢氣循環(huán)燒結(jié)工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì),本文以國(guó)內(nèi)某公司的430m2廢氣循環(huán)燒結(jié)系統(tǒng)為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了循環(huán)氣體對(duì)燒結(jié)燃燒特性的影響,在熱重和燒結(jié)杯等機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了包含水分遷移、焦炭燃燒、熔劑分解、鐵氧化物還原與再氧化、礦物熔化與固結(jié)、氣相組分間反應(yīng)等復(fù)雜物理化學(xué)變化的燒結(jié)質(zhì)熱耦合傳輸過(guò)程數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)優(yōu)化研究,進(jìn)而將數(shù)值模擬研究成果指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn),取得了良好的應(yīng)用效果。綜合本文所作工作,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1)研究了三種重要的燒結(jié)用原料的化學(xué)反應(yīng)特性�；跓嶂貙�(shí)驗(yàn),不僅全面分析了不同反應(yīng)條件下焦炭、石灰石和白云石等三種燒結(jié)用原料的失重曲線,采用Flynn-Wall-Ozawa法計(jì)算了樣品的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),還量化了反應(yīng)氣氛和粒度對(duì)反應(yīng)起始溫度Tini、活化能Er和指前因子Ar的影響。本文對(duì)上述反應(yīng)特性參數(shù)的針對(duì)性測(cè)定,有效避免了以往燒結(jié)過(guò)程模擬研究中參數(shù)來(lái)源雜、取值過(guò)于經(jīng)驗(yàn)化的弊端,為本文后續(xù)開(kāi)展準(zhǔn)確的廢氣循環(huán)燒結(jié)質(zhì)熱耦合傳輸過(guò)程數(shù)值模擬工作提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)參數(shù)。(2)基于廢氣循環(huán)工藝開(kāi)展了燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)研究。利用自行搭建的中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在控制實(shí)驗(yàn)原始條件一致的前提下,著眼于對(duì)燒結(jié)過(guò)程及質(zhì)量影響最顯著的兩大熱工參數(shù),即循環(huán)氣體的溫度和O2含量,開(kāi)展了深入細(xì)致的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)比了廢氣循環(huán)與傳統(tǒng)燒結(jié)之間的差異。實(shí)驗(yàn)中,參數(shù)的取值在考慮了實(shí)驗(yàn)室條件限制時(shí),盡可能接近實(shí)際生產(chǎn),研究結(jié)果對(duì)于新工藝的工業(yè)應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。同時(shí),料層溫度曲線、煙氣成分曲線的連續(xù)測(cè)定,為本文后續(xù)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證提供了依據(jù)。(3)基于多孔介質(zhì)、固態(tài)混合多相和縮核反應(yīng)模型等基礎(chǔ)理論,對(duì)鐵礦石燒結(jié)質(zhì)熱傳輸過(guò)程進(jìn)行了解析,開(kāi)發(fā)了物理意義更加明確、化學(xué)反應(yīng)更加具體、傳熱方式更加完整的廢氣循環(huán)燒結(jié)過(guò)程數(shù)學(xué)模型。該模型對(duì)于深刻揭示廢氣循環(huán)燒結(jié)過(guò)程質(zhì)熱耦合、多反應(yīng)耦合的傳輸機(jī)理,是一大完善和突破：不僅考慮了相對(duì)完整的非均相反應(yīng)和均相反應(yīng),還考慮了因士述反應(yīng)導(dǎo)致的料層幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化；不僅考慮了氣-固之間／內(nèi)部的對(duì)流換熱和導(dǎo)熱,還考慮了固相之間的輻射換熱；不僅考慮了原料初始粒度分布對(duì)反應(yīng)子模型總體反應(yīng)速率的修正,還考慮了高溫液相包覆對(duì)燃燒、熱分解反應(yīng)速率的修正。相比于傳統(tǒng)燒結(jié)(冷風(fēng)燒結(jié))的數(shù)值模擬,均相反應(yīng)的考慮,對(duì)于建立準(zhǔn)確的廢氣循環(huán)燒結(jié)模型至關(guān)重要。通過(guò)將預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值之間的仝面對(duì)比,相對(duì)誤差基本控制在5%以內(nèi),從而證明了本文數(shù)學(xué)模型的正確可靠性。(4)提出了廢氣循環(huán)燒結(jié)工藝的主要熱工參數(shù)的優(yōu)化調(diào)控策略。以研究系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)作為輸入條件,揭示了循環(huán)氣體溫度、O2含量和供風(fēng)量等主要熱工參數(shù)對(duì)廢氣循環(huán)燒結(jié)過(guò)程燃燒特性的影響規(guī)律,并提出丫上述參數(shù)的最佳取值范圍,即02含量控制19～20 vo1.%之間、溫度控制200-C左右、供風(fēng)量相比同產(chǎn)能的冷風(fēng)燒結(jié)工藝提升3.33%左右。同時(shí),引用敏感性系數(shù)S,提出了優(yōu)先調(diào)整循環(huán)氣體O2含量,其次溫度,最后供風(fēng)量的參數(shù)優(yōu)化調(diào)控策略。此外,模擬結(jié)果證實(shí)了廢氣循環(huán)工藝具有降低焦炭配比3.34%的巨大節(jié)能潛力,可創(chuàng)造每年443萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。(5)在理論研究的基礎(chǔ)上,將廢氣循環(huán)燒結(jié)質(zhì)熱傳輸過(guò)程數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。基于數(shù)值模擬的基本結(jié)論指導(dǎo)生產(chǎn),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析,從熱-質(zhì)平衡、產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)、余熱利用率、能源消耗、煙氣及污染物減排、綜合節(jié)能等角度進(jìn)行全面的評(píng)估,深入論證了廢氣循環(huán)燒結(jié)工藝的提質(zhì)增產(chǎn)和節(jié)能減排效益。以1000t/h產(chǎn)能為例,當(dāng)設(shè)定循環(huán)率為25%時(shí),實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦燃料單耗降低4%(質(zhì)量不受影響),系統(tǒng)余熱回收效率提升至36.65%,主煙道燒結(jié)煙氣減排率達(dá)22.32%(即每年251,1107Nm3),CO2、 CO、NOx口SO2的減排量分別達(dá)每年43,900、535、1000和615噸,綜合節(jié)能折合標(biāo)煤達(dá)每年11,130噸,創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約800萬(wàn)元。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 張強(qiáng);何宏平;陶奇;;基于熱重分析的菱鎂礦分解動(dòng)力學(xué)解析[J];巖石礦物學(xué)雜志;2014年02期

2 費(fèi)華;胡松;向軍;孫路石;石金明;付鵬;陳剛;蘇勝;;隨機(jī)孔模型研究煤焦O_2/CO_2燃燒動(dòng)力學(xué)特征[J];化工學(xué)報(bào);2011年01期

3 段倫博;趙長(zhǎng)遂;李慶釗;李英杰;陳曉平;;O_2/CO_2氣氛下煤焦燃燒實(shí)驗(yàn)研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2009年06期

4 孫慶雷,李文,陳皓侃,李保慶,劉旭光;DAEM和Coats-Redfern積分法研究煤半焦燃燒動(dòng)力學(xué)的比較[J];化工學(xué)報(bào);2003年11期

5 鄭瑛,陳小華,周英彪,鄭楚光;CaCO_3分解動(dòng)力學(xué)的熱重研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年08期

6 范浩杰,章明川,吳國(guó)新,姚強(qiáng),曹欣玉,岑可法;碳酸鈣熱分解的機(jī)理研究[J];動(dòng)力工程;1998年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 辛穎;原木楞堆熱解動(dòng)力學(xué)與燃燒實(shí)驗(yàn)研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

2 趙加佩;鐵礦石燒結(jié)過(guò)程的數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 楊雪;大黃山礦綜放工作面風(fēng)排瓦斯技術(shù)研究[D];太原理工大學(xué);2014年

2 趙月;基于CFD的管道局部阻力的數(shù)值模擬[D];東北石油大學(xué);2011年

3 廖堅(jiān);煤焦顆粒燃燒特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

，

本文編號(hào)：1504446