高炉回旋区内煤粉燃烧过程的数值模拟

摘要

高炉风口回旋区是整个高炉生产的热量和能量之源，是高炉稳定操作不可缺少的重要反应区。回旋区内炉料的运动、气体的燃烧反应，渣铁的滴落造就了回旋区内气、固、液三相耦合的复杂过程。焦炭和煤粉与高温空气燃烧产生的煤气是高炉生产所需化学能和热能的提供者。喷入风口回旋区的煤粉燃烧反应情况，将直接影响着高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降、以及整个高炉内的传热传质过程。研究高炉回旋区内煤粉的燃烧状况对高炉生产有十分重要的意义。 本文利用商业软件FLUENT，采用有限体积法建立了高炉内回旋区煤粉燃烧三维数学模型。在不同煤比和不同富氧率下，分析研究了煤粉燃烧过程的速度场、颗粒轨迹、温度场和煤气组分浓度场。模拟结果表明：采用标准k-ε双方程湍流模型、非预混燃烧模型、离散相模型、P1辐射模型、挥发分析出模型、残碳燃烧模型对高炉回旋区煤粉燃烧过程进行数值模拟，结果是合理的、可信的。在不同煤比和不同富氧率下，高炉回旋区内的平均温度随着富氧率的增加而增加，随着煤比的增加而增加。煤粉燃烧率随着煤比增加而降低，随着富氧率增加而增大。 高炉回旋区煤粉燃烧过程的研究对现场生产具有重要的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1高炉喷煤技术的发展

1.2喷煤对高炉生产的影响

1.2.1高炉喷吹煤粉后炉况的变化

1.2.2高炉喷煤后的效果

1.2.3高炉喷煤后的炉况调节

1.3煤粉的燃烧过程

1.3.1煤粉的燃烧机理

1.3.2提高煤粉燃烧率的途径

1.4高炉回旋区概述

1.4.1风口回旋区的形成和反应机理

1.4.2对回旋区内燃烧状况检测的主要方法

1.4.3风口回旋区的形状预测

1.5高炉喷煤数值模拟

1.5.1国外回旋区的研究现状

1.5.2国内回旋区的研究现状

1.6文献总结

2高炉回旋区数值模拟的理论基础

2.1流体力学基本理论

2.1.1流体本构方程

2.1.2质量守恒方程

2.1.3动量方程

2.1.4能量方程

2.1.5湍流模型

2.1.6 P1辐射模型

2.1.7颗粒轨迹

2.1.8燃烧模型

2.2 FLUENT软件及应用其计算的依据

2.2.1 FLUENT的工程应用背景

2.2.2 FLUENT软件的组成

2.2.3各软件之间的协同关系

2.2.4 FLUENT实例分析

3高炉回旋区煤粉燃烧的数值模拟

3.1物理模型的建立

3.2几何模型的建立及网格划分

3.3数学模型

3.4数值模拟

3.4.1计算工况及边界条件

3.4.2计算过程

3.4.3计算结果与分析

3.5本章小结

4工艺参数对回旋区煤粉燃烧的影响

4.1喷煤量对回旋区燃烧过程的影响

4.1.1不同煤比时的速度场与颗粒轨迹

4.1.2不同煤比时的温度场

4.1.3不同煤比时的CO、CO2浓度场

4.1.4不同煤比时煤粉的燃烧率

4.2富氧率对回旋区燃烧过程的影响

4.2.1不同富氧率时的速度场和颗粒轨迹

4.2.2不同富氧率时的温度场

4.2.3不同富氧率时的CO、CO2浓度场

4.2.4不同富氧率时的煤粉燃烧率

4.3小结

结论

参考文献

在学研究成果

致 谢