鐵礦粉鼓泡流化床冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、高爐煉鐵工藝流程長(zhǎng)、依賴焦炭,并且能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著焦煤資源的日漸匱乏和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,可以直接使用粉礦的流化床反應(yīng)器受到更多的關(guān)注,成為低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。鼓泡流化床預(yù)還原反應(yīng)器是鐵礦粉流態(tài)化還原技術(shù)的重要組成部分,而流化床內(nèi)氣固兩相流問(wèn)題對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大至關(guān)重要,因此,開(kāi)展鐵礦粉鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流問(wèn)題的冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究具有重要意義。
　　本文首先建立流化床冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)裝置及系統(tǒng);通過(guò)對(duì)

2、同屬B類顆粒的鐵礦粉與玻璃珠兩種顆粒的流化特性的比較實(shí)驗(yàn),研究了不同表觀氣速下鐵礦粉與玻璃珠鼓泡床床層的壓降變化、氣泡動(dòng)力學(xué)行為特征,發(fā)現(xiàn)B類顆粒的鐵礦粉與一般玻璃珠鼓泡床流化性質(zhì)的共性與差異,以及鐵礦粉顆粒易粉化的現(xiàn)象;模型實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)B類顆粒鐵礦粉鼓泡床的流態(tài)化過(guò)程,是經(jīng)歷了初始流態(tài)化(微小氣泡在床層表面生成,隨表觀氣速增大而逐漸增大并下移)、過(guò)渡流態(tài)化(氣泡在分布板表面形成,上升長(zhǎng)大至表面破裂)和穩(wěn)定流態(tài)化(氣泡生成、長(zhǎng)大至破裂

3、呈周期性變化)三個(gè)階段;
　　針對(duì)鐵礦粉鼓泡流化床實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致礦粉粉化,同時(shí)由于礦粉為非球形顆粒,基于傳統(tǒng)最小流化速度與完全流化速度的實(shí)驗(yàn)判斷方法和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,均不能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)鐵礦粉鼓泡床臨界流化速度,因此本文在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)判斷方法的基礎(chǔ)上結(jié)合局部壓差分析和相關(guān)氣速下的床層壓降波動(dòng)圖得到鐵礦粉鼓泡床臨界流化速度的實(shí)驗(yàn)判斷方法,同時(shí)采用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式為基礎(chǔ)重新明確了分階段臨界流化速度(包括初始流化速度和穩(wěn)定流化速度)計(jì)算公式的關(guān)鍵參數(shù)計(jì)

4、算方法,以及過(guò)渡流化速度的計(jì)算公式(Grace公式),并給出了考慮粉化等影響的床層當(dāng)量粒徑的計(jì)算方法;采用巴西鐵礦粉和澳礦粉不同粒徑的鼓泡床進(jìn)行了臨界流化速度計(jì)算公式的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,達(dá)到預(yù)期效果;
　　考慮現(xiàn)實(shí)反應(yīng)器的鐵礦粉顆粒的粒徑分布情況,進(jìn)行了寬粒徑分布對(duì)鼓泡床流化特性影響的實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)B類顆粒范圍內(nèi)不同粒徑的不同比例混合,以及B、D兩類顆粒不同粒徑不同比例的混合,以及兩種性質(zhì)的巴西鐵礦粉和澳礦粉的鼓泡床進(jìn)行研究,結(jié)果表明

5、:寬粒徑分布的鐵礦粉鼓泡床流態(tài)化特征除了少數(shù)細(xì)顆粒高比例混合的組別的流態(tài)化特征具有差異外,其他混合組別的流態(tài)化特征與單一粒徑的B類顆粒鐵礦粉鼓泡床流化特征相似,說(shuō)明鐵礦粉鼓泡床主要是以非球型的寬粒徑分布顆粒的床層特性作為其基本流化特征的;同時(shí)修正后的臨界流化速度公式也適合于預(yù)測(cè)混合粒徑的鐵礦粉鼓泡床的臨界流化速度。
　　在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合鐵礦粉鼓泡床的流化特性,基于Fluent軟件建立鐵礦粉鼓泡床的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)鐵礦粉鼓泡