一种高炉喷煤模拟实验装置制造方法及图纸

一种高炉喷煤模拟实验装置，属于高炉炼铁喷煤领域。用于模拟喷吹煤粉在高炉生产条件下的燃烧状况。装置由主体设备、电器控制系统、气体分析系统和计算机数据监测与处理系统四大部分组成。高压进气口（１）与高压阀（２）的进气口通过不锈钢管螺纹连接；高压阀（２）的出气口与高压部分（３）一端螺纹连接，高压部分（３）的另一端与电磁阀（４）的进气口螺纹连接；电磁阀（４）出气口与不锈钢管螺纹连接。本实用新型专利技术优点是模拟方法准确、可靠。装置可以研究煤粉燃烧规律以及煤粉分别与为调节理论燃烧温度需要使用冷却剂和助燃剂混喷过程中对煤粉燃烧率的变化规律，同时还可以进行各种添加剂对煤粉燃烧率的影响研究。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高炉炼铁喷煤领域。适用于模拟喷吹煤粉在高炉生产条件下的燃烧状况。
技术介绍
研制模拟常规高炉直吹管内煤粉燃烧的实验装置， 一直是高炉炼铁工作者渴望解决的课题。由于高炉的热风温度一般在110(TC左右，热风在直吹管内处于高速湍流运动状态，使得 煤粉一旦喷入直吹管中，就以高达104 106°C/s速度被迅速加热，同时被高速气流携带迅速 吹向风口，在直吹管中停留很短时间，约几毫秒。因此要想在实验室模拟这种高温、高速的 煤粉燃烧状况极为困难。目前，国内外大都采用两段电加热方法。即采用电阻炉将冷风(空气)加热到90(TC左右， 再由硅碳管炉将热风进一步加热到IIO(TC左右，然后在150(TC左右的高温硅碳管炉中喷入煤 粉，进行煤粉燃烧的研究。两段电加热方法的实验装置的最大不足是难以同时实现热风既高 温又高速的要求，即如果满足热风温度达到110(TC左右的要求，则风量不能太大，致使反应 管气流不能达到湍流状态，即使縮小反应管直径勉强达到湍流状态，也会由于反应管太细、 煤粉燃烧空间太小而使模拟失真；反之，如果满足热风为湍流状态这一要求，则由于过多的 冷风与加热元件换热而使热风温度难以达到IIO(TC左右的要求。可见这类装置的关键问题是 冷风与加热元件的热交换能力较差。为了满足热风温度这一主要实验参数的要求，同时保证煤粉有一定的燃烧空间， 一般热风速度都较低，使得气流和煤粉都仍处在层流运动状态，且 在反应管内的燃烧时间也较长，不能反映出煤粉在直吹管内与热气流强烈地进行热量、动量 和质量交换的真实情况。
技术实现思路
本专利技术目的是设计与制造一种能充分反映煤粉燃烧性能的、模拟高炉喷吹煤粉的实验装 置，通过专利技术一种模拟高炉喷吹煤粉燃烧的实验装置，实现热风既高温又高速的要求，强化 冷风与加热元件的热交换能力，使煤粉燃烧过程既能反映直吹管内的情况，又能反映风口循 环区的反应情形。一种高炉喷煤模拟实验装置，由主体设备、电器控制系统、气体分析系统和计算机数据 监测与处理系统四大部分组成(见附图1)。主体设备由高压和低压部分组成(见附图2)。 (包括高压气入口 1，高压阀2，高压部分3，电磁阀4，加料口5,低压气入口6，低压阀7，安全阀8，氧气预热炉9,直吹管10，高温煤粉燃烧炉11,气渣过滤装置12,电磁阀13， 集气瓶14和真空泵15。高压进气口 1与高压阀2的进气口通过不锈钢管螺纹连接；高压阀2 的出气口与高压部分3 —端螺纹连接，高压部分3的另一端与电磁阀4的进气口螺纹连接； 电磁阀4出气口与不锈钢管螺纹连接；不锈钢管上有加料口5 (配有密封盖)，不锈钢管与直吹管10焊接并导通；直吹管10上端与氧气预热炉9的炉管下端焊接；氧气预热炉9的炉管上端与不锈钢管焊接；直吹管IO下端与高温煤粉燃烧炉11的炉管上端通过法兰连接；高温 煤粉燃烧炉11的炉管下端通过法兰与下部不锈钢管连接；不锈钢管与气渣过滤装置12的上 端螺纹连接；气渣过滤装置12下端与电磁阀13通过不锈钢管螺纹连接；电磁阀13的出气口 与集气瓶14通过气管连接；集气瓶14通过气管与真空泵的进气口连接。高压部分3作用相当于煤枪，其氧气压力可以达到0.3 0.5MPa，在试验过程中起到煤粉 载气的作用。低压部分由氧气预热炉9、直吹管IO和高温煤粉燃烧炉11组成，其压力可达0.05 0.3MPa。 氧气预热炉9可将氧气加热到热风温度。直吹管10模拟风口区域，当煤粉被快速喷入直吹管 时会和热风混合、燃烧同时进入高温区域，也就是相当于风口循环区的高温煤粉燃烧炉ll进 一步燃烧。煤粉燃烧后所产生的废气进入一个真空取气瓶来收集。煤粉的燃烧率(气化率)定义为煤中的C转化为CO， C02的百分含量，通过分析废气中 的CO、 C02、 CH4、 02和H2含量，并结合设备参数以及试验过程的其它参数，确定出煤粉 燃烧过程中不同氧碳原子比O/C条件下的燃烧率，从而找出相应的规律。本专利技术装置的优点有结构简单，布置紧凑，操作方便，自动化程度高。可实现在线采 样，分析。该设备的最大优点就是它可以使用纯氧气模拟煤粉在氧气高炉条件的燃烧，并且 当煤粉中存在其它添加剂时，无分层现象发生。模拟方法准确、可靠。装置可以研究煤粉燃 烧规律以及煤粉分别与为调节理论燃烧温度需要使用冷却剂和助燃剂混喷过程中对煤粉燃烧 率的变化规律，同时还可以进行各种添加剂对煤粉燃烧率的影响^F究。附图说明图l高炉喷煤模拟实验装置组成示意图。 图2主体设备结构示意图。l一高压气入口， 2 —高压阀，3 —高压部分，4一电磁阀，5-加料口，6 —低压气入口， 7 一低压阀，8 —安全阀，9一氧气预热炉，10—直吹管，ll一高温煤粉燃烧炉，12—气渣过滤装 置,13 —电磁阀，14一集气瓶。15 —真空泵具体实施方式实施例1将粒度为63lim煤粉，放入烘箱中，在105'C温度烘干2小时，然后进行取样称重。每份 样品的重量分别为150 mg。实验开始前首先对煤粉燃烧实验装置进行系统密闭性检验，对整个系统用氮气进行充压， 使其压力达到0.2MPa，且能保持10分钟，方可进行试验设备升温测试。将氧气预热炉升温 度至110(TC，同时将煤粉燃烧炉升温到1500。C。装入试样前，先用氧气将设备的各个部位进行清扫，确保整个系统都为氧气，将气体取 气瓶抽成真空，并与燃烧废气体出口联结。将高压部位充压至0.4MPa，将称重后的煤粉样品 加入样品加入孔，然后将加入孔的开关关闭。将低压部位充压至0.2MPa。按下设备的试验开 始开关后，电磁阀a和b同时打开，燃烧产生的废气经过耐热纤维过滤垫，进入取气瓶。将 取气瓶中的气体进行化学分析，测定出废气中CO， C02， H2， 02含量。根据废气中的各项气 体成分以及煤的元素分析成分，即可计算出煤粉燃烧率与0/C原子比Ao/c,结果如下 7 = 7 8.5%， A0/c=2,5。权利要求1. 一种高炉喷煤模拟实验装置，由主体设备、电器控制系统、气体分析系统和计算机数据监测与处理系统四大部分组成，其特征是主体设备由高压和低压部分组成，包括高压气入口(1)，高压阀(2)，高压部分(3)，电磁阀(4)，加料口(5)，低压气入口(6)，低压阀(7)，安全阀(8)，氧气预热炉(9)，直吹管(10)，高温煤粉燃烧炉(11)，气渣过滤装置(12)，电磁阀(13)，集气瓶(14)和真空泵(15)；高压进气口(1)与高压阀(2)的进气口通过不锈钢管螺纹连接；高压阀(2)的出气口与高压部分(3)一端螺纹连接，高压部分(3)的另一端与电磁阀(4)的进气口螺纹连接；电磁阀(4)出气口与不锈钢管螺纹连接；不锈钢管上有加料口(5)，不锈钢管与直吹管(10)焊接并导通；直吹管(10)上端与氧气预热炉(9)的炉管下端焊接；氧气预热炉(9)的炉管上端与不锈钢管焊接；直吹管(10)下端与高温煤粉燃烧炉(11)的炉管上端通过法兰连接；高温煤粉燃烧炉(11)的炉管下端通过法兰与下部不锈钢管连接；不锈钢管与气渣过滤装置(12)的上端螺纹连接；气渣过滤装置(12)下端与电磁阀(13)通过不锈钢管螺纹连接；电磁阀(13)的出气口与集气瓶(14)通过气管连接；集气瓶(14)通过气管与真空泵的进气口连接。专利摘要一种高炉喷煤模拟实验装置，属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高炉喷煤模拟实验装置，由主体设备、电器控制系统、气体分析系统和计算机数据监测与处理系统四大部分组成，其特征是主体设备由高压和低压部分组成，包括高压气入口（１），高压阀（２），高压部分（３），电磁阀（４），加料口（５），低压气入口（６），低压阀（７），安全阀（８），氧气预热炉（９），直吹管（１０），高温煤粉燃烧炉（１１），气渣过滤装置（１２），电磁阀（１３），集气瓶（１４）和真空泵（１５）；高压进气口（１）与高压阀（２）的进气口通过不锈钢管螺纹连接；高压阀（２）的出气口与高压部分（３）一端螺纹连接，高压部分（３）的另一端与电磁阀（４）的进气口螺纹连接；电磁阀（４）出气口与不锈钢管螺纹连接；不锈钢管上有加料口（５），不锈钢管与直吹管（１０）焊接并导通；直吹管（１０）上端与氧气预热炉（９）的炉管下端焊接；氧气预热炉（９）的炉管上端与不锈钢管焊接；直吹管（１０）下端与高温煤粉燃烧炉（１１）的炉管上端通过法兰连接；高温煤粉燃烧炉（１１）的炉管下端通过法兰与下部不锈钢管连接；不锈钢管与气渣过滤装置（１２）的上端螺纹连接；气渣过滤装置（１２）下端与电磁阀（１３）通过不锈钢管螺纹连接；电磁阀（１３）的出气口与集气瓶（１４）通过气管连接；集气瓶（１４）通过气管与真空泵的进气口连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝占忠，杨天钧，张建良，张曦东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]