【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高炉炼铁，尤其涉及一种模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法。
技术介绍
1、高炉喷煤是目前替代昂贵的冶金焦，降低生产成本，提高生产效率的有效手段之一。高温、高压、多组分气体是高炉直吹管-风口-回旋区三个区域的典型特征，这是由于高炉鼓入的热风温度大约为1200℃，热风压力大约为0.4mpa，导致在直吹管处热风处于高速运动的湍流状态，所以当煤粉一旦喷入直吹管中即被快速加热，加热速率高达103～106℃·s-1，且在直吹管中停留时间很短，只有10ms左右，这么短的停留时间对煤粉是否能够充分燃烧是一个挑战；如果煤粉燃烧不充分，使得未燃煤粉在炉内停留过多，则可能会增加炉渣粘度，造成炉缸堆积，降低料柱的孔隙度，增加炉内煤气的通过阻力，影响高炉的稳定顺行；因此，喷吹煤粉在高炉风口是否能够充分燃烧对高炉炼铁工业至关重要。
2、专利技术专利(申请号为cn 202010136078.1)公开了一种不同煤比下高炉喷吹煤粉燃烧率试验参数的确定方法，基于高炉风口回旋区水平截面积与煤粉燃烧率试验中的坩埚截面积的比值，确定煤粉燃烧率试验中的空气流量，基于空气流量与设定煤比m下的高炉鼓风量的比值，确定煤粉燃烧实验中的煤粉重量，即完成煤比m下煤粉燃烧率试验参数的确定；虽然该方法参考了高炉回旋区水平截面积、高炉鼓风量等实际参数，但是，其煤粉燃烧性的测试方法为热重分析法，即根据不同升温率下或温度来测量煤粉的燃烧性能，该测试方法与煤粉在实际高炉中的行为相差较大，在实际生产中煤粉被喷吹入高炉后，被快速加热且处于高速运动状态，其在风口回旋区的停留
3、近年来随着高炉喷煤技术的不断成熟，为了降低能耗，出现了一种以富氢气体代替一部分煤粉从风口喷入高炉的技术，并且高炉同时喷吹煤粉和富氢煤气的模拟试验装置(申请号为cn 202220205492.8的技术专利)被专利技术出来模拟这类工况，但是如何将高炉风口回旋区的实际工况条件折合到实验室实验条件，使实验结果更能接近现场实际，并指导实际生产，是目前高炉炼铁工作者渴望解决的课题。
4、有鉴于此，有必要设计一种改进的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，利用新型高炉复合喷吹模拟实验装置，将富氢高炉实际工况条件进行一系列科学计算，得出实验条件下的模拟参数，并进行燃烧率实验，以更准确的模拟煤粉在高炉风口的燃烧率，对富氢高炉实际生产具有重要的指导意义。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，包括以下步骤：
3、s1、由实际高炉的工艺参数确定高炉单风口喷吹富氢气体量、单风口喷煤量、单风口喷吹富氧量及单风口喷吹载气量；
4、s2、由步骤s1中所述单风口喷煤量确定单风口碳原子摩尔量，由所述单风口喷吹富氧量确定单风口氧原子摩尔量，从而得到氧碳原子比；由所述单风口喷吹富氧量和所述单风口喷吹富氢气体量得到氧气和富氢气体的体积比；
5、s3、根据新型高炉复合喷吹模拟实验装置的管路得出实验氧气体积及实验热风体积，根据所述氧碳原子比、氧气和富氢气体的体积比计算出实验条件下的实验喷吹煤粉量、实验喷吹富氢气体量、实验载气中氧气体积分数及氮气体积分数；
6、s4、根据步骤s3得到的实验喷吹煤粉量、实验喷吹富氢气体量、实验载气中氧气体积分数及氮气体积分数，在所述新型高炉复合喷吹模拟实验装置中进行实验，并根据气体分析仪的结果计算出燃烧率；所述燃烧率的计算公式如下：
7、
8、式中：xco分别为由所述气体分析仪测得的燃烧0.1g煤粉物料生成的co2与co的摩尔分数；为理论上煤粉及富氢气体中碳完全燃烧生成co2的摩尔分数。
9、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s4中，的计算方式为：式中，n为n mol煤粉与富氢气体中碳全部产生co2的摩尔量，q包括由所述气体分析仪测得的煤粉与富氢气体中分解的气体的摩尔量；l为lmol气体，包括未与煤粉接触而先进入集气瓶的气体以及喷吹时与煤粉发生碰撞混合的气体；
10、其中，n＝nc+nch4，nc为煤粉中碳的摩尔量，nch4为实验喷吹富氢气体中ch4的摩尔量，v富氢气体为所述实验喷吹富氢气体量，wch4为实验喷吹富氢气体中ch4的质量分数。
11、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s1中，所述实际高炉的工艺参数包括高炉富氢气体喷吹量、高炉煤比、高炉铁水生产率、高炉鼓风量、富氧率及喷煤载气量。
12、作为本专利技术的进一步改进，
13、所述单风口喷吹富氢气体量的计算公式为：式中，dng为单风口喷吹富氢气体量，m3/s，vng为高炉每分钟富氢气体喷吹量，m3/min，z为高炉风口数量；
14、所述单风口喷煤量的计算公式为：式中，dpc为单风口喷煤量，kg/s，m为高炉煤比，kg/t，ppig为高炉铁水生产率，t/h；
15、所述单风口喷吹富氧量的计算公式为：式中，doxygen为单风口喷吹富氧量，m3/s，vb-con为高炉鼓风量，m3/min，为富氧率，％；
16、所述单风口喷吹载气量的计算公式为：式中，为单风口喷吹载气量，m3/s，为喷煤载气量，m3/min。
17、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s2中，
18、所述单风口碳原子摩尔量的计算公式为：式中，nc-con为单风口碳原子摩尔量，mol/s，mc-coal为煤粉固定碳含量，％；
19、所述单风口氧原子摩尔量的计算公式为：式中，no-con为单风口氧原子摩尔量，mol/s；
20、所述氧碳原子比的计算公式为：式中，ao/c为氧碳原子比；
21、所述氧气和富氢气体的体积比的计算公式为：式中，为氧气和富氢气体的体积比。
22、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s3中，
23、所述实验喷吹煤粉量的计算公式：
24、式中，mcoal-exp为实验喷吹煤粉量，kg；nc-exp为实验条件下碳的摩尔量，mol/s，其中，no-exp为实验条件下氧的摩尔量，mol/s，式中，为实验氧气体积，m3，vhw-fixed为实验热风体积，m3；
25、所述实验喷吹富氢气体量的计算公式：式中，vng-exp为实验喷吹富氢气量，m3；
26、所述实验载气中氧气体积分数的计算公式：式中，为包含载气量的氧气体积分数，％；
27、所述氮气体积分数的计算公式：式中，为包含载气量的氮气体积分数，％。
28、作为本专利技术的进一步改进，所述煤粉与富氢气体中分解的气体包括煤粉分解出来的氢气、氧气及氮气、富氢气体分解出来的co和氢气。
29、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s3或步骤s4中，所述新型高炉复合喷吹模拟实验装置包括燃烧炉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S4中，的计算方式为：式中，N为N mol煤粉与富氢气体中碳全部产生CO2的摩尔量，Q包括由所述气体分析仪测得的煤粉与富氢气体中分解的气体的摩尔量；L为L mol气体，包括未与煤粉接触而先进入集气瓶的气体以及喷吹时与煤粉发生碰撞混合的气体；
3.根据权利要求2所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述实际高炉的工艺参数包括高炉富氢气体喷吹量、高炉煤比、高炉铁水生产率、高炉鼓风量、富氧率及喷煤载气量。
4.根据权利要求3所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S2中，
6.根据权利要求5所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S3中，
7.根据权利要求2所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，所
8.根据权利要求1所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S3或步骤S4中，所述新型高炉复合喷吹模拟实验装置包括燃烧炉、与所述燃烧炉连通的煤粉喷吹系统与富氢气体喷吹系统。
9.根据权利要求8所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤S3中，根据得到的所述氧气体积分数与氮气体积分数定制混合气体作为实验载气，将所述实验载气与符合所述实验喷吹煤粉量的煤粉一同从所述煤粉喷吹系统喷入所述燃烧炉中，根据实验喷吹富氢气体量向所述富氢气体喷吹系统中喷吹富氢气体，以模拟实际高炉风口煤粉动态。
10.根据权利要求8所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，所述新型高炉复合喷吹模拟实验装置还包括压力控制系统、流量控制系统及真空泵，用于控制进入所述燃烧炉的气体的压力及流量。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤s4中，的计算方式为：式中，n为n mol煤粉与富氢气体中碳全部产生co2的摩尔量，q包括由所述气体分析仪测得的煤粉与富氢气体中分解的气体的摩尔量；l为l mol气体，包括未与煤粉接触而先进入集气瓶的气体以及喷吹时与煤粉发生碰撞混合的气体；
3.根据权利要求2所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤s1中，所述实际高炉的工艺参数包括高炉富氢气体喷吹量、高炉煤比、高炉铁水生产率、高炉鼓风量、富氧率及喷煤载气量。
4.根据权利要求3所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤s2中，
6.根据权利要求5所述的模拟测试富氢高炉风口煤粉燃烧率的方法，其特征在于，在步骤s3中，
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