鐵礦粉鼓泡流化床冷態(tài)模型實驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、高爐煉鐵工藝流程長、依賴焦炭,并且能耗高、環(huán)境污染嚴重。隨著焦煤資源的日漸匱乏和環(huán)保要求的日益嚴格,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)氣固兩相流問題對反應(yīng)器的設(shè)計和放大至關(guān)重要,因此,開展鐵礦粉鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流問題的冷態(tài)模型實驗及數(shù)值模擬研究具有重要意義。
　　本文首先建立流化床冷態(tài)模型實驗裝置及系統(tǒng);通過對

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驗,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;模型實驗研究還發(fā)現(xiàn)B類顆粒鐵礦粉鼓泡床的流態(tài)化過程,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)、過渡流態(tài)化(氣泡在分布板表面形成,上升長大至表面破裂)和穩(wěn)定流態(tài)化(氣泡生成、長大至破裂

3、呈周期性變化)三個階段;
　　針對鐵礦粉鼓泡流化床實驗導(dǎo)致礦粉粉化,同時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驗判斷方法和經(jīng)驗計算公式,均不能準確的預(yù)測鐵礦粉鼓泡床臨界流化速度,因此本文在傳統(tǒng)實驗判斷方法的基礎(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圖得到鐵礦粉鼓泡床臨界流化速度的實驗判斷方法,同時采用相關(guān)經(jīng)驗預(yù)測公式為基礎(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)計算公式的關(guān)鍵參數(shù)計

4、算方法,以及過渡流化速度的計算公式(Grace公式),并給出了考慮粉化等影響的床層當量粒徑的計算方法;采用巴西鐵礦粉和澳礦粉不同粒徑的鼓泡床進行了臨界流化速度計算公式的應(yīng)用與實驗驗證,達到預(yù)期效果;
　　考慮現(xiàn)實反應(yīng)器的鐵礦粉顆粒的粒徑分布情況,進行了寬粒徑分布對鼓泡床流化特性影響的實驗研究,對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;同時修正后的臨界流化速度公式也適合于預(yù)測混合粒徑的鐵礦粉鼓泡床的臨界流化速度。
　　在實驗研究的基礎(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,通過對鐵礦粉鼓泡