Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 28) Аннотация. Рассмотрена математическая модель фурменного очага доменной печи при инжекции пылеугольного топлива. При математическом моделировании фурменного очага выделено две подсистемы: 1) нагрев частиц угольной пыли и выделение летучих в фурменном очаге; 2) теплообмен и процесс горения в фурменном приборе. Исследовано двумерное поле скоростей газа в фурменном очаге. Процессы горения рассмотрены как совокупность параллельно развивающихся явлений горения кокса в слое, одиночных кусков кокса и частиц угольной пыли. Модель включает уравнения баланса общей массы газа, баланса массы компонентов газа, теплового баланса газа, движения частиц угольной пыли, теплового баланса частицы угольной пыли. В ней рассчитываются максимальная температура горения в фурменном очаге, расстояние от среза фурмы до фокуса горения, протяженность кислородной зоны горения, температура газа, содержание компонентов газовой фазы и степень выгорания углерода пылеугольного топлива на выходе из фурменного очага. Разработана информационно-моделирующая система. Последняя позволяет исследовать влияние характеристик комбинированного дутья, свойств кокса и угольной пыли, геометрических размеров фурм и других факторов на поля температур и концентраций компонентов газовой фазы в фурменном очаге. Рассматриваемая система позволяет подобрать рациональный режим инжекции пылеугольного топлива, который обеспечит полноту его сгорания в границах фурменных очагов. Основными функциями программного обеспечения является представление результатов расчета в виде таблиц и графиков, хранение вариантов исходных данных в базе данных, экспорт результатов расчета во внешний файл формата Microsoft Excel. Сделаны выводы о снижении температуры горения в фурменном очаге, приближении фокуса горения к фурме при вдувании пылеугольного топлива, о необходимости использования углей с определенными качественными характеристиками и месте ввода угольной пыли в поток дутья.

The article considers a mathematical model of combustion zone of blast furnace working with the use of injection of coal-dust fuel. In this model, two subsystems were identified: 1) subsystem of heating the particles of coal dust and volatiles release in the combustion zone; 2) subsystem of heat exchange and combustion processes in the tuyere. A two-dimensional velocity field of gas in the combustion zone was investigated. The combustion processes are considered as a set of simultaneously developing phenomena of coke burning in a layer, single pieces of coke and particles of coal dust. The model includes following equations: total gas mass balance, gas component mass balance, gas heat balance, movement of coal dust particles and heat balance of coal dust particles. The model calculates maximum burning temperature in combustion zone; the distance from the cut of the tuyere to the focus of combustion; the length of the oxygen combustion zone; gas temperature; the content of gas phase components and the degree of carbon burnout of pulverized coal at the outlet of the tuyere combustion zone. Information-modeling system has been developed. It allows investigation of influence of combined blast characteristics, the properties of coke and coal-dust fuel, the geometric dimensions of tuyeres and other factors on temperature fields and concentrations of components of gas phase in combustion zone. The model also helps to select a rational mode of pulverized coal that will ensure completeness of its combustion in the tuyere combustion zone. Main functions of the program are as follows: representation of results of calculation in form of tables and diagrams, storage of options of basic data in a database and export of results of calculation to Microsoft Excel. Conclusions were made on reduction of combustion temperature in combustion zone and the approach of focus of combustion to the tuyere when pulverized coal was injected. The authors also have established the need to use coals with certain quality characteristics and place where coal dust was introduced into the blast stream.

The article reviews the operation principle of the shaft furnace for calcination of carbonate materials and the options for description of thermophysical processes occurring in these furnaces. It provides equations of heat transfer by radiation and convection, special features of thermal interaction between the gas flow and surface of solid particles, influence of thermophysical properties and content of particles on efficiency of furnace performance as well as the possible chemistry of reactions to lime dissociation parameters.

No abstract

No abstract