<<
>>

ЧАСТЬ III ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ

Технология газификации угля в шлаковом расплаве требует все­стороннего изучения и научного осмысления. Для оптимизации про­цессов предстоит решить ряд проблем, носящих фундаментальный характер Особое место принадлежит теоретическому и эксперимен­тальному исследованию особенностей гидродинамики шлаковой ванны, поскольку все основные физико-химические и тепломассооб­менные процессы в ней определяются гидродинамическим режимом.

К таким процессам относятся: замешивание частиц угля и добавок в объем ванны, вовлечение частиц угля в струи боковых кислородо­воздушных фурм, горение и газификация угля в струях, циркуляция шлака в струях и их теплообмен с остальной ванной; плавление и рас­творение материалов, процессы окисления и восстановления; брызго- и волнообразование, соответствующий тепломассообмен ванны с зоной дожигания, коалесценция и рафинирование капель восстанов­ленного металла и др

Особое значение имеет исследование эффективности замешивания частиц угля в объем ванны. В шлаковой ванне реактора уголь нахо­дится в дисперсном виде, образуя шлакоугольную суспензию Части­цы ококсованного угольного остатка (для краткости, в дальнейшем, - угля) имеют плотность примерно в три раза меньшую, чем шлак При отсутствии перемешивания в системе, эти частицы должны были бы плавать сплошным слоем на поверхности ванны Применяемая в процессе боковая струйная продувка расплава кислородсодержащим дутьем через систему фурм порождает достаточно интенсивную вер­тикальную циркуляцию шлака, что приводит к замешиванию опреде­ленной части угля вглубь ванны. Распределение частиц угля по высо­те ванны неоднородно [1] Наибольшее содержание угля отмечается в достаточно тонком поверхностном слое. Ниже этого слоя содержа­ние угля в шлаке заметно снижается При этом крупные частицы угля сосредоточиваются преимущественно в верхних горизонтах ванны, а мелкие присутствуют во всем объеме барботируемого шлака Оче­видно, что изменение таких технологических параметров, как высота ванны над уровнем фурм, интенсивность и геометрия продувки, фрак­ционный состав угля, может существенно изменить характер распре­деления частиц угля в ванне

На основании имеющегося опыта можно сделать вывод, что для технологии очень важно, чтобы уголь эффективно замешивался в объем ванны. При этом более полно используется объем ванны как реакционной среды, более эффективно происходит горение частиц угля в факелах фурм. Наоборот накопление угля в поверхностном слое ванны может приводить к агрегированию частиц (ококсованный угольный остаток практически не смачивается шлаком) и вызванному этим снижению величины реакционной поверхности угля. Плаваю­щий на поверхности ванны уголь может непродуктивно расходовать­ся на взаимодействие с продуктами дожигания газов - С02 и Н20. При критически большом содержании угля на поверхности ванны может наступить блокировка этим слоем теплопередачи к ванне от зоны до­жигания, что, в конечном счете, приводит к ее охлаждению [1]. Воз­можный при этом пробой ванны сопровождается выходом из распла­ва непрореагировавшего кислорода.

Для нормальной работы реактора необходимо, чтобы количество угля в шлаке не снижалось ниже определенного уровня.

При нормальном ходе технологического процесса кислород дутья полностью расходуется на сжигание угля преимущественно в ниж­ней части барботажных столбов, т.е. эта область является источником наибольшего тепловыделения при поднятии в шлаке струи реагирую­щего газа. Выше нее, в части барботажного столба, где происходит конверсия С02, газ и шлак охлаждаются. При этом, по оценочным расчетам, при нормальном для технологии количестве угля в ванне, уже к моменту поступления газа в верхнюю часть барботажного стол­ба (находящуюся в насыщенном углем поверхностном слое шлаковой ванны), газовая фаза уже практически инертна по отношению к углю, т. к. содержит в основном СО, Н2, N2

При нарушениях технологии содержание угля в ванне может значи­тельно уменьшаться. Очевидно, что при этом толщина зоны в барбо- тажном столбе с преобладанием в газовой фазе СО уменьшится. При значениях содержаний угля в шлаке меньше некоторых критических (при данном расходе кислорода дутья) можно ожидать появления в га­зах, выходящих из барботажного столба, С02 или даже 02. Таких ситуа­ций следует избегать, так как в этом случае значительно увеличивается объем окислительных зон в шлаковой ванне, что приводит к снижению скорости восстановления железа при использовании в процессе гази­фикации угля окисленных шихтовых материалов в качестве добавок

Таким образом, количество и характер распределения угля в объ­еме ванны играют определяющую роль в успешной реализации про­цесса.

Отдельные отборы шлакоугольной суспензии на опытных установ­ках показали, что стабильное горение и газификация угля в барботаж­ных столбах, тепломассообмен между шлаковой ванной и зоной до­жигания, а также интенсивное перемешивание ванны обеспечивались при содержании угля в ванне 1-3% от массы всего шлака [1]. Однако четкого диапазона содержаний угля в ванне, при которых процесс идет удовлетворительно, определено не было. Соответственно, неизвестно, есть ли в этих границах оптимальные режимы. Нет детального пони­мания, что происходит со шлакоугольной суспензией при наступлении режима блокировки углем поверхности ванны

Очевидна необходимость получения систематизированных дан­ных по структуре шлакоугольных суспензий процесса и влиянию на нее технологических и конструктивных параметров. Реальным путем решения этой задачи является физическое моделирование с последу­ющей проверкой выявленных закономерностей и практических реко­мендаций на действующих установках.

Исследование структуры шлакоугольной суспензии осуществляли на холодной модели.

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме ЧАСТЬ III ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ:

  1. 1.2. Анализ современных подходов к физическому моделированию струйной продувки металлургических расплавов
  2. ВЫВОД СОВОКУПНОСТИ КРИТЕРИЕВ ПОДОБИЯ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ В ПРОЦЕССЕ РОМЕЛТ
  3. 2.2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ВЗВЕСИ.
  4. 3.1. Параметры фигичсской модели
  5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ
  6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  7. СОДЕРЖАНИЕ
  8. ЧАСТЬ III ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ
  9. Подобие параметров продувки
  10. Подобие частиц суспензии
  11. //./. Параметры физической модели