氧煤枪与鼓风中氧量分配的方法及设备与流程

本技术属于高炉炼铁，尤其涉及一种氧煤枪与鼓风中氧量分配的方法及设备。

背景技术：

1、钢铁行业是国民经济中的重要基础产业，同时也是能源消耗和碳排放的主力军。其中，高炉炼铁工序在能耗与碳排放上首屈一指，是未来节能降耗的主要潜力集中工序。高炉喷煤技术是现代高炉重要的绿色低碳技术，也是炼铁系统结构优化的中心环节，该技术不仅能够调剂高炉炉况热制度，更重要的是可以替代焦炭起供热和还原剂的作用，有效减少冶炼能耗和碳排放、降低生铁成本，符合国家钢铁工业绿色低碳发展战略。随着低成本制氧技术规模的不断扩大，高炉富氧鼓风喷吹技术在节约成本、降低碳排放和实现钢铁行业可持续发展等方面具有更大的优势。对于该技术中具体的富氧方式，目前主要有两种实现方式：一是冷风经过热风炉加热，并在出风管道处打入工业氧，实现鼓风富氧；二是对传统煤枪的结构修改，由内圈喷煤、外圈吹氧，实现氧煤枪富氧。在高富氧冶炼下，耦合两种富氧方式是必然的选择。

2、在耦合鼓风富氧和氧煤枪富氧这两种富氧方式时，如何实现增产创收是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供了一种氧煤枪与鼓风中氧量分配的方法及设备，进而至少在一定程度上可以确定氧煤枪与鼓风中氧量的最佳分配方案，实现增产创收。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种氧煤枪与鼓风中氧量分配的方法，所述方法包括：

4、建立氧煤枪、直吹管、风口和回旋区的几何模型；

5、对所述几何模型的计算域进行网格划分，并基于划分后的网格确定气相基本控制方程、气相与颗粒间的控制方程；

6、对所述气相基本控制方程进行离散化处理，并基于氧煤枪与鼓风中氧量的当前分配数据定义方程迭代参数，所述方程迭代参数包括材料属性、边界条件、初始条件、时间步长和残差值；

7、基于所述方程迭代参数对所述气相基本控制方程、气相与颗粒间的控制方程进行迭代，直至计算结果收敛；

8、从收敛后的计算结果中筛选出所述回旋区在燃烧前的第一粉煤灰质量分数、燃烧后的第二粉煤灰质量分数、高温热流温度和风口表面温度；

9、根据所述第一粉煤灰质量分数和所述第二粉煤灰质量分数确定煤粉燃尽率，并根据所述高温热流温度和所述风口表面温度确定热流密度；

10、根据所述煤粉燃尽率和所述热流密度确定所述当前分配数据是否为最佳分配数据。

11、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述对所述几何模型的计算域进行网格划分，包括：

12、采用结构性网格对所述几何模型的计算域中的气相区和气-固相区进行网格划分。

13、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述气相基本控制方程包括气相质量方程、气相动量方程、气相能量方程、气相组分方程、湍流动能方程和湍流耗散率方程；所述气相与颗粒间的控制方程包括气相与颗粒间的质量方程、气相与颗粒间的动量方程和气相与颗粒间的能量方程。

14、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述边界条件为：所述氧煤枪与所述回旋区为流固耦合边界，所述直吹管为流体边界，鼓风与氧煤枪的入口为速度入口边界条件，所述鼓风与氧煤枪的出口为自由出流边界条件。

15、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述初始条件包括：所述直吹管与所述风口的交界处的鼓风速度、所述氧煤枪内气流的喷吹速度和所述氧煤枪内煤粉流的初始质量；所述基于氧煤枪与鼓风中氧量的当前分配数据定义方程迭代参数，包括：

16、基于氧煤枪与鼓风中氧量的当前分配数据，确定所述鼓风速度、所述喷吹速度和所述初始质量。

17、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述初始条件为：所述直吹管与所述风口的交界处的鼓风速度为119.34m/s、所述直吹管的进口的温度为1473k、所述氧煤枪内气流的喷吹速度为2.55m/s、所述氧煤枪内气体的温度为298k、所述氧煤枪内煤粉流的初始温度为323k、所述煤粉流的初始质量为0.64kg/s。

18、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述煤粉燃尽率根据以下公式确定：

19、burnout＝(1-ma，0/ma)/(1-ma，0)；

20、其中，ma，0为所述第二粉煤灰质量分数，ma为所述第二粉煤灰质量分数；

21、所述热流密度根据以下公式确定：

22、q＝h(tw-ts)；

23、其中，q为热流与风口对流换热时的热流密度，h为对流换热系数，tw为所述风口表面温度，ts为所述高温热流温度。

24、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述根据所述煤粉燃尽率和所述热流密度确定所述当前分配数据是否为最佳分配数据，包括：

25、获取所述氧煤枪中氧量为零的情况下的基准煤粉燃尽率和基准热流密度；

26、根据所述煤粉燃尽率和所述基准煤粉燃尽率，确定煤粉燃尽率变化率；

27、根据所述热流密度和所述基准热流密度，确定热流密度变化率；

28、基于所述煤粉燃尽率变化率、所述热流密度变化率和预先设定的校准系数，确定评价参数的值；

29、在所述评价参数的值符合条件的情况下，确定所述当前分配数据是否为最佳分配数据。

30、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述评价参数的值根据以下公式确定：

31、d＝ɑ×δburnout÷δq；

32、其中，d为所述评价参数的值，ɑ为校准系数，δburnout为所述煤粉燃尽率变化率，δq为所述热流密度变化率。

33、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种氧煤枪与鼓风中氧量分配的设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时，实现如上述第一方面任一项所述的方法的指令。

34、在本技术中，通过建立氧煤枪、直吹管、风口和回旋区的几何模型；对所述几何模型的计算域进行网格划分，并基于划分后的网格确定气相基本控制方程、气相与颗粒间的控制方程；对所述气相基本控制方程进行离散化处理，并基于氧煤枪与鼓风中氧量的当前分配数据定义方程迭代参数，所述方程迭代参数包括材料属性、边界条件、初始条件、时间步长和残差值；基于所述方程迭代参数对所述气相基本控制方程、气相与颗粒间的控制方程进行迭代，直至计算结果收敛；从收敛后的计算结果中筛选出所述回旋区在燃烧前的第一粉煤灰质量分数、燃烧后的第二粉煤灰质量分数、高温热流温度和风口表面温度；根据所述第一粉煤灰质量分数和所述第二粉煤灰质量分数确定煤粉燃尽率，并根据所述高温热流温度和所述风口表面温度确定热流密度；根据所述煤粉燃尽率和所述热流密度确定所述当前分配数据是否为最佳分配数据。根据该最佳分配数据进行生产不仅可以提高燃料利用率，也可以避免风口熔损侵蚀，实现了增产创收。

35、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。