淺談煤粉噴射混合器的選擇

李義奎， 徐廣龍， 孫建彬

(大峘集團有限公司，江蘇 南京 211112)

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淺談煤粉噴射混合器的選擇

李義奎， 徐廣龍， 孫建彬

(大峘集團有限公司，江蘇 南京 211112)

簡要介紹了高爐噴煤系統(tǒng)中所用的噴射混合器的原理，通過簡易分析給出了選用噴射混合器的原則。

噴煤； 噴射混合器； 音速氣流

1 概 述

煤粉混合器是高爐煤粉噴吹系統(tǒng)中的重要設備，其結構型式直接關系到煤粉與壓縮空氣(或氮氣)的混合效果，影響噴吹管道中的煤粉濃度，噴吹量。因此選擇合適的混合器是噴吹系統(tǒng)設計的關鍵。

煤粉混合器主要形式有：傳統(tǒng)的噴射混合器(T字型混合器)，沸騰式混合器，改進后的噴射混合器(角式混合器)。隨著高爐的大型化建設，T字型混合器由于噴吹量小、混合效果差已經(jīng)被淘汰；沸騰式混合器由于造價高、氣體浪費現(xiàn)象較嚴重，也漸漸地退出市場；現(xiàn)在較常用的結構為角式混合器，配合噴吹罐流化床的型式如圖1所示，兩者的配合充分利用了流化氣與引射器的動能，形成了同時流化、下料、噴吹的模式。

圖1 角式混合器與流化床配套裝置

2 噴射混合器的原理

噴射混合器根據(jù)噴射原理即高速氣體由Ⅱ處噴出，使Ⅰ、Ⅱ處形成負壓區(qū)，把I處的煤粉帶入到混合器出口Ⅲ處輸送到輸煤管道內(nèi)，如圖2所示。 噴射能力的大小與噴嘴直徑、氣流速度、煤粉流化狀態(tài)以及噴嘴位置有關。

圖2 噴射混合器示意圖

在高爐噴煤中常將壓縮空氣作為噴吹氣體，即Ⅱ處噴出的高速氣體為壓縮空氣。由于壓縮性氣體的亞音速流和超音速流，在流動過程中其密度、流速和壓力與截面的變化有質(zhì)的不同。在混合器中，壓縮空氣速度在大于等于音速時，能有效地發(fā)揮“帶動壓”(負壓區(qū))“沖力區(qū)”的作用，故應該選擇壓縮空氣噴出速度為音速作為設計依據(jù)。

音速氣流臨界壓力遵循以下公式

P/P0=0.528

(1)

式中P為混合器內(nèi)的壓力(kPa)；P0為 噴吹氣壓力(kPa)。

在臨界狀態(tài)下，氣體的重量流量與臨界面積、滯止溫度及壓力服從如下規(guī)律：

(2)

(3)

式中M為氣體重量流量(kg/s)；F臨為音速噴嘴零界面積(cm2)；T0為噴吹氣溫度(K)。

3 計算分析

由式(1)知，為了達到較好的引射效果，P0與P要滿足一定的條件。實際應用中可視空壓機壓力P空為P0，噴煤管道的總阻損P阻為P，即P阻/P空=0.528。若滿足不了此條件，選用噴射混合器將達不到預期的效果，即是否選用噴射混合器要根據(jù)空壓機的壓力等級與噴煤管道的總阻損來決定。

噴煤管道的總阻損取決于高爐熱風壓力、噴吹管路兩相流輸送的壓力損失、管路系統(tǒng)中的局部損失值，而這些阻損又與固氣比、輸送管道直徑、輸送管道水平當量長度、噴煤量、輸送管道垂直段長度等設計參數(shù)有關系。

若可以滿足音速氣流臨界壓力的要求，則需要選擇合適的噴嘴面積。

由式(3)可知道，在臨界狀態(tài)下，隨著P0的增大，F(xiàn)臨在減小。隨著M的增大，F(xiàn)臨在增大。隨著噴煤量增大，氣固比減少，M增大。噴嘴的大小要根據(jù)空壓機的能力，高爐需噴煤量，固氣比來確定。

假設工藝配置中選定的空壓機壓力為1200 kPa，高爐要求噴煤量為Q=33 t/h，固氣比μ=20 kg/kg，取壓縮機效率為95%，則P空=1140 kpa。為了滿足P阻/P空=0.528，則P阻MAX的最大值為601.92 kPa。輸送壓縮空氣V=41.66 m3/min，即M=0.8332 kg/s。取T0=298 K,P0=P空=1140 kPa，帶入式(3)可得F臨=3.0933 cm2，可得噴嘴直徑Φ=1.9845 cm。

由以上假設值計算可得，噴煤管道總阻損小于600 kPa時，可以選用噴射混合器，噴嘴的直徑為20 mm時，可滿足33 t的噴煤需要。

4 結束語

噴射混合器前、后的壓力狀態(tài)直接關系著噴射混合器的使用效果。選用噴射混合器首先要滿足音速氣流臨界壓力的要求，然后根據(jù)輸煤管道的阻損情況，選擇壓力合適的輸送氣體，再結合其他參數(shù)計算得到噴射混合器的參數(shù)。

[1] 湯清華,馬樹涵. 高爐噴吹煤粉知識問答[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社. 1997.

2016-07-04

李義奎(1986—) ，男，助理工程師。電話：13770994459；E-mail：liyikui@mountop.com.cn

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