COREX熔融气化炉内块煤裂解机理与半焦/焦炭粉化行为研究

COREX熔融气化炉内块煤裂解及半焦/焦炭的粉化直接影响半焦床的透气透液性及传输机制，最终影响原燃料的利用率、生铁的产量及质量、工艺的稳定顺行。本项目通过研究块煤在自由落体降落时发生热爆裂、小颗粒煤粉在流化床条件下裂解及大颗粒煤粉在固定床内裂解的机理及影响因素，探索COREX熔融气化炉高温快速加热条件下块煤的裂解机理，拓展煤裂解理论；研究半焦/焦炭在半焦床内的物理作用行为、化学反应特征及其性能演变规律，揭示COREX熔融气化炉纯氧鼓吹条件下煤焦混合半焦床的颗粒粉化行为；采用CFD与DEM模型相结合的方法建立COREX熔融气化炉数学模型，探索多区域共用边界条件下多数学模型的有机结合及耦合求解，模拟研究工艺参数与炉内传输现象的相互关系，深化对高温密闭反应器内多相流动及燃烧化学反应规律的认识。为我国掌握和消化COREX技术，在国内发展熔融还原炼铁工艺提供理论基础和技术支撑。

COREX熔融气化炉内块煤的裂解及半焦的粉化影响半焦床的透气透液性及床内的复杂传输机制，最终影响原燃料利用率、生铁产量和质量以及工艺的稳定顺行。本项目针对高温快速加热条件下块煤裂解机理、半焦床内煤焦性能演变规律等科学问题开展了研究。首先，采用热重-质谱联用技术研究了兴隆庄煤与大同煤的裂解失重特性及裂解气体产物的生成规律，对煤的失重过程及气体生成过程进行了动力学求解；通过自制的块煤裂解实验装置研究了兴隆庄块煤和大同块煤在高温下的裂解特性，求解了块煤高温裂解动力学，发现了块煤高温快速裂解机理与粉煤升温裂解行为完全不同，拓展了煤裂解理论。其次，针对块煤裂解半焦强度低的特点，研究了不同条件获得半焦的冷、热态性能，揭示了半焦性能变化和半焦粉化的一般规律。最后，设计了COREX熔融气化炉的高温喷煤模型，并进一步建立了其风口区喷煤燃烧的二维数学模型，分析了纯氧鼓吹条件下煤粉的燃烧行为，优化了COREX气化炉喷煤工艺参数，在COREX工艺降低燃料比方面具有较高的指导意义。项目共计发表境内外学术论文7篇，其中SCI检索4篇，申请发明专利2项，培养硕士研究生2名，完成了项目计划研究内容，达到了预期目标。