轉爐煤氣爆燃的發生、發展及遏制機理

《轉爐煤氣爆燃的發生、發展及遏制機理》是依託中國科學院力學研究所，由余立新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：轉爐煤氣爆燃的發生、發展及遏制機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：余立新
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

中國的能源綜合利用效率比已開發國家低大約10個百分點，節能減排工作任重道遠。雖然我國在回收利用冶金爐煤氣方面做了不少工作，但放散率仍然較高，其中以轉爐煤氣最具有代表性，放散率達40%以上。轉爐煤氣的毒性很大，其CO含量高達65%，具有間歇性、多塵性和爆炸性的特點。煤氣的溫度、濃度、含氧量隨轉爐工作過程變化很大，當溫度降至1000℃以下時將存在爆燃的危險，嚴重危害轉爐煤氣餘熱的正常回收。本項目針對轉爐煤氣餘熱回收過程中煤氣可能爆燃的問題，研究煤氣在擾動條件下的點火、發展及熄火機理，得到不同條件下的最大爆燃壓力，探索煤氣發生爆燃的幾率；研究高煙塵煤氣在降溫過程中的爆燃特性；研究換熱器的結構參數對煤氣最終爆燃強度的影響；運用化學流體力學模擬煤氣從著火到爆燃的發展過程及影響因素，準確描述煤氣爆燃及遏制後的速度和壓力發展過程，揭示煤氣的遏爆機理，為研製煤氣爆燃自動抑爆技術提供基礎數據和理論依據。

結題摘要

轉爐煤氣的毒性很大，其CO 含量高達65%，具有間歇性、多塵性和爆炸性的特點。煤氣的溫度、濃度、含氧量隨轉爐工作過程變化很大，當溫度降至1000℃以下時將存在爆燃的危險，嚴重危害轉爐煤氣餘熱的正常回收。本項目針對轉爐煤氣餘熱回收過程中煤氣可能爆燃的問題，研究煤氣在擾動條件下的點火、發展及熄火機理，得到了不同條件下的最大爆燃壓力和速度；研究煤氣在降溫過程中的爆燃特性，得到了預熱溫度等因素對於爆燃壓力的影響；研究換熱器的結構參數對煤氣最終爆燃強度的影響，得到了阻塞比和障礙物間距等因素對於爆燃強度的影響；運用CFD方法模擬計算了煤氣從著火到爆燃的發展過程，得到了煤氣爆燃的速度和壓力發展過程，揭示了煤氣的遏爆機理，得到了煤氣爆燃抑爆技術的方案。項目的主要成果如下：（1）障礙物對管道爆燃的過程影響顯著，使火焰傳播和壓力得到了快速發展。CO當量比在Φ= 1.10時爆燃強度最大，此時最大火焰傳播速度達到752 m/s，最大壓力達到0.76 MPa；H2O在CO和O2反應過程中起了關鍵作用，H2O含量在0.5%時的爆燃過程最為劇烈；隨煤氣的預熱溫度提高，爆燃壓力下降，最大壓力可以從306 K的0.7 MPa下降到了805 K的0.25 MPa。（2）在一氧化碳爆燃實驗的基礎上，提出了多級分區模型來計算沿程峰值超壓，模型將帶障礙物管看成由障礙物隔開的首尾相接的一系列的泄爆腔體。基於數據分析，得到了利用一氧化碳氧化反應當量比、膨脹比、開口面積比等已知參數來計算沿程峰值超壓的經驗公式。（3）及時噴氮可以有效抑制爆燃過程。試驗結果表明：未噴氮氣時爆燃氣體最高壓力為0.5 MPa，而加噴氮氣後氣體壓力明顯下降，隨著增加噴氮氣的壓力和時間，爆燃氣體最高壓力分別下降為0.35 MPa，0.15 MPa和0.02 MPa，爆燃過程被明顯抑制。（4）為了研究換熱器的結構參數對煤氣最終爆燃強度的影響，在實驗中使用了三種不同形狀的障礙物.實驗結果表明障礙物的形狀對於爆燃的強度影響不是很明顯，而障礙物的阻塞比和間距是影響的主要因素。