一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置及方法.pdf

一种铁矿球团干燥预热过程的实验方法和装置，属于炼铁生产领域。该装置由调湿器、风机、变频器、电加热器、加热器控制器、清污口、测压环腔、悬吊架、吊篮、电子天平、标准气接口、汇流排、阀门、PLC、温湿度计、温度计、流量计、速度计、湿度计、计算机、引射器、整流段、多孔介质布风装置等组成。本发明可以产生经过整流的模拟烟气，实验模拟包括烟气不同含湿量、不同摩尔成分、不同流场分布、不同温度水平和升温速率条件下的传热、传质和化学反应过程，模拟实际生产的铁矿球团干燥和预热过程，为实际生产提供更有价值的参考依据。

1.  一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置，其特征在于实验装置由调湿器(1)、风机(2)、变频器(3)、第一阀门(4)、电加热器(5)、电加热器控制器(6)、清污口(7)、整流段(8)、实验段(9)、电子天平(10)、标准气接口(11)、第一流量计(12)、第二阀门(13)、可编程控制器PLC(14)、计算机(15)、引射器(16)、多孔介质布风装置前测压环腔(17)、多孔介质布风装置后测压环腔(18)、实验段出口处测压环腔(19)、实验球团(20)、吊篮(21)、悬吊架(22)、天平改装孔(23)、标准气二氧化碳(24)、标准气氧气(25)、标准气氮气(26)、模拟烟气(27)、温湿度计(28)、第一温度计(29)、第二流量计(30)、第二温度计(31)、第三温度计(32)、第四温度计(33)、速度计(34)、第一湿度计(35)、压差计及其变送器(36)、第五温度计(37)、测压计及其变送器(38)、第二湿度计(39)、质量数据接口(40)、第六温度计(41)、多孔介质布风装置(42)、汇流排(43)组成；
调湿器(1)置于风机(2)气体吸入口前，用于调节进入风机的空气湿度；风机(2)通过气体管路与第一阀门(4)相连，为空气提高动能，且受变频器(3)的控制；第一阀门(4)通过气体管路和引射器(16)与标准气汇流支路相连；汇流支路中，标准气接口(11)和第一流量计(12)顺次连接，而后，通过汇流排(43)和第二阀门(13)与引射器(16)相连；汇流支路的作用在于，将标准气二氧化碳(24)、标准气氧气(25)和标准气氮气(26)按照预定的摩尔分数，混合后兑入经过调湿的空气中；电加热器(5)与引射器(16)和整流段(8)连接，目的是加热由引射器(16)过来的混合气体，使之达到预定的温度；电加热器(5)受电加热器控制器(6)的控制；整流段(8)和电加热器(5)之间设置清污口(7)，用于清理实验过程中落下的杂物；整流段(8)与电加热器(5)和实验段(9)相连，作用在于，对经过电加热器(5)后形成的模拟烟气(27)进行整流，使之流态调整为均匀流；在实验段(9)内下部空间，放置多孔介质布风装置(42)，布风装置上下设置前测压环腔(17)和后测压环腔(18)；多孔介质布风装置的作用是进一步调整模拟烟气(27)的流态，使之更加接近于生产实际中多孔介质球团散料层中的流态；多孔介质布风装置前测压环腔(17)和后测压环腔(18)的作用是测量多孔介质布风装置前后的压降；在实验段(9)内中部空间，放置吊在吊篮(21)中的实验球团(20)，实验球团(20)的质量由经过改装的电子天平(10)吊称，吊篮(21)与电子天平(10)通过穿过天平改装孔(23)的悬吊架(22)相连接；同时实验段(9)侧壁打一排对开的测试孔，用于安插第五温度计(37)测量仪器设备；实验段(9)上部空间，设置实验段出口处测压环腔(19)，用于测量流经实验球团后的模拟烟气的压力；同时，通过设置温湿度计(28)、第一温度计(29)、第二流量计(30)、第二温度计(31)、第三温度计(32)、第四温度计(33)、速度计(34)、第一湿度计(35)、多孔介质布风装置前测压环腔(17)、多孔介质布风装置后测压环腔(18)、实验段出口处测压环腔(19)、第六温度计(41)、第一流量计(12)，对经过调湿的空气和三种标准气混合、加热和整流直至排出实验段等实施全过程实现连续测量；通过设置第五温度计(37)、电子天平(10)和质量数据接口(40)，对实验球团(20)的温度和质量实现连续测量。

2.  如权利要求1所述一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置，其特征在于铁矿球团干燥预热过程的实验方法是把经过调湿器调湿的空气，经过变频器直接控制的风机提供能量后，经过阀门，与由三个接口分别兑入的标准气二氧化碳、氧气和氮气在引射器中混合，再经过加热器控制器直接控制的电加热器加热后，形成模拟烟气，经过整流段和多孔介质布风装置整流，对实验段内的放在吊篮中的实验球团干燥和预热，实验球团的质量由经过改装的电子天平吊称，吊篮与电子天平通过穿过电子天平改装孔的悬吊架相连接，同时对经过调湿的空气和三种标准气混合、加热和整流直至排出实验段等实施全过程连续测量，对实验球团的温度和质量连续测量。

一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置及方法
技术领域
本发明属于炼铁生产领域，涉及一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置及方法。
背景技术
铁矿球团是高炉炼铁和竖炉直接还原的重要原料，干燥、预热过程对其质量有重要影响。无论是链篦机-回转窑工艺还是带式焙烧机工艺，都是运用热回收的气体对生球团进行干燥和预热。而这热回收的气体通常是鼓入的空气在冷却段与球团反应后的或热烟气在预热段与球团反应后的产物气体，这些产物气体中的氧含量已经因为球团的氧化等反应而降低，导致氧气分压降低；运用这样的气体干燥和预热球团，与直接运用空气干燥和预热球团相比，效果不同。
另一方面，流场分布对球团的传热、传质过程有着重要影响。对球团干燥、预热过程的详尽研究必须考虑流场分布等因素的影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种模拟实际生产的铁矿球团干燥和预热过程的实验方法和装置，使其更接近实际生产过程，为实际生产提供更有价值的参考依据。
一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置，由调湿器1、风机2、变频器3、第一阀门4、电加热器5、电加热器控制器6、清污口7、整流段8、实验段9、电子天平10、标准气接口11、第一流量计12、第二阀门13、可编程控制器(PLC)14、计算机15、引射器16、多孔介质布风装置前测压环腔17、多孔介质布风装置后测压环腔18、实验段出口处测压环腔19、实验球团20、吊篮21、悬吊架22、天平改装孔23、标准气二氧化碳24、标准气氧气25、标准气氮气26、模拟烟气27、温湿度计28、第一温度计29、第二流量计30、第二温度计31、第三温度计32、第四温度计33、速度计34、第一湿度计35、压差计及其变送器36、第五温度计37、测压计及其变送器38、第二湿度计39、质量数据接口40、第六温度计41、多孔介质布风装置42、汇流排43组成。
调湿器1置于风机2气体吸入口前，用于调节进入风机的空气湿度。风机2通过气体管路与第一阀门4相连，为空气提高动能，且受变频器3的控制。第一阀门4通过气体管路和引射器16与标准气汇流支路相连。汇流支路中，标准气接口11和第一流量计12顺次连接，而后，通过汇流排43和第二阀门13与引射器16相连。汇流支路的作用在于，将标准气二氧化碳24、标准气氧气25和标准气氮气26按照预定的摩尔分数，混合后兑入经过调湿的空气中。电加热器5与引射器16和整流段8连接，目的在于，加热由引射器16过来的混合气体，使之达到预定的温度；电加热器5受电加热器控制器6的控制。整流段8和电加热器5之间设置清污口7，用于清理实验过程中落下的杂物。整流段8与电加热器5和实验段9相连，作用在于，对经过电加热器5后形成的模拟烟气27进行整流，使之流态调整为均匀流。在实验段9内下部空间，放置多孔介质布风装置42，布风装置上下设置前测压环腔17和后测压环腔18；多孔介质布风装置的作用是进一步调整模拟烟气27的流态，使之更加接近于生产实际中多孔介质球团散料层中的流态；多孔介质布风装置前测压环腔17和后测压环腔18的作用是可以测量多孔介质布风装置前后的压降。在实验段9内中部空间，放置吊在吊篮21中的实验球团20，实验球团20的质量由经过改装的电子天平10吊称，吊篮21与电子天平10通过穿过天平改装孔23的悬吊架22相连接；同时实验段9侧壁打一排对开的测试孔，用于安插第五温度计37等测量仪器设备。实验段9上部空间，设置实验段出口处测压环腔19，用于测量流经实验球团后的模拟烟气的压力。同时，通过设置温湿度计28、第一温度计29、第二流量计30、第二温度计31、第三温度计32、第四温度计33、速度计34、第一湿度计35、多孔介质布风装置前测压环腔17、多孔介质布风装置后测压环腔18、实验段出口处测压环腔19、第六温度计41、第一流量计12，对经过调湿的空气和三种标准气混合、加热和整流直至排出实验段等实施全过程实现连续测量。通过设置第五温度计37、电子天平10和质量数据接口40，对实验球团20的温度和质量实现连续测量。
一种铁矿球团干燥预热过程的实验方法，把经过调湿器调湿的空气，经过变频器直接控制的风机提供能量后，经过阀门，与由三个接口分别兑入的标准气二氧化碳、氧气和氮气在引射器中混合，再经过加热器控制器直接控制的电加热器加热后，形成模拟烟气，经过整流段和多孔介质布风装置整流，对实验段内的放在吊篮中的实验球团干燥和预热，实验球团的质量由经过改装的电子天平吊称，吊篮与电子天平通过穿过电子天平改装孔的悬吊架相连接，同时对经过调湿的空气和三种标准气混合、加热和整流直至排出实验段等实施全过程连续测量，对实验球团的温度和质量连续测量。
本发明的优点在于，提供一种铁矿球团干燥预热过程的实验方法和装置，使得人们更多的可以从传热、传质、工程热力学、流体力学和化学反应动力学等角度详细研究经过整流的模拟烟气对铁矿球团的干燥和预热过程。其一，可以实验模拟球团在理想情况下即均匀流条件下的传热、传质和化学反应过程。其二，可以实验模拟球团在实际生产流场情况下即多孔介质布风条件下的传热、传质和化学反应过程。其三，可以实验模拟球团在实际生产烟气成分即各种摩尔成分条件下的传热、传质和化学反应过程。其四，可以实验模拟球团在各种烟气含湿量的情况下的传热、传质和化学反应过程。其五，可以实验模拟球团在各种不同温度水平和升温速率条件下的传热、传质和化学反应过程。总之，本发明可以实验模拟包括烟气不同含湿量、不同摩尔成分、不同流场分布、不同温度水平和升温速率条件下的传热、传质和化学反应过程。
附图说明
图1为铁矿球团干燥预热过程的实验装置原理图
1为调湿器，2为风机，3为变频器，4为第一阀门，5为电加热器，6为电加热器控制器，7为清污口，8为整流段，9为实验段，10为电子天平，11为标准气接口，12第一流量计，13第二阀门，14为可编程控制器(PLC)，15为计算机，16为引射器，17为多孔介质布风装置前测压环腔，18为多孔介质布风装置后测压环腔，19实验段出口处测压环腔，20为实验球团，21为吊篮，22为悬吊架，23为天平改装孔，24为标准气二氧化碳，25为标准气氧气，26为标准气氮气，27为模拟烟气，28为温湿度计，29为第一温度计，30为第二流量计，31为第二温度计，32为第三温度计，33为第四温度计，34为速度计，35为第一湿度计，36为压差计及其变送器，37为第五温度计，38为测压计及其变送器，39第二湿度计，40为质量数据接口，41为第六温度计，42为多孔介质布风装置，43为汇流排。
具体实施方式
一种铁矿球团干燥预热过程的实验装置，由调湿器1、风机2、变频器3、第一阀门4、电加热器5、电加热器控制器6、清污口7、整流段8、实验段9、电子天平10、标准气接口11、第一流量计12、第二阀门13、可编程控制器(PLC)14、计算机15、引射器16、多孔介质布风装置前测压环腔17、多孔介质布风装置后测压环腔18、实验段出口处测压环腔19、实验球团20、吊篮21、悬吊架22、天平改装孔23、标准气二氧化碳24、标准气氧气25、标准气氮气26、模拟烟气27、温湿度计28、第一温度计29、第二流量计30、第二温度计31、第三温度计32、第四温度计33、速度计34、第一湿度计35、压差计及其变送器36、第五温度计37、测压计及其变送器38、第二湿度计39、质量数据接口40、第六温度计41、多孔介质布风装置42、汇流排43组成。
1.将实验球团20放入通过悬吊架22连接电子天平10的吊篮21内，连续记录实验球团质量的数值以及连续记录整个系统不同位置的压力、流量、温度、速度和含湿量等数值，直至球团干燥、预热过程结束，将该实验球团取出。
2.将另外一个同直径的且插有热电偶的实验球团，放入实验段9内的多孔介质布风装置42上，连续记录实验球团温度以及连续记录整个系统不同位置的压力、流量、温度、速度和含湿量等数值，直至实验球团干燥、预热过程结束，将该实验球团取出，结束实验。
若第四温度计33反馈温度值没有达到设定温度，则令加热器控制器6修正电加热器5的工作电流改变其加热功率，直至第四温度计33反馈温度值达到设定温度为止，然后进行步骤1。
若速度计34反馈速度值没有达到设定速度，则令变频器3修正风机工作状态点，直至速度计34反馈速度值达到设定速度为止，然后进行步骤1。
若第一湿度计35反馈含湿量值没有达到设定含湿量值，则令调湿器1做相应修改动作，
直至第一湿度计35反馈含湿量值达到设定含湿量值为止，然后进行步骤1。