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从高炉热平衡分析看炼铁工艺节能方向

  
评论: 更新日期:2015年07月10日

本文从高炉热平衡分析入手,追踪高炉冶炼行程中热能的分配去向,找出炼铁工艺的节能方向及实现途径,提高高炉热能利用率,对今后高炉进行节能降耗的研究开发具有重要现实意义。
    高炉热平衡分析
    以某钢厂新建的1座3200m3高炉为例(其它高炉可能因炉容、原燃料条件不同等原因,热平衡计算数据与本次计算存在差异),该炉热平衡计算的计算条件如下表所示:
    表1   高炉热平衡计算条件
 

一、原燃料、炉尘成分
原料 kg/THM TFe(%) S(%) C(%) H2O(%)
烧结矿 - 55.07 0.043 - -
球团矿 - 58.03 0.002 - -
块矿 - 65.03 0.011 - 1.24
炉尘 20.17 36.94 0.34 31.772 -
二、燃料成分
燃料 kg/THM CF(%) 灰分(%) 挥发分(%) H2O(%)
焦炭 360 86.83 11.8 0.89 -
煤粉 180 82.94 11.05 3.86 1.80

    以盖斯定律为基础,不考虑炉内的反应过程,而以物料入炉状态为起点,产出状态为终点,进行高炉热平衡计算。热收入项包括风口前碳素燃烧放热,直接还原放热(C氧化成CO),间接还原放热(CO氧化成CO2,H2氧化成H2O),热风带入的热量,少量成渣热和炉料带入的热量(本次计算忽略此项);热支出项包括氧化物分解,脱硫,溶剂分解,炉渣焓,铁水焓,炉顶煤气焓,冷却水带走和散热损失等。
    全炉热平衡计算结果如下表:
 
 
    表2   全炉热平衡表
 

项     目 数     量
GJ/t %
热收入:    
Q1风口前碳素燃烧 2.94 27.35
Q2 直接还原C氧化成CO 1.00 9.30
Q3 间接还原CO氧化成CO2 4.40 40.93
Q4 间接还原H2氧化成H2O 0.36 3.35
Q5热风带入 2.05 19.07
Q总热收入: 10.75 100.00
热支出:    
Q1’氧化物分解 7.94 73.86
Q2’脱硫 0.02 0.19
Q3’炉渣焓 0.64 5.95
Q4’铁水焓 1.24 11.53
Q5 煤气焓 0.47 4.37
Q6’冷却和其它热损失 0.44 4.09
Q’总热支出: 10.75 100.00
热效率
生铁单位热耗
 

    从表2可以看出,在高炉的热收入项中,碳素氧化热(Q1、Q2、Q3)占总热收入(Q)的77.58%,主要来自入炉的焦炭和煤粉,是高炉的节能重点。从上述热收入结构及数据可得,高炉的主要节能方向为降低燃料消耗,亦即降低焦比、燃料比。
    2.实现途径
    2.1.降低燃料消耗的途径
    2.1.1.提高入炉精料水平的有效工艺
    槽下供料筛分、整粒工艺:入炉料的粉末每降低1%,可使高炉利用系数提高0.4%~1.0%,入炉焦比降低0.5%。
    烧结矿分级入炉工艺:烧结矿分级入炉后矿仓烧结矿粉化率降低1.8%,燃料比降低4.3kg/tFe,生铁含硅降低0.05%。
    焦丁回收工艺:根据生产经验焦丁对焦炭的置换比是大于1.05,在一定的冶炼条件下,改善了炉内的透气性,提高了煤气利用率,起到了增产节焦,降低吨铁成本的效果。
    2.1.2.高炉的热风温度可以增加带入高炉的热量,减少热收入项中碳素燃烧放热(碳素氧化热)的比例,降低高炉的燃料消耗。同时,可使煤粉升温加快,改善燃烧条件,提高煤粉燃烧率。
    2.1.3.采用富氧喷煤技术。一般来说,富氧喷煤冶炼操作,富氧率提高1%,增加喷煤量在12~13kg/t,喷烟煤时增加喷煤量在17~23kg/t,可有效降低焦比。
    2.1.4.高炉采用干熄焦的焦炭生产(可降低入炉焦炭含水量),其焦比可降低2%,以本文所述高炉为例,全年可节约焦炭约1.8万t,按每吨焦炭1800元计,全年因此项节约焦炭产生的经济效益达3240万元。
    2.1.5.目前高炉普遍采用富氧喷吹煤粉的技术,但存在问题较多,因此,高炉利用喷煤的方法达到焦比的极小值是比较困难的。喷吹煤气(或焦炉煤气)可减少热收入项中碳素燃烧放热(碳素氧化热)的比例,增加喷吹煤气放热,可降低焦比、燃料比。
    2.2.减少铁水焓损失的途径
    2.2.1.所谓铁水罐“一罐到底”就是高炉承接铁水的铁水罐和转炉铁水罐为统一罐车,此过程温降少,温度起伏低,生产节奏快时,铁水罐到达高炉时包衬和包底温度还较高,使得高炉铁水流入铁水罐内温降相对较少,有利于减少铁水热损失。
    2.2.2.近年研究出在安全衬后用致密、高强度隔热板的鱼雷罐车,具体安装方法为在整个罐车中安装隔热层为第一层衬,再安装安全衬,最后一层为耐磨衬。已隔热的鱼雷罐车较无隔热的罐车中铁水温度平均可提高20℃。
    2.2.3.充分回收炉渣焓的途径
    近年来,各钢铁企业也加强了对炉渣热能回收方面的研究,目前有效的实现途径为:
    2.2.3.1.回收炉渣显热产生蒸汽,蒸汽用来发电或采暖;
    2.2.3.2.利用冲渣水采暖,将渣池内热水经沉淀、过滤、加压后供暖,并回流于渣池循环使用,首钢和鞍钢采用过此方法,可节省大量的能源及人力、物力。
    2.2.3.3.高炉渣干式粒化处理:目前国内外对此处理方式的研究已进入中试阶段,分为普通式和流化床式两类。

    本文通过对高炉的热平衡分析,找出高炉的主要节能方向为降低燃料消耗、减少铁水焓损失、充分回收炉渣和煤气焓、减少高炉热损失,探讨了上述几个节能方向的实现途径及节能效果,对今后开展高炉节能降耗方面的研究具有重要的现实意义。
 

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