2023年《安全技术》之从高炉热平衡分析看炼铁工艺节能方向.docx

从高炉热平衡分析看炼铁工艺节能方向 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     以盖斯定律为根底，不考虑炉内的反响过程，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，直接复原放热（C氧化成CO），间接复原放热（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 直接复原C氧化成CO 1.00 9.30 Q3 间接复原CO氧化成CO2 4.40 40.93 Q4 间接复原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，降低吨铁本钱的效果。     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到达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.近年研究出在平安衬后用致密、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，再安装平安衬，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。