高炉富氧喷吹焦炉煤气理论研究

 用计算模拟富氧喷吹焦炉煤气以后高炉直接还原度、焦比、入炉风量、炉腹煤气量、理论燃烧温度和炉顶煤气的变化,同时分析了富氧喷吹焦炉煤气对高炉冶炼可能带来的影响。计算结果表明：在保证高炉热量和理论燃烧温度满足高炉正常生产前提下,选择合适的富氧率和焦炉煤气喷吹量,可以使焦比降低至291kg/t,CO2的排放量减少6.1%,并且提高了煤气利用价值,增加企业的经济和环境效益。     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

富氢气体喷吹对高炉冶炼工况的影响规律

为了研究富氢气体进行高炉喷吹对于冶炼工况的影响，建立高炉喷吹富氢气体的能质平衡模型，研究了天然气、焦炉煤气、炉顶循环煤气喷吹量对燃料比、直接还原度、炉腹煤气量、氢利用率、炉腹煤气量以及CO₂排放量的影响。对风口理论燃烧温度的计算方法进行修正，将原燃料灰分吸热、未燃烧煤粉吸热、甲烷分解吸热等因素考虑在内，计算结果更精确。富氢气体喷吹可不同程度地降低直接还原度，发展间接还原，减少燃料消耗。当富氧率和焦比不变时，天然气对于直接还原度、风口焦炭质量、理论燃烧温度的影响最大，焦炉煤气其次，循环煤气最小。天然气、焦炉煤气、循环煤气喷吹量每提高10 m³,直接还原度分别降低0.014、0.009、0.002 4,风口燃烧焦炭量分别增加3.22、2.01、0.55 kg,理论燃烧温度分别增加20、14.33、10.17℃。高炉喷吹富氢气体后高炉CO₂产生量和排放量减少，其中天然气喷吹的CO₂减排效果最显著，与基准期相比，喷吹60 m³天然气时CO₂排放量减少了9.46%。     

氧气高炉喷吹CO2对冶炼参数的影响研究

采用物料平衡、热平衡方法,模拟计算了氧气高炉喷吹CO₂后理论燃烧温度、鼓风动能、焦比、炉腹煤气量、直接还原度及炉顶煤气量的变化规律。结果表明,随着CO₂喷入量增加,氧气高炉的理论燃烧温度和直接还原度降低,鼓风动能、焦比、炉腹煤气量和炉顶煤气热值提高。CO₂喷入量为100 m³/t时,理论燃烧温度降低到2 267℃,鼓风动能提高到1 780.41 kg·m/s,能够满足高炉炼铁的正常生产需求。     

高炉富氧鼓风技术的理论分析

研究了富氧喷煤条件下,高炉炉腹煤气量、理论燃烧温度的变化规律,同时对比分析了由富氧鼓风到全氧鼓风对高炉冶炼可能带来的影响.以一座4000m<'3>级高炉的生产指标为例,计算结果表明,这一高炉富氧率在0%～14%时,富氧率每提高1%,炉腹煤气量增加2.7%～3.9%,理论燃烧温度提高7～16K.如果单纯考虑炉腹煤气量对高炉冶炼的影响,在保持鼓风量不变的前提下,高炉所能接受的最大富氧率应该为12%左右.     

高炉富氧喷吹还原性气体工艺分析

为降低高炉炼铁中固体碳耗、高效利用冶金高温副产煤气,提出高炉富氧喷吹还原性气体工艺流程,建立基于物料平衡与热平衡的高炉数学模型,并修正了理论燃烧温度计算公式.应用该模型分别对传统高炉、炉缸富氧喷吹还原性气体以及炉身喷吹循环煤气的炼铁流程进行技术参数分析.结果表明,炉缸富氧喷吹还原性气体以及炉身喷吹循环煤气的炼铁流程中,...     

影响炉缸煤气成分与数量的因素

<正>鼓风湿度、鼓风含氧量和喷吹物等因素影响炉缸煤气成分和数量。当鼓风湿度增加时,由于水份在风口前分解出H2和O2,炉缸煤气中的含H2量和CO量增加而N2含量相对下降。喷吹含H2量较高的喷吹物时,炉缸煤气中H2量增加,CO和N2相对下降。     

钒钛磁铁矿冶炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力

高炉喷吹焦炉煤气可以充分发挥氢还原的作用,实现高炉冶炼的低碳绿色发展。为了分析高炉喷吹焦炉煤气的减排能力,以钒钛磁铁矿冶炼高炉的现场生产数据和炉内理化反应为基础建立质能平衡模型,研究焦炉煤气喷吹量对风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量的影响;建立一定约束条件下喷吹焦炉煤气的操作窗口,讨论其降碳减排能力。研究结果表明,在一定的富氧率、焦比、煤比和风温下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量均降低。当风温和煤比一定时,通过提高富氧率可以实现喷吹焦炉煤气高炉的热量补偿。随着焦炉煤气喷吹量的增加,富氧率提高、焦比降低。不喷吹焦炉煤气,钒钛磁铁矿高炉在富氧率为3%、焦比为380.0 kg/t(Fe)、煤比为130 kg/t(Fe)、风温为1 200℃操作条件正常运行时,其风口理论燃烧温度为2 075℃、炉顶煤气温度最低为120℃;当焦炉煤气喷吹量为55 m³/t(Fe)时,可以维持与不喷吹焦炉煤气时相同的理论燃烧温度和炉顶煤气温度,相应的富氧率为5.63%、焦比为371 kg/t,炉顶CO_2...     

高炉喷吹焦炉煤气热平衡规律研究

在物料平衡和热量平衡的基础上,以大型高炉生产数据为支撑,建立了高炉喷吹焦炉煤气的数学模型.通过理论计算,分析了理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分及炉缸区总热量与焦炉煤气喷吹量之间的关系,为综合评价新工艺的可行性提供依据.     

氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型

 为降低氧气高炉炼铁流程中循环煤气脱除CO2及煤气预热成本,提出了氧气高炉喷吹焦炉煤气炼铁流程,并建立了新流程能质平衡数学模型,应用该模型分别对传统高炉、传统高炉喷吹焦炉煤气、氧气高炉（鼓风氧体积分数为30%、40%、50%、100%）喷吹焦炉煤气炼铁流程主要技术参数进行计算并对比。结果表明,传统高炉喷吹少量焦炉煤气（30 m3/t）可降低燃料比13 kg/t,焦炉煤气置换焦炭的置换比为0.433 kg/m3,但是对其他参数影响不大。氧气高炉喷吹焦炉煤气流程随着富氧率提高,炉内还原势提高,CO和氢利用率下降,炉内存在还原剂表观过剩,非全氧鼓风条件下炉内没有发生氮气富集。新流程外供煤气总热值为3 000 MJ/t左右,与传统高炉相比变化不大,对现有钢铁联合企业煤气供需平衡影响较小。全氧高炉喷吹焦炉煤气炼铁流程相较于目前的高炉炼铁流程可节焦43%,增煤33%,总燃料比降低20%。     

Research on main technical parameters of blast furnace with natural gas injection

With the application and popularization of blowing natural gas in blast furnace, it is necessary to study the thermodynamic behavior of natural gas and the variation of operating parameters in blast furnace. By the second law of thermodynamics, the reduction behavior of blowing natural gas in blast furnaces was analyzed. Based on the material balance and heat balance model, the influence of oxygen enrichment, blast temperature and humidity on the blast furnace bosh gas volume and the theoretical combustion temperature in the front of tuyere raceway after natural gas injection were discussed. The quantitative analysis of dynamic coupling effect was realized by linear regression on the effect of key parameters. The results show that natural gas first absorbs heat at high temperature and cracks into CO and H2, which helps to improve the volume fraction and reduction potential of CO and H2 in the gas and promote the indirect reduction reaction. Natural gas injection into blast furnace leads to the rapid increase in the bosh gas volume and the rapid decrease in the theoretical combustion temperature. The change of humidity has a great influence on the bosh gas volume and the theoretical combustion temperature, followed by the oxygen enrichment. However, the blast temperature has a mild influence due to the limited potential to change relatively.     

富氧喷煤高炉能量变化的分析

用计算模拟不同的富氧率和喷煤量对高炉热量分布的影响。分析富氧高炉喷吹煤量后高炉入炉风量、热风带入热量、总热收入量及理论燃烧温度的变化对高炉冶炼的影响。探讨富氧喷煤高炉热量变化的特点,结果表明：在保证高炉热量合理分布的前提下,选择好合适的喷煤量和富氧率,可以使高炉热量分布合理,燃料比降低。     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

全氧喷吹高氢燃气高炉风口理论燃烧温度的模拟计算

通过对物料、热量平衡的计算得出全氧高炉喷吹高氢燃气工艺风口理论燃烧温度。从而可知,只要改变不同燃料的配比就能将风口理论燃烧温度控制在保证高炉稳定运行所需要的范围。     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明:氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.      

Mathematical Modeling and Exergy Analysis of Blast Furnace Operation With Natural Gas Injection

Blast furnace operation with natural gas (NG) injection is one of the effective measures to save energy, reduce CO₂ emission, and decrease environmental load for iron and steel industry. Numerical simulations on blast furnace operation with NG injection through tuyeres are performed in this paper by raceway mathematical model, multi‐fluid blast furnace model, and exergy analytical model. With increasing NG injection volume, the simulation results are shown as follows: (1) the theoretical flame temperature and bosh gas volume can be constant by decreasing blast volume and increasing oxygen enrichment. (2) The utilization rate of CO enhances while that of H₂ decreases. The proportion of H₂ in indirect reduction tends to be increased, which accelerates the reduction of burdens. The pressure drop shows that the permeability of blast furnace gets better. The blast furnace productivity is increased from 2.07 to 3.08 t · m^?3 · day^?1. The silicon content in hot metal is decreased from 0.26% to 0.05%. When BF operation with 125.4 kg · tHM^?1 NG injection, coke rate and carbon emission rate are decreased by 27.2% and 32.2%, respectively. (3) The thermodynamic perfection degree is increased from 88.40% to 90.50%, the exergy efficiency is decreased from 51.94% to 49.02% and the chemical exergy of top gas is increased from 4.69 to 6.22 GJ · tHM^?1. It is important to strengthen the recycling of top gas.     

降低燃料比和提高富氧率增加高炉产量

根据宝钢3号高炉的生产数据,分析了降低燃料比、提高富氧率对高炉强化的影响。认为在高炉允许的炉腹煤气量时,降低燃料比和提高富氧率,从而减少单位生铁的炉腹煤气量是高炉强化的决定性因素。对生产操作数据进行诺模化,制作成衡量高炉操作的诺模图,用来估计高炉运行的情况。