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%。     

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...     

鼓风参数对炉顶煤气循环高炉的影响分析

针对炉顶煤气循环高炉(TGRBF)的工艺特点,建立了此工艺的数学模型,根据模型的计算流程和给定的条件数据,计算出了一种给定条件下TGRBF的基本工艺参数,焦比180kg/t,煤比200kg/t,直接还原度为0.15;通过调整设定的鼓风温度和鼓风中的氧气含量,得出这2个参数变化对焦比、循环煤气量、鼓风量、炉顶煤气中CO含量、风口焦炭燃烧比例、循环煤气的富余量等参数的影响。     

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。     

高炉富CO2鼓风的煤气量及热平衡综合分析

为了探析高炉富CO₂条件下炉缸煤气量及热量损失,本文通过计算不同富CO₂率鼓风的炉缸煤气量,明确了炉缸煤气量各成分随富CO₂率的变化规律,在此基础上,根据CO₂+C=2CO的吸热反应,分析了富CO₂鼓风对燃料比、理论燃烧温度、冶炼强度及热平衡的影响。结果表明,按照1 kg燃烧碳量计算,鼓风CO₂含量提升1%（需要鼓风中带入0.0434 m³的CO₂）,炉缸煤气量中CO提高0.0868 m³,N₂下降0.1251 m³,总煤气量下降0.0817 m³。同时,带入的0.0434 m³的CO₂,其分解热量为306.20 kJ。     

顶煤气循环氧气高炉低碳炼铁技术综合评价

顶煤气循环氧气高炉工艺是一种新型高炉炼铁工艺，具有大幅降低燃料比、减少CO₂排放和提高铁水生产效率等优点。对于氧气高炉的内部生产状态、整体生产指标、能量利用以及经济效益等进行了深入的系统性研究。通过顶煤气循环氧气高炉多流体模型，对风口喷吹循环煤气与风口炉身同时喷吹循环煤气2种路线下不同操作参数对氧气高炉的冶炼状态、生产指标、氧气高炉的能量利用效率以及经济效益的影响进行了研究对比。结果表明，随着理论燃烧温度的增加，氧气高炉焦比上升，产量进一步增大，高炉的热力学完善度和■效率降低，氧气高炉的综合效益增加。在只有风口喷吹循环煤气的条件下，与理论燃烧温度2 000℃的案例相比，理论燃烧温度为2 184℃时，焦比上升至243.9 kg/t,产量增加至5 538.3 t/d,热力学完善度由90.69%降低至88.30%,经济效益由13 540万元/a上升至16 252万元/a。与风口喷吹循环煤气的路线相比，风口和炉身同时喷吹循环煤气的顶煤气循环氧气高炉具有更大的产量、节焦量、热力学完善度、■效率以及更高的综合经济效益。在理论燃烧温度为2 184℃,炉腹煤气流量为3 881 m...     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H₂O和CO₂含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明:三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H₂O和CO₂的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究

摘要：随着高炉喷吹天然气技术的应用推广,需要对天然气在高炉内的热力学行为及其操作参数的变化进行研究。利用热力学第二定律,分析了喷吹天然气在高炉内的热力学还原行为。并以物料平衡和热量平衡模型为基础,探讨了鼓风富氧、鼓风温度、鼓风湿度等工艺参量对喷吹天然气后高炉炉腹煤气量和风口回旋区理论燃烧温度的影响及其变化。利用高炉操作参数对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响结果进行线性回归,实现定量分析各因素之间的动态耦合效果。研究结果表明：天然气首先在高温下吸热裂解成CO和H2,有助于提高煤气中CO和H2的体积分数和还原势,促进间接还原反应的进行。高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量快速升高,理论燃烧温度快速降低。鼓风湿度的变化对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响很大,富氧率其次。而风温变化潜力有限,对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响相对较小。     

高炉处理烧结烟气脱硫脱硝理论分析

对利用高炉处理烧结烟气同时脱硫脱硝脱二噁英技术的可行性进行了理论探讨,分析高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物,以及分解二噁英的热力学条件,探讨烧结烟气代替空气鼓风对理论燃烧温度、风量、炉缸煤气、炉顶煤气和铁水硫含量的影响.结果表明:二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮的最低平衡体积分数分别为1.84×10^-13%、3.08×10^-11%和3.72×10^-21%,高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物是可行的;高炉具有分解二噁英的有利热力学条件;烟气中二氧化硫和一氧化碳对理论燃烧温度的影响可忽略,氮氧化物能略微提高理论燃烧温度,二氧化碳体积分数增加1%,理论燃烧温度降低大约40.5℃,但通过降低鼓风湿度和提高富氧率等措施,能达到高炉正常生产时的炉缸热状态水平;随着烟气中二氧化碳含量的增加,风量、炉缸和炉顶煤气量都逐渐降低,炉缸煤气一氧化碳和氢气含量增加,炉顶煤气中一氧化碳、氢气、二氧化碳和水含量都增加,氮气含量显著降低;铁水硫含量与烟气二氧化硫含量成正比,但当二氧化硫质量浓度达到2000 mg·m^-3,铁水中硫质量分数仅为0.025%,铁水质量仍合格.通过综合调节高炉操作参数,也可以实现烧结烟气代替空气鼓风进行高炉炼铁生产,达到脱硫脱硝脱二恶英的目的.     

基于工程计算法的高炉理论焦比计算模型

在传统工程计算法基础上考虑了煤粉燃烧、富氧和鼓风湿度等因素的影响,通过提出衡量高炉单位入炉碳量所引起热负荷变化量系数,建立了热损失的计算方法,再结合焦比和直接还原度的关系,建立了改善的高炉理论焦比计算模型。基于此改善模型,求解了国内某大型高炉的理论焦比和适宜直接还原度,并解析了鼓风温度、鼓风湿度、炉顶温度、矿石品位、焦炭灰分、焦炭硫含量、吨铁石灰石量、铁水硅含量、直接还原度及渣比等因素对焦比的影响规律。结果表明,高炉的理论焦比为277.15kg/t,适宜直接还原度为0.34,矿石品位、焦炭灰分、铁水硅含量和直接还原度等对焦比的影响较显著。此外,本模型较传统模型的计算值低,由此可见,以上因素对焦比的影响程度较此前减弱。     

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。     

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉综合数学模型

为了研究开发炉顶煤气循环μ氧气鼓风高炉炼铁新工艺,建立其综合数学模型.模型由高炉各个区域煤气成分计算方程、高炉上部空区热平衡模型、热化学平衡模型和炉身效率模型组成.用此模型计算了该炼铁工艺的基本工艺参数.结果表明:新工艺的焦比为200 kg·t^-1,煤比为200 kg·t^-1,相比传统高炉,燃料比降低22.9%;风口循环煤气量对风口理论燃烧温度影响较大,风口循环煤气量每增加10m³·t^-1时,风口理论燃烧温度降低17.6K.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的炼铁工艺参数,研究相同原料和燃料条件下的各个工艺参数的变化规律.     

喷吹循环煤气氧气高炉的静态模型

根据整体及各区域的物理化学约束条件建立了氧气高炉工艺综合数学模型.通过模型的计算结果对能量在不同区域的利用情况进行了分析.得出结论如下:氧气高炉无煤气循环流程的一次能耗很高,燃料比在600 kg/tHM以上,并且无法实现高温区和固体炉料区之间的能量匹配.炉顶煤气循环后,可以实现能量在高温区和固体炉料区的同时平衡;在同时满足全炉热平衡和区域热平衡的条件下,氧气高炉炉身喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度过高,而炉缸喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度偏低;对于氧气高炉炉身、炉缸同时喷吹循环煤气流程,随着循环煤气量的增大,焦比升高,煤比降低,理论燃烧温度可以维持在合理的范围内.     

全氧高炉风口喷吹烧结烟气的冶炼特征

摘要：建立了高炉或氧气高炉喷吹烧结烟气的数学模型,实现对烧结烟气利用与处理的目的。模拟结果显示：当烧结烟气喷吹温度为1250℃,全氧高炉的炉缸与炉身处各循环200m3/t炉顶煤气时,烧结烟气喷吹量每增加100m3/t,高炉理论燃烧温度降低约134℃,直接还原度增大0.02。随着烧结烟气喷吹量的增加,煤比逐渐增大,炉顶煤气中氮气含量逐渐增大,SO2浓度逐渐降低。当烧结烟气喷吹量达到894m3/t时,炉顶煤气中的SO2质量浓度为214.28mg/m3,与普通高炉相比,降低约1.48mg/m3;氮氧化物质量浓度为45.42mg/m3,低于普通高炉约6.36mg/m3。     

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.      

炉顶煤气循环氧气高炉的能耗和碳排放

基于相间传热传质和反应动力学理论,建立了由高炉本体一维模型、风口回旋区燃烧模型、CO2脱除单元模型和煤气预热单元模型组成的炉顶煤气循环氧气高炉工艺综合模型,研究了该新型炼铁工艺的可行性,分析了关键参数对综合能耗和碳排放的影响。研究结果表明:下排风口循环煤气流量需要维持在一定范围内来保持合理的理论燃烧温度;低温和高还原势的炉内环境有利于抑制焦炭气化反应,加强铁氧化物间接还原;氧气高炉的煤气输出量较少,但热值很高,能达到传统高炉煤气热值的2倍以上;焦炭消耗的减少显著降低了氧气高炉的输入总能量,即便是与副产煤气全部有效利用的传统高炉相比,氧气高炉仍具有综合能耗较低的优势;由于氧气鼓风和CO2分离过程消耗大量电力,氧气高炉的CO2间接排放要高于传统高炉,而CO2捕集和封存可显著降低氧气高炉系统的CO2直接排放;与传统高炉相比,氧气高炉系统的CO2直接排放可降低57.1%~59.0%,净排放可降低32.9%~40.4%,节碳减排效果显著。     

氧气高炉冶炼过程的炉内料柱升温和反应特性

根据氧气高炉冶炼过程对于炉料的升温和反应特性,研究出一次数模,并由此得到以下计算结果:(1)随着鼓风中氧浓度的增加而热流比增大,炉内温度降低和还原减慢。当热流比在0.9以上时有必要吹预热煤气;(2)实现低直接还原度、低燃料比的预热煤气量和温度的适当范围,与煤气量相一致的热流比为0.74～0.90,温度为600～1200℃;(3)虽然预热煤气成分影响小,但是,为确保炉顶以下的传热容量范围,预热煤气吹入的位置应在炉身上部;(4)由风口前的理论燃烧温度能控制在风口水平面处的固体温度,以及在低燃料比的情况下也可控制预热煤气量和温度;(5)操作燃料比的范围很宽,从500kg/t(吹入预热煤气)到1200kg/t(不吹入预热煤气)。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的三维数值模拟研究

炉顶煤气循环氧气高炉是一种全新的炼铁新工艺,它可以有效提高煤比、减少CO₂的排放.但是其复杂的燃烧条件将使煤粉在回旋区内的燃烧及高炉下部的行为发生很大变化.为了了解氧气高炉炼铁新工艺条件下喷吹煤粉的复杂现象,建立了一个氧气高炉条件下的氧煤枪-直吹管-风口-回旋区-焦炭床的三维数学模型,研究了氧气高炉下部的温度场、浓度场及煤粉的流动和燃烧特性.模拟结果表明,氧气高炉条件下的回旋区温度显著升高、高温区面积扩大,CO₂含量提高,焦炭床内CO含量显著增加.此外,与传统高炉相比,氧气高炉回旋区表面的煤粉燃尽率增加了10.24%.      

现有高炉改氧气高炉的工业试验方案探讨

以现有750 m~3高炉为平台,通过炉顶煤气循环、氧气鼓风进行炼铁基础研究与工艺技术开发,提出了以现有高炉改氧气高炉的工业试验方案。采用高富氧鼓风,高炉煤气自身循环利用,高炉煤气CO_2脱除技术的清洁生产工艺,重视二次能源的循环利用,降低高炉的直接还原度,降低燃料消耗,达到减少CO_2排放的目的,以获得先进的工序能耗指标和良好的经济效益。对物料平衡和热量平衡进行了理论计算,对生铁成本进行了对比分析。