关于我厂高炉热平衡的研究分析

1、关于我厂高炉热平衡的研究分析（特钢技术部 孟朝阳）摘要：本文从高炉节能降耗出发,以能量守恒为主要核心思想，全面地从高炉冶炼的每一项能量收入出发,经过中间过程复杂的能量交换和转化，最后到各个方面的能量支出，并用数学的方法计算了每个过程的能量转化情况。由热平衡计算结果可得出我厂现有820m³高炉热能利用指标,为评价和提升高炉利用水平,加强科学管理,降低燃料消耗提供依据。关键词： 高炉，热平衡计算，节能降耗1 概述热平衡计算是炼铁工艺计算的重要组成部分，通过对高炉冶炼过程的热量收入和支出的计算，能够了解高炉内的热量消耗状况，分析高炉冶炼过程的优劣，探讨进一步改善能量利用，降低燃料消耗的途径

2、。在追求高炉生产优质低耗的今天，高炉热平衡的测定和计算具有重要意义。1本文以我厂现有820m³高炉8月份的指标和数据为依据，对高炉实际的热平衡情况进行了计算，并结合实际生产情况对一些数据进行了估算和校核。本文采用的是全炉热平衡计算方法，结合热量收支情况，分析了本高炉的优劣，探索了目前热量利用方面存在的问题和改进方向2 原始数据的计算与补充2.1原始数据及计算数据表表1原料成分矿耗（kg）TfeFeOFe2O3CaOMgOSiO2烧结125951.707.1965.8611.822.745.81球团17661.7870.46787.7106.861块矿380585.5续表1水Al2O3

3、TiO2PS0.00 3.33 0.27 0.10 0.06 0.510 1.553 1.034 0.043 0.007 1.520.050.015表2焦炭成分焦炭挥发分灰分固定碳硫水分%1.53315.74582.7330.8489 一级焦：80焦 = 3：7表3煤粉成分煤粉挥发分灰分固定碳硫水分%20.640 9.726 67.992 0.535 15.738 无烟煤：烟煤 = 1:1表4除尘灰成分除尘灰TfeCCaOZn%33.99 21.42 5.26 1.87 表5铁水成分铁水FeCSiMn%93.58 4.83 0.50 0.57 续表5PSTiCrAs0.17 0.03 0.09

4、 0.21 0.01 表6煤气成分煤气COCO2N2CH4O2H2%27.18 15.03 56.75 0.13 0.80 0.12 M³513.16283.771071.442.4515.12.27表7炉渣成分炉渣CaOMgOSiO2FeOAl2O3S%34.46 10.47 32.19 0.75 15.58 0.9472.2实际生产参数测试期30天，日均产量2500t，有效容积820m³鼓风温度1160，鼓风湿度3.1%（体积）；炉顶温度150；入炉烧结矿温度为80。平均冶炼1t生铁消耗：焦比：458kg；煤比：150kg；矿耗1815kg；炉尘：20kg2.3原始数据

5、计算2.3.1煤气量计算燃料带入碳量：Cr=458×82.733%+150×67.99%=480.902kg铁水中碳量：C1=1000×4.83%=48.3kg炉尘中碳量：C2=20×21.42%=4.284kg气化碳量：C3=480.902-48.3-4.284=428.318kg生成CO2的量：VCO2=428.32×（5.03×22.4）/（27.18+15.03+0.13）×12=283.82m³生成CO的量：VCO=428.31×(27.18×22.4)/（27.18+15.03+0.

6、13）×12=513.24m³生成CH4的量：VCH4=428.31×（0.13×22.4）/（27.18+15.03+0.13）×12=2.45m³ MCH4=2.45×16/22.4=1.75kg焦炭中CH4的量：MCH4=458×0.067%=0.31kg煤气量：Vm=283.82/15.03=1888m³2.3.2渣量计算带入S量：S=458×0.848%+150×0.535%+1259×0.06%+176×0.007%+380×0.015%=5.

7、511kg煤气中S量：S1=5.511×5%=0.276kg铁水中S量：S2=1000×0.034%=0.34kg渣中S量：S3=5.511-0.276-0.34=4.895kg渣量：M渣=4.895/0.947%=516.9kg2.3.3水分计算焦炭带入水量：M1=458/（100%-9%）-458=45.3kg球团带入水量：M2=176/（100%-0.51%）-176=0.9kg煤粉带入水量：M3=150/（100%-15.74%）-150=28kg块矿带入水量：M4=380/（100%-1.5%）-380=5.8kg风量：V风=1888×56.75%/78

8、%=1373.6m³风中带入水量：M5=1373.6×3.1%×18/22.4=34.2kg2.3.4还原H2量计算焦炭带入H2量：M6=458×0.1%=0.458kg煤粉带入H2量：M7=150×1.14%=1.71kg煤气中H2量：M8=1888×（0.12%+2×0.13%）×2/22.4=0.32kg还原H2量：M9=0.458+1.71-0.32=1.848kg还原H2体积：V9=1.848×22.4/2=20.7m³3. 热平衡计算3.1 热量收入3.1.1碳素氧化热 3由C氧化1

9、m³ 成CO2放热=17955 kJ/m³由C氧化成1m³ 的CO放热=5262 kJ/m³碳素氧化热：Q1=283.12×17955+513.24×5262=7784088.48 kJ3.1.2热风带入热1160 时干空气的比焓为1639.68kJ/ m3 ，水蒸气的比焓为2018.52 kJ/ m3,热风带入热1：Q2=1373.6×（1-0.031）×1639.68+1373.6×0.031×2018.52=2268396.06kJ3.1.3成渣热由于使用70%的溶剂型烧结，CaO和MgO

10、已成渣，故不计算。13.1.4混合矿带入的物理热80 时混合矿的比热容为0.67 kJ/kg·混合矿带入的物理热：Q3=1259×0.67×80=67482.4 kJ3.1.5 H2氧化放热1m³ H2氧化成H2O放热10806.65 kJH2氧化放热：Q4=20.7×10806.65=223697.655 kJ3.1.6 CH4生成热31kg CH4生成热=77874.4/16=4865.29 kJCH4的生成热：Q5=（1.75-0.31）×16/22.4×4865.29=5004.3 kJ冶炼1t生铁总热为以上各热量的

11、总和：Q总收=7784088.48+2268396.06+67482.4+223697.655+ 5004.3=10348668.9 kJ3.2热量支出3.2.1 氧化物分解与脱硫耗热（1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中FeO以硅酸铁形态存在，烧结矿中FeO有20%以硅酸铁形态存在其余以Fe3O4，铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和 Fe2O3三部分组成。2M (FeO)硅酸铁=1259×0.0719×0.2+458×0.00591+150×0.0092=22.19kg去除进入渣中的FeO，它也以硅酸铁形式存在，计4.25 kg余下的硅酸铁为：M (F

12、eO)硅酸铁=22.19-4.25=17.94 kgM (FeO)四氧化三铁=1259×0.0719+176×0.00467-17.94=73.4kgM (Fe2O3)四氧化三铁=73.4×160/72=163.11kgM( Fe2O3)自由=1259×0.6586+176×0.8771-163.11=820.44 kg依据1kg铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。FeO硅酸铁分解热：Q7=17.94×4075.21=73109.27kJ， (4075.2 kJ/kg FeO硅酸铁)Fe4O3分解热：Q8=（73.4+163.11）&

13、#215;4799.98=1135243.27 kJ,（4799.98 kJ/kg Fe4O3）Fe2O3分解热：Q9=820.44×5152.94=4227678.09 kJ，（5152.94 kJ/kg Fe2O3）铁氧化物分解总热：Q氧化=73109.27+1135243.27 +4227678.09 =5436030.63kJ（2）锰氧化物分解热 ：Q10=1000Mn%×7366.02=1000×0.57%×7366.02=41986.31 kJ 式中   7366.02由MnO分解产生1kgM

14、n吸收的热量，kJ（3）SiO2分解热：Q11=1000×0.5%×31102.37=155511.85 kJ 式中   31102.37由SiO2分解产生1kg硅吸收的热量，kJ（4）Ca3(PO4)2分解热：Q12=1000×0.17%×35782.6=60830.42 kJ 式中   35782.6由Ca3(PO4)2分解产生1kg磷吸收的热量，kJ （5）脱S耗热：由于CaO脱硫耗热5401.23 kJ/ kg·S，MgO脱硫耗

15、热为8039.4 kJ/ kg·S，二者差别较大，故取其渣中成分比例（34.46：10.477:2）来计算平均脱硫耗热。1 kg硫的平均耗热=（5401.23×7/9+8039.04×2/9）=5987.4 kJ脱S耗热：QS=4.895×5987.4= 29308.323kJ氧化物分解和脱硫总热为上述（1）（5）项热耗之和，即Q总=5436030.63+41986.31+155511.85+60830.42+29308.323=5723667.53 kJ3.2.2水分分解热Q水=（34.2+28）×13454.1=836845.02 kJ 式

16、中   13454.1水分解吸热，kJ3.2.3喷吹物分解热Q煤=150×1256.1=188415 kJ (1256.1 kJ/kg煤粉)3.2.4炉料游离水的蒸发热 1kg水由20升温到100吸热334.94 kJ，再变成100水蒸气吸热2261 kJ总吸热为2595.96 kJQ游离水=（45.3+0.9+5.8）×2595.96=134989.92 kJ3.2.5生铁带走热炼钢生铁焓值为1172.36 kJ/kg，铁水带走热：Q铁水=1000×1172.36=1172360 kJ3.2.6炉渣带走热 炼钢铁渣焓值=1758.5

17、4 kJ/kg，炉渣带走热：Q炉渣=516.9×1758.54= 908989.326kJ3.2.7炉顶煤气带走热 表8 平均比热容kJ/（m³·）CO2 CO N2 H2 CH4 O21.787 1.313 1.313 1.302 1.82 1.314煤气带走热：Q煤气=（1.787×283.77+1.313×513.16+1.313×1071.44+1.302×2.27+1.82×2.45+1.314×15.1）×150= 392239.91kJ前7项和：Q=5723667.53+83684

18、5.02+188415+134989.92+1172360+908989.326+392239.91=9357506.71kJ3.2.8外部热损失Q外=10348668.9-9357506.71=991162.19kJ(包括散热和冷却水带走热)根据热收入与热支出数值列表于表9表9热平衡表序号收入项kJ%序号支出项kJ%1碳的氧化热7784088.4875.221分解与脱硫5723667.5355.312热风带入热2268396.0621.922水分分解836845.028.093炉料物理热67482.40.653喷吹物分解1884151.824H2的氧化热223697.6552.164游离水蒸发134989.921.305CH4的生成热5004.30.055铁水带走117236011.336炉渣带走908989.3268.787煤气带走392239.913.798外部热损失991162.199.58共计10348668.9100共计10348668.91003.3 热平衡指标计算（1）碳素热能利用系数Kc （2）热量有效利用系数K Kt= =86.63