高炉设计工艺计算课件

第五章高炉能量利用第五章高炉能量利用15.1高炉中能量交换风口前燃料燃烧产生髙温还原性煤气(CO+H2),为高炉冶炼提供了热能和化学能。煤气能量是否充分利用,直接关系到焦比、燃料比的高低和其它指标的改善。煤气和炉料之间良好的传热是传质的条件,也是改善高炉能量利用的关键。5.1高炉中能量交换25.1.1煤气在炉内上升过程中的变化高炉煤气自下而上穿过料层而运动时,以对流、传导、辐射等方式将热量传给炉料,同时进行着传质,使煤气在上升过程中,体积、成分和温度都发生了重大变化从图5-1看到,煤气的总体积(标准状态即0℃,0.1013Mpa)自下而上有所增加。通常鼓风时,炉缸煤气量(注:这是指体积而言)约为风量的121倍;而炉顶煤气量约为风量的135倍。喷吹燃料时,炉缸煤气量约为风量的1.30倍;而炉顶煤气量约为风量的145倍。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化35.1.1煤气在炉内上升过程中的变化高炉热效率高达78~86%,是各类冶金炉中最高者。沿高炉截面上,煤气温度分布是不均匀的,它主要取决于煤气分布。一般中心和边缘气流较发展,煤气温度也较高。改善煤气化学能利用的关键是提高cO利用率(nco)和H2利用率(ηH2)。炉顶煤气中CO2愈高,CO愈低,则煤气化学能利用愈好。反之,co2唐低,CO愈高,则化学能利用愈差(传质不良)。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化45.1.1煤气在炉内上升过程中的变化cO利用率一般表示为Ca+C乙10%(5-1)显然,在(cO2+CO)之和基本稳定不变的情况下,提高炉顶煤气cO2含量,意味着cO必然降低,而ηcO必然提高。这就是说,有更多的cO参与了间接还原变成了cO2,改善了煤气(cO)能量的利用5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化55.1.1煤气在炉内上升过程中的变化炉顶煤气温度(t)是高炉内煤气热能利用的标志。t愈低,说明炉内热交换愈充分,煤气热能利用愈好;反之,锧愈高,煤气热能利用愈差(传热不好)。炉顶煤气中的co(或cO2)含量和t顶又是互相联系,表现一致的。一般t顶高,cO含量也高,cO2含量则低,煤气能量利用变坏;反之,t而低,CO也低,cO2则高,煤气能量利用改善。这说明高炉内传热、传质过程是密切相关的。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化65.1.2高炉热交换前以指出,高炉内煤气温度仅几秒钟就由炉缸内的1750℃左右降低到炉顶处的200℃左右。而炉料(使用冷料)温度则在数小时内,由常温升高到风口水平处的1500℃左右。显然,在煤气和炉料之间进行着激烈的热交换。其基本方程可表示为C0=a·F·△td(5-2)式中dQd时间内,煤气传给炉料的热量;传热系数;炉料表面积;t—煤气与炉料之间的温度差,t=t5.1.2高炉热交换75.1.2高炉热交换由上式可知,单位时间内炉料所吸收的热量与炉料表面积,煤气和炉料温差、传热系数成正比。而a又与煤气速度、温度、炉料性质有关。在风量、煤气量、炉料性质一定的情况下,dQ主要取决于△t然而,由于沿高度上煤气与炉料温度不断变化,因而△也是变化的,这种变化规律可用图53表示。5.1.2高炉热交换85.1.2高炉热交换由图可见,沿高炉高度上煤气和炉料之间的热交换分为三段区域:I一上段热交换区;Ⅱ一中段热交换平衡区;Ⅲ一下段热交换区。在上、下两段热交换区(I和Ⅲ),煤气和炉料之间存在着较大的温差△t,而且下段比上段还大;△t随着高度而变化,在上段是愈向上愈大;在下段是愈向下愈大。因此在这两个区域存在着激烈的热交换。在中段(Ⅱ),△t较小,而且变化不大(<20℃),热交换不激烈,被认为是炉料和煤气之间热交换的动态平衡区,因此有人把它称为“空段”或“呆区”5.1.2高炉热交换95.1.2高炉热交换为研究并阐明这个问题,引用“水当量”概念。所谓水当量就是单位时间内通过高炉某一截面的炉料(或煤气),其温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量。简言之,水当量就是单位时间内使煤气或炉料温度改变1℃所产生的热量变化。炉料水当量W料=G料×C料煤气水当量W气=V×C气(5-3)式中:Gx、V料分别为通过高炉某一截面上的炉料量和煤气量C料、C气—分别为炉料热容和煤气热容5.1.2高炉热交换10高炉设计工艺计算课件11高炉设计工艺计算课件12高炉设计工艺计算课件13高炉设计工艺计算课件14高炉设计工艺计算课件15高炉设计工艺计算课件16高炉设计工艺计算课件17高炉设计工艺计算课件18高炉设计工艺计算课件19高炉设计工艺计算课件20高炉设计工艺计算课件21高炉设计工艺计算课件22高炉设计工艺计算课件23高炉设计工艺计算课件24高炉设计工艺计算课件25高炉设计工艺计算课件26高炉设计工艺计算课件27高炉设计工艺计算课件28高炉设计工艺计算课件29高炉设计工艺计算课件30高炉设计工艺计算课件31高炉设计工艺计算课件32高炉设计工艺计算课件33高炉设计工艺计算课件34高炉设计工艺计算课件35高炉设计工艺计算课件36高炉设计工艺计算课件37高炉设计工艺计算课件38高炉设计工艺计算课件39高炉设计工艺计算课件40高炉设计工艺计算课件41高炉设计工艺计算课件42高炉设计工艺计算课件43高炉设计工艺计算课件44高炉设计工艺计算课件45高炉设计工艺计算课件46高炉设计工艺计算课件47高炉设计工艺计算课件48高炉设计工艺计算课件49高炉设计工艺计算课件50高炉设计工艺计算课件51高炉设计工艺计算课件52高炉设计工艺计算课件53高炉设计工艺计算课件54高炉设计工艺计算课件55高炉设计工艺计算课件56高炉设计工艺计算课件57高炉设计工艺计算课件58高炉设计工艺计算课件59高炉设计工艺计算课件60高炉设计工艺计算课件61高炉设计工艺计算课件62高炉设计工艺计算课件63高炉设计工艺计算课件64高炉设计工艺计算课件65高炉设计工艺计算课件66高炉设计工艺计算课件67高炉设计工艺计算课件68第五章高炉能量利用第五章高炉能量利用695.1高炉中能量交换风口前燃料燃烧产生髙温还原性煤气(CO+H2),为高炉冶炼提供了热能和化学能。煤气能量是否充分利用,直接关系到焦比、燃料比的高低和其它指标的改善。煤气和炉料之间良好的传热是传质的条件,也是改善高炉能量利用的关键。5.1高炉中能量交换705.1.1煤气在炉内上升过程中的变化高炉煤气自下而上穿过料层而运动时,以对流、传导、辐射等方式将热量传给炉料,同时进行着传质,使煤气在上升过程中,体积、成分和温度都发生了重大变化从图5-1看到,煤气的总体积(标准状态即0℃,0.1013Mpa)自下而上有所增加。通常鼓风时,炉缸煤气量(注:这是指体积而言)约为风量的121倍;而炉顶煤气量约为风量的135倍。喷吹燃料时,炉缸煤气量约为风量的1.30倍;而炉顶煤气量约为风量的145倍。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化715.1.1煤气在炉内上升过程中的变化高炉热效率高达78~86%,是各类冶金炉中最高者。沿高炉截面上,煤气温度分布是不均匀的,它主要取决于煤气分布。一般中心和边缘气流较发展,煤气温度也较高。改善煤气化学能利用的关键是提高cO利用率(nco)和H2利用率(ηH2)。炉顶煤气中CO2愈高,CO愈低,则煤气化学能利用愈好。反之,co2唐低,CO愈高,则化学能利用愈差(传质不良)。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化725.1.1煤气在炉内上升过程中的变化cO利用率一般表示为Ca+C乙10%(5-1)显然,在(cO2+CO)之和基本稳定不变的情况下,提高炉顶煤气cO2含量,意味着cO必然降低,而ηcO必然提高。这就是说,有更多的cO参与了间接还原变成了cO2,改善了煤气(cO)能量的利用5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化735.1.1煤气在炉内上升过程中的变化炉顶煤气温度(t)是高炉内煤气热能利用的标志。t愈低,说明炉内热交换愈充分,煤气热能利用愈好;反之,锧愈高,煤气热能利用愈差(传热不好)。炉顶煤气中的co(或cO2)含量和t顶又是互相联系,表现一致的。一般t顶高,cO含量也高,cO2含量则低,煤气能量利用变坏;反之,t而低,CO也低,cO2则高,煤气能量利用改善。这说明高炉内传热、传质过程是密切相关的。5.1.1煤气在炉内上升过程中的变化745.1.2高炉热交换前以指出,高炉内煤气温度仅几秒钟就由炉缸内的1750℃左右降低到炉顶处的200℃左右。而炉料(使用冷料)温度则在数小时内,由常温升高到风口水平处的1500℃左右。显然,在煤气和炉料之间进行着激烈的热交换。其基本方程可表示为C0=a·F·△td(5-2)式中dQd时间内,煤气传给炉料的热量;传热系数;炉料表面积;t—煤气与炉料之间的温度差,t=t5.1.2高炉热交换755.1.2高炉热交换由上式可知,单位时间内炉料所吸收的热量与炉料表面积,煤气和炉料温差、传热系数成正比。而a又与煤气速度、温度、炉料性质有关。在风量、煤气量、炉料性质一定的情况下,dQ主要取决于△t然而,由于沿高度上煤气与炉料温度不断变化,因而△也是变化的,这种变化规律可用图53表示。5.1.2高炉热交换765.1.2高炉热交换由图可见,沿高炉高度上煤气和炉料之间的热交换分为三段区域:I一上段热交换区;Ⅱ一中段热交换平衡区;Ⅲ一下段热交换区。在上、下两段热交换区(I和Ⅲ),煤气和炉料之间存在着较大的温差△t,而且下段比上段还大;△t随着高度而变化,在上段是愈向上愈大;在下段是愈向下愈大。因此在这两个区域存在着激烈的热交换。在中段(Ⅱ),△t较小,而且变化不大(<20℃),热交换不激烈,被认为是炉料和煤气之间热交换的动态平衡区,因此有人把它称为“空段”或“呆区”5.1.2高炉热交换775.1.2高炉热交换为研究并阐明这个问题,引用“水当量”概念。所谓水当量就是单位时间内通过高炉某一截面的炉料(或煤气),其温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量。简言之,水当量就是单位时间内使煤气或炉料温度改变1℃所产生的热量变化。炉料水当量W料=G料×C料煤气水当量W气=V×C气(5-3)式中:Gx、V料分别为通过高炉某一截面上的炉料量和煤气量C料、C气—分别为炉料热容和煤气热容5.1.2高炉热交换78高炉设计工艺计算课件79高炉设计工艺计算课件80高炉设计工艺计算课件81高炉设计工艺计算课件82高炉设计工艺计算课件83高炉设计工艺计算课件84高炉设计工艺计算课件85高炉设计工艺计算课件86高炉设计工艺计算课件87高炉设计工艺计算课件88高炉设计工艺计算课件89高炉设计工艺计算课件90高炉设计工艺计算课件91高炉设计工艺计算课件92高炉设计工艺计算课件93高炉设计工艺计算课件94高炉设计工艺计算课件95高炉设计工艺计算课件96高炉设计工艺计算课件97高炉设计工艺计算课件98高炉设计工艺计算课件99高炉设计工艺计算课件100高炉设计工艺计算课件101高炉设计工艺计算课件102高炉设计工艺计算课件103高炉设计工艺计算课件104高炉设计工艺计算课件105高炉设计工艺计算课件106高炉设计工艺计算课件107高炉设计工艺计算课件108高炉设计工艺计算课件109高炉设计工艺计算课件110高炉设计工艺计算课件111高炉设计工艺计算课件112高炉设计工艺计算课件113高炉设计工艺计算课件114高炉设计工艺计算课件115高炉设计工艺计算课件116高炉设计工艺计算课件117高炉设计工艺计算课件118