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.     

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。     

高炉喷吹还原气操作的数学模拟研究

副产煤气的高效利用对钢铁产业的节能降耗和环境保护意义重大。为此,提出了一个新的高炉风口喷吹高炉、转炉和焦炉煤气技术,并利用多流体高炉模型对其进行了详细模拟研究,预测了炉内现象和操作性能的变化。在维持回旋区温度、炉腹煤气量及渣面处铁水温度一致的条件下,模拟结果表明与现行常规操作相比,风口喷吹煤气后炉身温度下降,但整个炉内H₂/CO浓度显著提高,炉身烧结矿间接还原加速,产量明显增加,热利用效率明显改善。其中喷吹焦炉煤气效果最为显著,高炉CO₂产生量大幅度降低。随工艺氧制备等技术的进步,高炉喷吹副产煤气技术具有广阔的应用前景。     

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...     

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%。     

高炉喷吹改质焦炉煤气减少CO2排放的技术发展

在日本,自2008年起开始推进COURSE50项目,该项目隶属于国际钢铁协会的CO2减排计划的子项目,旨在通过创新技术在炼钢工艺中减少CO2的排放。这项计划通过氢气还原铁矿石,以及CO2捕获分离和回收等措施开发减少CO2排放的技术。计划中的一项关键技术是,通过改质的焦炉煤气,利用氢气还原技术来降低高炉中碳的消耗。通过软熔测试装置进行了还原试验来论证炉身喷吹的条件。结果表明,在炉身喷吹改质焦炉煤气能有效改善炉墙区域的透气性,喷吹的高氢含量改质焦炉煤气可增加间接还原度。得到了改质焦炉煤气的理想喷吹条件:改质焦炉煤气的喷吹量应控制在200Nm3/t以上,同时喷吹煤气的比例达到20%以上。建立了高炉炉身喷吹改质焦炉煤气的气固两相流冷态模型,以分析高炉内的煤气流分布。对炉内煤气流量、流速对气流分布的影响进行了研究。结果表明,从炉墙向内可穿透的最大距离为炉身半径的15%～20%。该结果表明,通过在炉身喷吹改质焦炉煤气来减少高炉碳消耗的可能性较大,由于利用氢还原比利用CO还原具有更高的反应效率,进而减少炼铁工艺的CO2排放。     

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。     

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%。     

混合喷吹煤粉和废塑料对高炉炉腹煤气的影响

为了研究混合喷吹时煤粉和废塑料对高炉炉腹煤气的影响,通过计算,得到喷吹不同比例混合的煤粉与废塑料时高炉炉腹煤气量及煤气成分。结果表明:随着混合燃料中废塑料比例增加,炉腹煤气量增加,煤气成分也相应改变;当PE(煤粉与聚乙烯)∶PP(聚丙烯)按5∶5混合时,炉腹煤气中φ(CO+H2)所占比例为47.96%,而单一喷吹煤粉时φ(CO+H2)所占比例为44.44%。     

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。