本文從高爐熱平衡分析入手,追蹤高爐冶煉行程中熱能的分配去向,找出煉鐵工藝的節(jié)能方向及實現(xiàn)途徑,提高高爐熱能利用率,對今后高爐進行節(jié)能降耗的研究開發(fā)具有重要現(xiàn)實意義。
高爐熱平衡分析
以某鋼廠新建的1座3200m3高爐為例(其它高爐可能因爐容、原燃料條件不同等原因,熱平衡計算數(shù)據(jù)與本次計算存在差異),該爐熱平衡計算的計算條件如下表所示:
表1 高爐熱平衡計算條件
一、原燃料、爐塵成分 | |||||
原料 | kg/THM | TFe(%) | S(%) | C(%) | H2O(%) |
燒結(jié)礦 | - | 55.07 | 0.043 | - | - |
球團礦 | - | 58.03 | 0.002 | - | - |
塊礦 | - | 65.03 | 0.011 | - | 1.24 |
爐塵 | 20.17 | 36.94 | 0.34 | 31.772 | - |
二、燃料成分 | |||||
燃料 | kg/THM | CF(%) | 灰分(%) | 揮發(fā)分(%) | H2O(%) |
焦炭 | 360 | 86.83 | 11.8 | 0.89 | - |
煤粉 | 180 | 82.94 | 11.05 | 3.86 | 1.80 |
以蓋斯定律為基礎(chǔ),不考慮爐內(nèi)的反應(yīng)過程,而以物料入爐狀態(tài)為起點,產(chǎn)出狀態(tài)為終點,進行高爐熱平衡計算。熱收入項包括風(fēng)口前碳素燃燒放熱,直接還原放熱(C氧化成CO),間接還原放熱(CO氧化成CO2,H2氧化成H2O),熱風(fēng)帶入的熱量,少量成渣熱和爐料帶入的熱量(本次計算忽略此項);熱支出項包括氧化物分解,脫硫,溶劑分解,爐渣焓,鐵水焓,爐頂煤氣焓,冷卻水帶走和散熱損失等。
全爐熱平衡計算結(jié)果如下表:
表2 全爐熱平衡表
項 目 | 數(shù) 量 | |
GJ/t | % | |
熱收入: | ||
Q1風(fēng)口前碳素燃燒 | 2.94 | 27.35 |
Q2 直接還原C氧化成CO | 1.00 | 9.30 |
Q3 間接還原CO氧化成CO2 | 4.40 | 40.93 |
Q4 間接還原H2氧化成H2O | 0.36 | 3.35 |
Q5熱風(fēng)帶入 | 2.05 | 19.07 |
Q總熱收入: | 10.75 | 100.00 |
熱支出: | ||
Q1’氧化物分解 | 7.94 | 73.86 |
Q2’脫硫 | 0.02 | 0.19 |
Q3’爐渣焓 | 0.64 | 5.95 |
Q4’鐵水焓 | 1.24 | 11.53 |
Q5 煤氣焓 | 0.47 | 4.37 |
Q6’冷卻和其它熱損失 | 0.44 | 4.09 |
Q’總熱支出: | 10.75 | 100.00 |
熱效率 | ||
生鐵單位熱耗 |
從表2可以看出,在高爐的熱收入項中,碳素氧化熱(Q1、Q2、Q3)占總熱收入(Q)的77.58%,主要來自入爐的焦炭和煤粉,是高爐的節(jié)能重點。從上述熱收入結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)可得,高爐的主要節(jié)能方向為降低燃料消耗,亦即降低焦比、燃料比。
2.實現(xiàn)途徑
2.1.降低燃料消耗的途徑
2.1.1.提高入爐精料水平的有效工藝
槽下供料篩分、整粒工藝:入爐料的粉末每降低1%,可使高爐利用系數(shù)提高0.4%~1.0%,入爐焦比降低0.5%。
燒結(jié)礦分級入爐工藝:燒結(jié)礦分級入爐后礦倉燒結(jié)礦粉化率降低1.8%,燃料比降低4.3kg/tFe,生鐵含硅降低0.05%。
焦丁回收工藝:根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗焦丁對焦炭的置換比是大于1.05,在一定的冶煉條件下,改善了爐內(nèi)的透氣性,提高了煤氣利用率,起到了增產(chǎn)節(jié)焦,降低噸鐵成本的效果。
2.1.2.高爐的熱風(fēng)溫度可以增加帶入高爐的熱量,減少熱收入項中碳素燃燒放熱(碳素氧化熱)的比例,降低高爐的燃料消耗。同時,可使煤粉升溫加快,改善燃燒條件,提高煤粉燃燒率。
2.1.3.采用富氧噴煤技術(shù)。一般來說,富氧噴煤冶煉操作,富氧率提高1%,增加噴煤量在12~13kg/t,噴煙煤時增加噴煤量在17~23kg/t,可有效降低焦比。
2.1.4.高爐采用干熄焦的焦炭生產(chǎn)(可降低入爐焦炭含水量),其焦比可降低2%,以本文所述高爐為例,全年可節(jié)約焦炭約1.8萬t,按每噸焦炭1800元計,全年因此項節(jié)約焦炭產(chǎn)生的經(jīng)濟效益達3240萬元。
2.1.5.目前高爐普遍采用富氧噴吹煤粉的技術(shù),但存在問題較多,因此,高爐利用噴煤的方法達到焦比的極小值是比較困難的。噴吹煤氣(或焦爐煤氣)可減少熱收入項中碳素燃燒放熱(碳素氧化熱)的比例,增加噴吹煤氣放熱,可降低焦比、燃料比。
2.2.減少鐵水焓損失的途徑
2.2.1.所謂鐵水罐“一罐到底”就是高爐承接鐵水的鐵水罐和轉(zhuǎn)爐鐵水罐為統(tǒng)一罐車,此過程溫降少,溫度起伏低,生產(chǎn)節(jié)奏快時,鐵水罐到達高爐時包襯和包底溫度還較高,使得高爐鐵水流入鐵水罐內(nèi)溫降相對較少,有利于減少鐵水熱損失。
2.2.2.近年研究出在安全襯后用致密、高強度隔熱板的魚雷罐車,具體安裝方法為在整個罐車中安裝隔熱層為第一層襯,再安裝安全襯,最后一層為耐磨襯。已隔熱的魚雷罐車較無隔熱的罐車中鐵水溫度平均可提高20℃。
2.2.3.充分回收爐渣焓的途徑
近年來,各鋼鐵企業(yè)也加強了對爐渣熱能回收方面的研究,目前有效的實現(xiàn)途徑為:
2.2.3.1.回收爐渣顯熱產(chǎn)生蒸汽,蒸汽用來發(fā)電或采暖;
2.2.3.2.利用沖渣水采暖,將渣池內(nèi)熱水經(jīng)沉淀、過濾、加壓后供暖,并回流于渣池循環(huán)使用,首鋼和鞍鋼采用過此方法,可節(jié)省大量的能源及人力、物力。
2.2.3.3.高爐渣干式?;幚恚耗壳皣鴥?nèi)外對此處理方式的研究已進入中試階段,分為普通式和流化床式兩類。
本文通過對高爐的熱平衡分析,找出高爐的主要節(jié)能方向為降低燃料消耗、減少鐵水焓損失、充分回收爐渣和煤氣焓、減少高爐熱損失,探討了上述幾個節(jié)能方向的實現(xiàn)途徑及節(jié)能效果,對今后開展高爐節(jié)能降耗方面的研究具有重要的現(xiàn)實意義。