高炉热平衡分析炼铁工艺的节能方向

　　摘 要 以某高炉炼铁过程中的热平衡为研究对象，将高炉内部热平衡分析作为节能控制的分析途径，提出了优化炉内煤气流速与分布、增加高炉内部炉料的表面积、提高热传导性能、使用富氧喷煤技术以及充分回收炉渣焓等节能措施，形成了基于高炉热平衡的节能改造方向。

　　关键词 高炉；热平衡；节能

　　中图分类号TF5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0066-02

　　高炉热平衡是保证高炉热效率，提高高炉热能利用能力以及增加高炉热工特性的重要途径。针对高炉炼铁工艺节能改造的过程中，通过高炉热平衡来分析炼铁工艺中存在的节能缺陷，最终提出针对性的节能措施，是炼铁工艺节能的一个重要方法。

　　1 某高炉节能改造前概况

　　根据盖斯定律，在忽略高炉内部的具体反应过程，而只考虑物料进入炉内的状态，并将之作为反应的起点，之后将产出状态作为反应终点，对高炉内部的热平衡状态进行分析计算。在整个反应过程中，热收入项目主要包括风口前碳素燃烧热量的释放、炼铁工艺的直接还原发热（C氧化成CO）、炼铁过程中的间接还原放热（CO 氧化成CO2，H2 氧化成H2O）、热风携带的热量、少量的成渣热以及炉料带入的热量等。而炉内的热释放主要包括脱硫，氧化物的分解，溶剂的分解，炉渣焓、铁水焓、炉顶煤气焓以及冷却水带走的其他热损失。

　　通过采用对应的热平衡检验方式，得到表1中所示的高炉热平衡计算结果。从表1 的具体数据分析可知，高炉的热收入项目中，碳素氧化热占到高炉热收入总量的77.8%，主要来自高炉的焦炭以及煤粉燃烧发热，因此可以将之作为高炉节能的主要方向。

　　2 节能改造措施

　　2.1 优化炉内煤气流速与分布

　　煤气内部传递给炉内的热量与煤气内部的流速以及气体内部的分布情况存在着直接关系。当煤气量越大时，炉内的煤气流速将增加，热交换量将增加，这时炉料的吸热能力也增强，但是炉内顶部温度的数值变化也增加，煤气带走的热量损失也增大。所以，煤气含量以及流速之间存在着一个最优值。通过使用高压以及超高压的操作方式，增加炉内边缘的矿焦比，将能够有效的提高高炉的热交换效率，同时降低煤气带走的热量，减少由此带来的热量损失。

　　对于高炉的炉墙处，当煤气量越少时，煤气的流速就越低，这时热交换量就越少，炉内的热负荷量将下降，所造成的热损失将减少。所以，可以在此处采用分装多环布料的方式来提高高炉的边沿矿焦比。不但能够减少煤气量，而且还能够降低煤气的流速，提高煤气与内部炉料的接触时间。

　　2.2 增加高炉内部炉料的表面积

　　通过增加高炉料的总表面积，使得气—固之间的接触面积增加，是提高热交换效率以及降低炉顶煤气温度的重要途径。高炉料的总表面积是所有投入炉内表面积的总和，其可以按照颗粒表面积的计算公式计算得到，通常影响高炉料表面积的主要是颗粒的直径。当高炉料总量一定时，若颗粒平均直径越小，则炉料的总表面积将增加，开口空隙度越大，表面积也越大。

　　当入炉料总量增加时，高炉料的颗粒就越多，炉料的总表面积就越大。但是原料的粒度要远远小于燃料的粒度，所以在同样的炉容条件下，通过控制料线来提高入炉料量是一个有效的措施，增加高炉工作容积、入炉原料量也能够提高高炉的矿焦比。

　　2.3 提高热传导性能

　　当采用的炉料导热能力越好时，炉内煤气的传热性能将得到明显改善，炉内的热交换量也得到提高，煤气带走的热量也就越小，造成的热损失也减小。所以，提高品位、矿石的还原性以及增加预还原料的用量等方式都能够有效的改善炉料的导热能力，达到增加炉内热交换量、降低炉顶温度的目的。