高炉喷吹焦炉煤气低碳炼铁新工艺的数学模拟

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当前,高炉炼铁面临着高产、低污染、节能减排的巨大压力。但常规的高炉炼铁技术已趋于成熟,其操作性能已经达到一个较高的水平,而且基本趋于稳定,要进一步提高效率、减少污染、节能减排将会很难做到。因此,一些新型的炼铁工艺被提出来,其中包括高炉喷吹还原气(高炉炉顶煤气、焦炉煤气、天然气等)技术。本文采用风口回旋区数学模型、多流体高炉数学模型以及Exergy分析模型对高炉风口喷吹焦炉煤气炼铁新工艺操作进行了数学模拟研究。  在保持回旋区温度、炉腹煤气量以及铁水温度一致的前提下,将焦炉煤气代替部分鼓风,常温下喷入高炉风口。利用回旋区数学模型、多流体高炉数学模型以及Exergy分析模型对高炉喷吹0 kg/thm、24.72 kg/thm、46.2 kg/thm、63.94 kg/thm焦炉煤气四种不同操作下进行了详细的模拟研究,研究结果如下:  (1)随着焦炉煤气喷吹量的增加,炉内CO和H2的摩尔浓度增加,H2在间接还原中所占的比例也大幅度增加,炉内还原气氛加强,含铁炉料的还原速率加快;  (2)随着焦炉煤气喷吹量的增加,软熔带的位置下降,厚度变薄,压力损失△P降低,这些变化改善了高炉料柱的透气性,促进了炉料顺行下降,进而增加了高炉生铁产量,同时生铁Si含量降低,改善了生铁的质量;  (3)随着焦炉煤气喷吹量的增加,炉身温度显著下降,炉顶煤气带走的热量减少,通过炉墙散失的热量也减少,吨铁的热量消耗大幅度降低,高炉的热量利用效率提高;同时焦比、煤比以及全部还原剂的消耗量均出现了不同程度的下降,高炉热力学利用效率提高,节焦效果明显,碳排放明显减少;  (4)随着焦炉煤气喷吹量的增加,高炉的普遍Exergy效率和目的Exergy效率均呈提高趋势。同时由于富氧率的增加,减少了高炉内部的Exergy损失。炉身温度的下降,降低了外部的Exergy损失。但炉顶煤气的化学Exergy随着焦炉煤气喷吹量的增加而上升,应加强炉顶煤气的化学Exergy的回收。
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