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1、,第五章高炉能量利用,5.1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。,5.1.1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
2、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高炉热效率高达7886%,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(H2)。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
3、顶煤气cO2含量,意味着cO必然降低,而cO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。,5.1.2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
4、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=aFtd(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=t,5.1.2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高炉热交换由图可见,沿高
5、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;一中段热交换平衡区;一下段热交换区。在上、下两段热交换区(I和),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(),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=VC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,
