從高爐熱平衡分析看煉鐵工藝節能方向

江蘇申特鋼鐵有限公司 213300

摘要：探究高爐煉鐵中的熱平衡原理，分析出煉鐵工藝的節能方向，從而提出煉鐵工藝的節能改造措施。

關鍵詞：高爐熱平衡；煉鐵工藝；節能

煉鐵耗能在鋼鐵生產中占有很大的比例，在鋼鐵業沒有完善的節能工藝，將面臨著極大的資源浪費，實現鋼鐵業的節能主要對煉鐵進行節能改造。隨著社會的不斷發展，國家正在創建節約型社會，煉鐵工藝面臨著節能改造。高爐熱平衡是煉鐵工藝的技術原理，通過這一技術原理分析煉鐵工藝中存在的節能缺陷，提出高爐煉鐵工藝的節能改造措施，從而降低煉鐵能耗、降低成本，提高企業的經濟效益和競爭力，促進社會發展。

一、高爐熱平衡分析

根據蓋斯定律，將高爐的反應起點定為物料開始進入高爐內的狀態，不考慮爐內物料的具體反應過程，最后將物料產出狀態作為反應終點。通過對冶煉工藝高爐熱平衡中熱能分配去向進行分析，探討高爐節能方向、熱能的分配，如表1、表2 所示：

表1 高爐熱平衡收入表

項目噸熱收入（標煤）/kg比例（%）

Q1碳素氧化熱262.878.82

Q2熱風帶入熱64.419.32

Q3氫氧化放熱3.51.05

Q4成渣熱0.30.09

Q5爐熱帶入熱2.40.72

總和333.4100

表2高爐熱平衡支出表

項目噸熱支出（標煤）/kg比例（%）

Q’1氧化物分解及脫硫233.855.97

Q’2碳酸鹽分解4.71.13

Q’3水分分解9.22.20

Q’4游離水蒸發2.20.53

Q’5煤粉分解1.40.34

Q’6鐵水帶走43.210.34

Q’7爐渣帶走28.96.92

Q’8爐頂煤氣及水汽帶走18.24.36

Q’9冷卻水帶走7217.24

Q’10爐殼散熱0.10.02

Q’11風冷爐底帶出0.10.02

Q’12爐塵帶出0.10.02

Q’13熱風管道損失3.80.91

總和417.7100

從表1、表2中可以看出，熱收入的主要項目有碳素氧化釋放的熱量、熱風帶入熱、冶煉過程中的氫氧化放熱、爐熱帶入熱及少量的成渣熱，碳素氧化熱占熱收入的78.82%。爐內熱支出項目主要是氫氧化物分解及脫硫，碳酸鹽、水分、煤粉的分解，游離水蒸發，鐵水、爐渣帶走等有效熱的支出，及爐頂煤氣和水汽、冷卻水帶走，爐殼散熱，風冷爐底、爐塵帶出及熱風管道損失等無效熱的支出。因此，得出高爐熱平衡的節能改造主要方向是，增加熱收入，減少有效熱支出和充分利用無效熱支出。

二、高爐熱平衡節能改造措施

（一）提高風溫

熱風溫度的來源是煤氣的燃燒，熱風爐是將煤氣的化學能轉換為鼓風熱能的轉換器。在高爐內的置換過程是以煤氣取代了焦和煤，因此，合理地選擇風溫需要考慮到風溫提高后增加的煤氣熱值與高爐節焦量、獲得高風溫的可能性與代價、等量煤氣的價值比。綜合考慮以上的條件，通過煤氣脫水、熱風爐及管道保溫、增防治漏風、煤氣預熱、改善燃燒技術、充足的燃燒空氣、增加蓄熱面積等方法來提高熱風爐的效率，達到提高風溫的目的。

（二）增加爐料的表面積

增加高爐內爐料的表面積，即增加爐料與空氣的接觸面積，達到提高熱交換效率和降低爐頂煤氣溫度的目的。高爐料總面積即爐內料的總面積，是爐內所有顆粒變面積之和。決定爐料總面積的是爐料顆粒的大小，當高爐總容量一定時，爐料顆粒越小則爐料的總面積越大。

高爐的總容量一定時，爐料的顆粒越小，入爐料的總量就會增加，與此同時，爐料的總面積增加。在同樣的爐容量下，通過控制粒料的大小可提高入爐料量，以增加入爐料量和高爐的工作容積的方式來提高高爐的礦焦比。

（三）提高噴煤量

提高噴煤量，通常采用富氧噴煤技術，通過提高富氧率和噴煤量，以噴煤代替焦炭，達到降低工序中的耗能，促進噴煤的利用率，從而降低焦比的目的。一般富氧率提高1%，噴煤量增加至12kg/t～13 kg/t，噴煙煤時增加噴煤量為17 kg/t～23 kg/t。

在高爐采用干熄焦生產時，可以通過降低入爐焦炭的含水量，能把焦比降低2%。這樣的方法在提高冶煉熱效率的同時，還能夠提高企業的經濟效益。

提高噴煤量，可以降低焦比，達到提高冶煉熱效率的目的。但目前所采用的噴煤技術無法將焦比值最小化，因此，在冶煉中常采用焦爐煤氣和噴吹煤氣的方式來減少熱收入項目中碳素燃燒的放熱量，達到增加噴吹煤氣的釋放熱量，降低焦比的目的。

（四）爐渣和無效熱支出的回收與利用

高爐冶煉工藝的節能途徑除了降低能源消耗量，提高熱效率以外，還有另外一種途徑可以達到節能的目的，即能源的回收與利用。近年來，各大鋼企都在通過回收爐渣熱能和無效支出熱能的來提高整個冶煉工藝的熱能利用率，達到企業的工藝節能、生產節能的目的。

（1）爐渣熱能的回收與利用

對爐渣的回收利用主要用于人們的日常生活方面：將回收的爐渣用于生產蒸汽，將獲得的蒸汽用于小區的發電和供暖；或者利用沖渣產生的蒸汽直接運用到小區供暖，渣池中的熱水經過處理之后同樣用于供暖，并對回流到渣池中的水進行循環利用，這樣的方式不但能夠節約大量的能源，還能為國家節省大量的人力、物力和財力。

（2）無效熱支出額回收與利用

無效熱支出包括爐頂煤氣和水汽、冷卻水帶走，爐殼散熱，風冷爐底、爐塵帶出及熱風管道損失等熱能。高爐煤氣可以運用到制取高附加值化工產品方面，利用煤氣中的CO制成炭黑、草酸等化工產品，同樣可以利用煤氣發電，將高爐煤氣回收作為燃料，供應鍋爐生產蒸汽，將獲得的蒸汽用于供暖和發電。高爐冷卻水同樣可以利用高差來發電，將冷卻水從集水槽底引流入位于爐臺下的水輪發電機，將冷卻水產生的動能轉化為電能，實現資源的再利用。

結束語

綜上所述，本文通過對高爐熱平衡的分析，探討高爐冶煉工藝的節能方向以及節能改造措施。主要是從減少能源的消耗和能源的回收與利用，對高爐煉鐵工藝進行節能改造。減少能源消耗的措施主要是通過提高風溫、增加爐料表面積、提高噴煤量來實現；能源的回收利用主要是對爐渣和無效熱支出的二次利用，通過轉化熱能的形式，適應于小區的供暖和供電系統。高爐冶煉工藝的節能改造不僅可以節約能源，還能為企業帶來巨大的經濟效益，增強企業的競爭力，同時促進社會發展。

參考文獻

[1]劉娟利.高爐熱平衡分析煉鐵工藝的節能方向[J].科技傳播，2014，12（11）：66-67.

[2]王義康.高爐冶煉復雜性分析及支持向量機擴展建模預測研究[D].浙江大學，2012.