高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件

第五章高爐能量利用第五章高爐能量利用15.1高爐中能量交換風(fēng)口前燃料燃燒產(chǎn)生髙溫還原性煤氣(CO+H2),為高爐冶煉提供了熱能和化學(xué)能。煤氣能量是否充分利用,直接關(guān)系到焦比、燃料比的高低和其它指標(biāo)的改善。煤氣和爐料之間良好的傳熱是傳質(zhì)的條件,也是改善高爐能量利用的關(guān)鍵。5.1高爐中能量交換25.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化高爐煤氣自下而上穿過料層而運(yùn)動(dòng)時(shí),以對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等方式將熱量傳給爐料,同時(shí)進(jìn)行著傳質(zhì),使煤氣在上升過程中,體積、成分和溫度都發(fā)生了重大變化從圖5-1看到,煤氣的總體積(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)即0℃,0.1013Mpa)自下而上有所增加。通常鼓風(fēng)時(shí),爐缸煤氣量(注:這是指體積而言)約為風(fēng)量的121倍;而爐頂煤氣量約為風(fēng)量的135倍。噴吹燃料時(shí),爐缸煤氣量約為風(fēng)量的1.30倍;而爐頂煤氣量約為風(fēng)量的145倍。5.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化35.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化高爐熱效率高達(dá)78~86%,是各類冶金爐中最高者。沿高爐截面上,煤氣溫度分布是不均勻的,它主要取決于煤氣分布。一般中心和邊緣氣流較發(fā)展,煤氣溫度也較高。改善煤氣化學(xué)能利用的關(guān)鍵是提高cO利用率(nco)和H2利用率(ηH2)。爐頂煤氣中CO2愈高,CO愈低,則煤氣化學(xué)能利用愈好。反之,co2唐低,CO愈高,則化學(xué)能利用愈差(傳質(zhì)不良)。5.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化45.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化cO利用率一般表示為Ca+C乙10%(5-1)顯然,在(cO2+CO)之和基本穩(wěn)定不變的情況下,提高爐頂煤氣cO2含量,意味著cO必然降低,而ηcO必然提高。這就是說,有更多的cO參與了間接還原變成了cO2,改善了煤氣(cO)能量的利用5.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化55.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化爐頂煤氣溫度(t)是高爐內(nèi)煤氣熱能利用的標(biāo)志。t愈低,說明爐內(nèi)熱交換愈充分,煤氣熱能利用愈好;反之,锧愈高,煤氣熱能利用愈差(傳熱不好)。爐頂煤氣中的co(或cO2)含量和t頂又是互相聯(lián)系,表現(xiàn)一致的。一般t頂高,cO含量也高,cO2含量則低,煤氣能量利用變壞;反之,t而低,CO也低,cO2則高,煤氣能量利用改善。這說明高爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)過程是密切相關(guān)的。5.1.1煤氣在爐內(nèi)上升過程中的變化65.1.2高爐熱交換前以指出,高爐內(nèi)煤氣溫度僅幾秒鐘就由爐缸內(nèi)的1750℃左右降低到爐頂處的200℃左右。而爐料(使用冷料)溫度則在數(shù)小時(shí)內(nèi),由常溫升高到風(fēng)口水平處的1500℃左右。顯然,在煤氣和爐料之間進(jìn)行著激烈的熱交換。其基本方程可表示為C0=a·F·△td(5-2)式中dQd時(shí)間內(nèi),煤氣傳給爐料的熱量;傳熱系數(shù);爐料表面積;t—煤氣與爐料之間的溫度差,t=t5.1.2高爐熱交換75.1.2高爐熱交換由上式可知,單位時(shí)間內(nèi)爐料所吸收的熱量與爐料表面積,煤氣和爐料溫差、傳熱系數(shù)成正比。而a又與煤氣速度、溫度、爐料性質(zhì)有關(guān)。在風(fēng)量、煤氣量、爐料性質(zhì)一定的情況下,dQ主要取決于△t然而,由于沿高度上煤氣與爐料溫度不斷變化,因而△也是變化的,這種變化規(guī)律可用圖53表示。5.1.2高爐熱交換85.1.2高爐熱交換由圖可見,沿高爐高度上煤氣和爐料之間的熱交換分為三段區(qū)域:I一上段熱交換區(qū);Ⅱ一中段熱交換平衡區(qū);Ⅲ一下段熱交換區(qū)。在上、下兩段熱交換區(qū)(I和Ⅲ),煤氣和爐料之間存在著較大的溫差△t,而且下段比上段還大;△t隨著高度而變化,在上段是愈向上愈大;在下段是愈向下愈大。因此在這兩個(gè)區(qū)域存在著激烈的熱交換。在中段(Ⅱ),△t較小,而且變化不大(<20℃),熱交換不激烈,被認(rèn)為是爐料和煤氣之間熱交換的動(dòng)態(tài)平衡區(qū),因此有人把它稱為“空段”或“呆區(qū)”5.1.2高爐熱交換95.1.2高爐熱交換為研究并闡明這個(gè)問題,引用“水當(dāng)量”概念。所謂水當(dāng)量就是單位時(shí)間內(nèi)通過高爐某一截面的爐料(或煤氣),其溫度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的熱量。簡(jiǎn)言之,水當(dāng)量就是單位時(shí)間內(nèi)使煤氣或爐料溫度改變1℃所產(chǎn)生的熱量變化。爐料水當(dāng)量W料=G料×C料煤氣水當(dāng)量W氣=V×C氣(5-3)式中:Gx、V料分別為通過高爐某一截面上的爐料量和煤氣量C料、C氣—分別為爐料熱容和煤氣熱容5.1.2高爐熱交換10高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件11高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件12高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件13高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件14高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件15高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件16高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件17高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件18高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件19高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件20高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件21高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件22高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件23高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件24高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件25高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件26高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件27高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件28高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件29高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件30高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件31高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件32高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件33高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件34高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件35高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件36高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件37高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件38高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件39高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件40高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件41高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件42高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件43高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件44高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件45高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件46高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件47高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件48高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件49高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件50高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件51高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件52高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件53高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件54高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件55高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件56高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件57高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)算課件58高爐設(shè)計(jì)工藝計(jì)