高炉碳排放量影响因素分析

1、毕业设计（论文） 题 目 高炉碳排放量的影响因素分析 摘要 摘 要高炉炼铁流程所排放的CO2是钢铁企业中温室气体的主要来源，而高炉生产排放的CO2主要来源是焦炭和煤粉，因此，减少碳排放量，一方面对冶金行业来说具有降低燃料比的经济意义，另一方面，这也有利于环境保护，减缓当下全球环境变暖问题的脚步。本文将高炉煤气中CO与CO2的总量作为高炉碳排放量，用冶炼1t铁水产生的CO和CO2总体积表示碳排放量，在一定原料条件和冶炼参数的基础上，借助物料平衡计算与热平衡的计算，主要绘制并分析了焦比与碳排放量，以及铁水w(si)与碳排放量的关系图，得出碳排放量与影响因素间的定量定性关系：焦比每增大10kg/t，

2、高炉碳排放量大约上升16.3m3/t左右；铁水w(si)的百分数每上升0.1，碳排放量增多量在2.0左右，增幅较小。分析结果表明，在满足实际能力与生产要求的情况下，合理地减少焦比，降低铁水w(si)将有利于钢铁企业顺应当下的减缓全球气温上升的趋势。关键词：高炉 碳排放 焦比 ABSTRACT ABSTRACT CO2 emissions from blast furnace iron-making processes are the main sourcesof greenhouse gases in iron and steel enterprise .and The main source

3、 of CO2 emissions from the production of blast furnace coke and coal. therefore,to reduce carbon emissions,on the one hand,ithis have a lower fuel economy than the significance of the metallurgical industry.on the other hand,This will also be conducive to environmental protection, slow the currentpa

4、ce of global warming .This total amount of CO and CO2 in blast furnace of blast furnace gas carbonemissions ,Useing 1T of smelting iron CO and CO2 of the total volume of carbon emissions,On the basis of certain raw materials and metallurgical parameters By calculation of material balance and thermal

5、 balance calculations ,And analyzes the main draw of the coke and carbon emissions,As well as hot metal silicon content with carbon emissions diagrams,and the qualitative relationship between them is obtained through mass balance and heat balance calculations，Focal ratio increases 10kg/t, blast arou

6、nd about rising carbon emissions16.3m3/t; w of molten silicon content increased by 0.1 percent each, and carbonemissions at about 2.0 per cent, an increase of smaller，Results indicate that, in the case of real capacity and productionrequirements are met, reasonably reduce the coke rate, lower hot me

7、tal w(si) will be conducive to the iron and steel enterprises adapt to the trendof slowing global warming.Keywords: Blast furnace；Carbon emission；Coke； 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1我国的二氧化碳排放现状11.2碳排放量的影响因素11.2.1工序能耗11.2.2燃料组成21.2.3资源效率21.2.4技术工艺31.3 国内研究现状42.焦炭，铁水对碳排放量影响的计算72.1 炉料成分72.1.1炉料数据72.1.2 冶

8、炼条件72.2 矿石需要量82.3 终渣成分82.3.1 终渣S的含量82.3.2 终渣FeO量82.3.3 终渣MnO量82.3.4 终渣SiO2量82.3.5 终渣CaO量82.3.6 终渣Al2O3量82.3.7 终渣MgO量82.4 生铁成分92.5 物料平衡92.5.1 风口前燃烧的碳量C风92.5.2 风量计算92.5.3 煤气成分及数量计算102.5.4 编制物料平衡表112.6 热平衡122.6.1 热量收入122.6.2 热量支出132.6.3 热平衡指标152.7 不同焦比时的计算结果152.7.1焦比为320kg/t152.7.2 焦比为340kg/t172.8 不同铁水

9、w(si)的计算结果183.计算结果分析和讨论213.1 不同焦比对碳排放量的影响213.2 不同铁水w(si)对碳排放量的影响224.结论24参考文献25致谢26 1 绪论1 绪 论1.1我国的二氧化碳排放现状全球暖化即是由温室效应所引起的，减少CO2排放量的重要性与必要性也随着时代的步伐而显得越来越重要。我国国土面积大，适应气候变化的能力强，但我国仍处于发展中国家阶段，必须持续发展工业，这也就意味着仍需继续大额的排放二氧化碳。19912008年间，中国能源消费所带来的CO2排放增长到了113658.39万吨，年平均增长61%，在这之中工业能源燃烧的CO2排放量由51949.7万吨增长到了1

10、54182.49万吨，年平均增长达6.8%，工业部门是我国最主要的三大碳排放部门之一，2008年，工业部门能源燃烧CO2排放量占能源消费碳排放量总量的84.7%，而目前，工业能耗占全国能源消费总量的70%二氧化碳排放量也一直占到了一半以上影响CO2排放的主要因素是经济持续性增长，而抑制CO2排放的主要因素则是能源消费强度的下降，部门结构和能源结构对CO2排放影响较小，1991至2008年期间，经济规模的扩大拉动了155.3%的CO2排放量，而这之中，仅工业部门的规模扩大对CO2的排放增加的贡献就为128.3%；部门结构变动对拉动CO2的排放增加的贡献为6.63%;能源消费强度的变化对拉动CO2

11、 的排放增加的贡献为61.1%；能源消费结构变化对拉动CO2的排放增加的贡献为1%，能源强度下降是抑制中国19912008年CO2排放量的决定性因素，且随着时间变化，我国能源强度所变化带来的CO2排放量减少集中体现为工业部门能源消费强度的下降上，此外，部门结构变动对于减少CO2的排放量来说贡献极小，并无明显的降低CO2排放量，但其对总体CO2排放量变化减少的幅度自2005年以来开始明显；能源结构变化对于CO2排放起到了抑制作用，减少了1066.79万吨CO2排放量。而2009至2013，我国在化石燃料燃烧和水泥生产过称中排放的二氧化碳量分别为7692211万吨和8286892万吨，对比排放总量

12、第二多的美国高出了近40。1.2碳排放量的影响因素钢铁行业是能源、水资源、矿石资源消耗大的资源密集型产业，也是我国工业生产中CO2排放的主要源头之一。而在钢铁企业中，CO2产生于铁水、钢水的生产过称之中，影响碳排放量的因素有很多，包括工序能耗、燃料组成、资源效率等等。1.2.1工序能耗钢铁生产主要的生产工艺过程是用铁矿资源、燃料，通过燃料中碳还原铁矿从而得到铁。在钢铁生产的焦炉、高炉、转炉等设备中，碳又作为燃料燃烧，并最终以CO2气体形式排放到大气中。除了燃料在炉窑中燃烧，钢铁工业的生产工艺过程反应也会排放CO21(如烧结、炼焦、石灰焙烧、钢铁冶炼等过程中产生的废气)。所以，除燃料组成外，工序

13、能耗是钢铁行业CO2排放的又一大影响因素。钢铁行业的工序主要有：焦化、烧结、炼铁、转炉、电炉及轧钢。钢铁行业最大的工序能耗消耗为炼铁工艺，其次依次为电炉、焦化、轧钢等。在铁前工序中焦化工序的直接CO2排放量大些，其次是高炉炼铁工序，铁后工序的直接CO2排放量普遍小于铁前工序2。可见,工序能耗最大的炼铁工序过程并不是CO2排放量最大的工序,焦化工序在钢铁行业各工序能耗 CO2排放中占有较大比重，减少CO2排放量还需进一步研究焦化工序的减排。1.2.2燃料组成钢铁工业温室气体的产生很大一部分是来自燃料的燃烧，而在燃料中，煤炭是一种CO2排放量高的燃料，其燃烧对温室气体贡献率最大。钢铁工业燃料的使用

14、主要分为煤炭(煤炭和焦炭的总和)、电力、燃料油和天然气这四大部分。燃烧每吨煤炭、石油和天然气的CO2排放量分别为0.70t、0.54t 和0.39。单位热量燃煤引起的CO2排放比使用石油和天然气分别高出36和61。可见，燃料组成是影响钢铁工业CO2排放的一大重要因素在钢铁行业中，煤炭、焦炭的消费占了燃料组成的很大一部分比例，如表1.1所示，2000年到2003年间，煤炭用量一直处在增长状态，焦炭用量除在2001年有所减少外也处于增长状态，其他燃料用量除燃油用量逐年有所下降均处于增长状态，这与钢铁行业CO2排放量处于增长趋势相符。天然气排放的CO2较少，因此天然气的消耗应该在现有基础上逐渐增长。

15、但由于天然气的储量远小于煤炭，并不能从根本上解决问题，所以，节能措施和提高热效率是减少CO2排放最重要的途径。表1.1 不同年份的燃料消耗表燃料消耗2000年2001年2002年2003年系统能源消费量/万t（标煤）18077.7021413.1824572.6127128煤炭/万t11159.2411962.9912877.6913428.79焦炭/万t7340.676714.097856.558910.08电力/亿kwh1012.65986.681103.011236.93燃料油/万t220.87225.75182.84171.07天然气/亿m35.753.053.724.571.2.3资

16、源效率Y. Ki m等3指出中国的铁钢比高的原因是缺乏足够的废钢铁。韦保仁等4曾研究了由于废钢回收利用节能的CO2减排的相对量，得出钢铁行业中废钢铁的应用是减少CO2排放的重要因素的结论。国外吨材CO2排放量均小于2000kg，而我国吨材CO2排放量均大于2000kg，平均为2539kg，高出国外35左右，其主要原因是我国吨钢能耗比国外高，30左右。可见，一些资源效率指标也是我国钢铁工业CO2排放的影响因素。表1.2列出了我国2000至2005年钢铁行业资源利用情况。从表1.2中可以看出研究年间吨钢综合能耗逐年有所降低，铁钢比虽也有所下降但还是较高,除转炉煤气回收量有所增长外，其他煤气的放散率

17、都是呈增长状态的。所以，资源效率的改善，使CO2的减排还有较大潜力。表1.2 2000到2005年钢铁行业资源利用情况表年份200020012002200320042005吨钢综合能耗920876815778761741.05吨钢可比能耗760870700696705714.02铁钢比1.020.960.940.960.950.94废钢消耗量与粗钢比/22.7222.6021.5121.6819.1917.79高炉煤气放散率/6.038.879.649.519.8910.46焦炉煤气放散率/3.542.082.092.394.235.76转炉煤气回收率/3538374142541.2.4技术工

18、艺有关资料显示，每生产1t钢，采用高炉工艺将排放出215t的CO2，电炉工艺也要排放0.5t的CO2。我国的平炉钢铁已基本被淘汰，炼钢主要由转炉和电炉完成。这两种炼钢工艺需要不同类型的能源以及不同的能源强度，因此要分析转炉钢和电炉钢的比例。此外，冷轧比、连铸比和炉外精炼比也影响到钢铁行业的能源结构及消费情况从而影响到CO2的排放情况。所以，钢铁行业CO2排放与所采用的工艺、技术等有着密切的联系。表1.3列出了2000年到2005年包括电炉钢比、平炉钢比、冷轧比、连铸比等钢铁行业技术特征的变化情况。平炉钢比例占总钢铁产量的比例趋近于0，这说明，近几年我国已成功改进了炼钢技术，降低炼钢能耗，使CO

19、2的减排取得了一定成效。但电炉钢比依然小于转炉钢比，为进一步减少CO2排放应注意调节电炉钢比。连铸比已基本达到国外先进水平，冷轧比由于技术的采用处在起步阶段还有待提高。炉外精炼比处于稳步提升状态。如未来几年能够较好的控制钢产量，随着一些指标的提升CO2排放可以得到有效控制。表1.3 钢铁行业技术特征变化表年份200020012002200320042005连铸比868790929496转炉钢比8278.579808385炉外精炼比2022.826283146电炉钢比1918.516.51513.611.4冷轧比11.62.94.65.55平炉钢比0000001.3 国内研究现状丁建坤5对于配煤

20、方式对高炉碳排放量的影响做了相关的计算与分析。在了解了高炉冶炼中CO2的产生，即是燃料带入的碳在高炉下部通过燃烧和直接还原生成CO2，以及CO与炉料反应所生成CO2，最终随炉顶煤气排出这样的一个过程后6-8；通过应用物料平衡与热平衡计算9-11来研究铁水中硅的质量分数从0.21 %增加到0.51 %时，对焦比、炉渣、煤气量、碳排放量等的影响；最后，通过理论计算结果如表1.4。从表1.4可以看出：随着烟煤配加比例的增加，焦比先降低后升高，渣量减小；高炉碳排放量减小，煤气量先降后升；碳素利用率和能量利用率降低；CO利用率先升高后降低；rd降低，并且减小量越来越小。最后分析数据表明：（1）随着烟煤配

21、加比例的增加，焦比先降后升，在研究计算条件下，当配加烟煤的质量分数为77.45时，焦比最低。(2)合理的配煤有利于高炉减排，高炉碳排放量随着烟煤配加比例的增加而降低。(3)在实际生产中应重视喷吹煤粉的配比问题，不仅要重视降低焦比的经济意义，而且要把降低碳排放量的环保意义放到重要位置，做到经济效益、社会效益统筹兼顾。表1.4 配比对高炉部分参数的影响无烟煤比例/烟煤比例/焦比/(kg/t铁)渣量/(kg/t铁)CO+CO2/(m3/t铁)煤气量/(m3/t铁)碳素利用率/能量利用率/cord1000310.00295.98677.431530.3360.45689.7990.5020.44090

22、10306.85294.65655.151523.4260.60789.7830.5050.4188020304.27293.37653.811518.3160.68089.7640.5080.3987030302.07292.13643.091514.3160.69789.7420.5090.3786040300.44290.93633.311512.0360.62989.7160.5090.3605050299.00289.76623.831510.3160.53189.6880.5080.3424060298.03288.62615.121510.0360.35689.6580.5070

23、.3253070297.53287.53607.201511.1860.10389.6230.5030.3092080297.50286.62600.051513.7359.77189.5870.4990.2941090297.95285.47593.681517.7359.35689.5460.4930.2800100298.59284.48587.621522.3158.90489.5040.4860.266魏亲睿12对于风温对高炉碳排放量的影响做了有关的计算与分析。通过应用物料平衡与热平衡计算，研究了风温在9501400、煤比180 kg/t时，改变焦比，并让风温递增50的情况下，风温对

24、焦比、炉渣、煤气量、碳排放量等的影响，所得风温与高炉部分指标的对应关系见表1.5。由表1.5可以看出，风温增大时，焦比大幅度降低，渣量、高炉碳排放量、煤气量均降低，碳素利用率和能量利用率上升。进一步分析数据得出风温对高炉碳排放量定性与定量的关系：(2)一方面，风温升高，风口前需要碳燃烧提供的热量减少，风口前燃烧碳量降低，鼓风量减小，导致风口前理论燃烧温度上升，而炉身和炉顶温度降低，使得高温区下移，中温区扩大，有利于间接还原；另一方面，风口前碳燃烧减少，也使得CO量减少；(2)随着风温的升高，焦比大幅度下降。在设定的计算条件下，风温在9501400时，每升高100，焦比降低10.20kgt。(3

25、)随着风温的升高，高炉碳排放量降低。在设定的计算条件下，风温在9501 400时，每升高100，高炉碳排放量降低17.06 m3t；(4)随着风温升高，直接还原度上升，煤气量降低，CO利用率升高。(5)虽然高风温有利于高炉的减排和改善多项高炉冶炼指标，但仍要注意高炉顺行问题。表1.5 风温与高炉部分指标对应关系表风温/焦比/(kg/t铁)渣量/(kg/t铁)CO+CO2/(m3/t铁)煤气量/(m3/t铁)碳素利用率/能量利用率/cord950332.83298.03714.921637.2659.35389.5200.4810.4271000326.79297.49705.001609.01

26、59.63789.5930.4860.4301050320.97296.97695.441581.7759.91689.6640.4920.4341100315.38296.46686.271555.5760.18989.7320.4970.4371150310.00295.98677.431530.3360.45689.7990.5020.4401200304.83295.52668.941506.0160.71789.8620.5070.4431250299.85295.07660.761482.5860.97289.9240.5120.4461300295.06294.64652.891

27、460.0061.22089.9830.5170.4491350290.44294.23645.321438.2261.46290.0410.5210.4521400286.00293.83638.031417.3261.69890.0960.5260.4551450281.72293.45631.001396.9661.92790.1500.5300.458刘彪13对于焦炭固定碳对高炉碳排放量的影响做了有关的计算与分析。在固定碳质量分数为84.0491.04，煤比为180kg/t时，通过改变入炉焦比，保证高炉内热损失不变，固定碳质量分数递增1（焦炭其他成分质量分数在保证质量分数之和为100的

28、条件下同比例变化）。研究了固定碳对焦比以及对高炉碳排放量的影响。计算出不同质量分数焦炭固定碳与高炉部分指标间的对应数据如表1.6。由表1.6计算结果可以发现固定碳含量上升，一方面发挥发热剂作用需要的焦炭减少；另一方面，灰分下降，使得高炉渣量减少，灰分中金属元素的还原耗碳量降低，焦比进一步下降。同时，热量消耗降低，炉渣升温消耗的焦炭进一步减少。焦炭的水分和挥发分含量一般较低，固定碳含量变化时，水分和挥发分含量对高炉的影响较小。因此，焦炭固定碳含量上升时，高炉焦比下降。提高焦炭固定碳含量，有利于高炉节能减排。之后，又进一步得出：（1）随着焦炭固定碳含量上升，焦比大幅度下降。在设定的计算条件下，焦炭

29、固定碳质量分数上升1焦比降低约3.83kg/t。（2）随着风温升高,高炉碳排放量降低。在设定的计算条件下,焦炭固定碳质量分数升高1，碳排放量降低约0.93m3/t。（3）随着风温升高，煤气量降低，碳的利用率提高。能量利用率提高，CO2的利用率提高。高炉碳排放量随着焦炭固定碳含量的上升而减少。表1.6 不同质量分数焦炭固定碳与高炉部分指标间的对应表固定碳质量分数/灰分/挥发分/水分/焦比/(kg·t-1)V(CO+CO2)/(m3·t-1)煤气量/(m3·t-1)碳的利用率/能量利用率/CO84.0412.391.911.66321.90681.231541.236

30、0.21289.7820.49885.0411.611.791.56317.83680.221538.4160.28689.7880.49986.0410.841.671.45313.87679.271535.6360.37789.7930.50087.0410.061.551.35310.00678.341532.9660.45689.7990.50288.049.281.431.25306.23677.431530.3360.53489.8040.50389.049.511.311.14302.55676.551527.7860.61089.8090.50590.047.731.191.0

31、4298.95675.591525.2960.68489.8140.50691.046.961.070.93295.44674.841522.8260.75789.8200.50727 2焦炭和铁水对碳排放量的影响计算2 焦炭和铁水对碳排放量影响的计算2.1 炉料成分2.1.1炉料数据计算选取的矿石成分见表2.1，焦炭指标见表2.2、煤粉指标见表2.3、生铁成分如表2.4。表2.1 烧结矿、生矿及其混合矿成分表（）原料FeMnPSFe2O3FeOMnO2MnOCaO烧结矿天然矿混合矿58.7758.72 58.76 0.090.020.080.040.020.040.080.130.0974.

32、6167.9473.618.3414.29.210.260.040.120.018.991.57.78续上表原料MgOSiO2Al2O3P2O5FeS2FeSSO2烧损CO2合计烧结矿天然矿混合矿1.310.651.215.1711.706.150.102.320.340.110.050.100.250.030.090.081.161.131.16100.00100.00100.00表2.2 焦炭成分表（）CSiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4H2N2H2N2S85.635.65 4.83 0.760.120.750.050.01 0.330.330.030.06

33、0.150.400.40 0.50表2.3 煤粉成分表（）C H2O2H2ON2SSiO2Al2O3CaOMgOFeO合计77.48 4.35 4.05 0.79 0.42 0.66 7.48 3.42 0.60 0.30 0.45 100.00 表2.4 元素分配表元素FeMnPS生铁炉渣煤气0.9970.00300.50.501.0000.062.1.2 冶炼条件配矿比=烧结矿:生矿=85:15,即孰料率为85%焦比330kg/t,煤比170kg/t炉渣碱度R = = 1.06风温1200，鼓风湿度f=1.5%，即12g/m3炉顶温度200；入炉矿石温度80直接还原度rd=0.45焦炭和喷

34、吹物含C总量的1.2%与H2反应生成CH42.2 矿石需要量焦炭带入铁量=330*(56*0.0075/72+56*0.0005/88) = 2.03(kg)煤粉带入铁量=170*0.0045*56/72=0.595(kg)进入渣中铁量=950*0.003/0.997=2.86kg(3.68kg Feo)混合矿需要量=(950+2.86-0.595-2.03)/0.5876=1617.15 (kg)2.3 终渣成分2.3.1 终渣S的含量炉料全部含S = 1617.15*0.0005+330*0.0052+170*0.0066 = 3.65(kg)进入生铁的S = 0.3(kg)进入煤气的 S

35、 = 3.65*0.06 = 0.22(kg)进入炉渣的 S = 3.65 - (0.3+0.22) = 3.13(kg)2.3.2 终渣FeO量终渣FeO量=3.68(kg)2.3.3 终渣MnO量终渣MnO量=1617.15*0.0009785*0.5*71/55 = 1.02(kg)2.3.4 终渣SiO2量渣SiO2量=1617.15*0.0615+330*0.0565+170*0.0748-3.5*60/28= 123.32(kg)2.3.5 终渣CaO量终渣CaO量=1617.15*0.0787+330*0.0076+170*0.006= 130.79(kg)2.3.6 终渣Al2

36、O3量终渣Al2O3量=1617.15*0.0043+330*0.0483+170*0.0342=28.71 (kg)2.3.7 终渣MgO量渣MgO量=1617.15*0.012+330*0.0012+170*0.003= 20.31(kg)由以上计算，得到炉渣成分如表2.5：表2.5 炉渣成分（）成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合计Rkg123.3228.71130.7920.311.023.681.56309.39%39.869.2842.276.560.331.200.50100.001.062.4 生铁成分5.1、含P量=10-3*(1617.15*0.0003+

37、330*0.0001*62/142) = 0.05%5.2、含S量=0.03%5.3、含Si量=0.35%5.4、含Mn量=10-3*(1.04*55/71)*100=0.08%5.5、含Fe量=95%5.6、含C量=4.49%综上得到生铁成分见表2.6:表2.6 生铁成分（）FeSiMnPSC合计950.350.080.050.034.491002.5 物料平衡2.5.1 风口前燃烧的碳量C风燃料带入固定碳=330*0.8563+170*0.7748=414.30(kg)溶于生铁的碳=0.0449*1000=44.9(kg)直接还原耗碳=0.8*12/55+3.5*24/28+0.5*60/

38、62+950*0.45*12/56=95.27 (kg)(大约有11.5%的碳总量参与生成CH4)生成CH4耗碳=414.3*0.012=4.97(kg)则在风口前燃烧的C量=414.30-44.9-95.27-4.97=269.16 (kg)2.5.2 风量计算 鼓风湿度f = 1.5% 即12g/m3鼓风含氧浓度=0.21+0.29f(f为鼓风湿度)=0.21+0.29*0.015=0.2144(m3)风口前C燃烧所需要风量=269.16*0.933/0.2144=251.13/0.2144 (m3)燃料带入氧量=170*(0.0405+0.0079*16/18)*22.4/32=5.66

39、(m3)每吨生铁鼓风量=(251.13-5.66)/0.2144=1144.92 (m3)2.5.3 煤气成分及数量计算CH4含量CH4由燃料中碳生成CH4量=4.97*22.4/12=9.28(m3)焦炭挥发分含CH4量=330*0.0003*22.4/16=0.14(m3)进入煤气的CH4量=9.42(m3)H2含量入炉总H2 = 鼓风带入H2 + 焦炭带入H2 + 煤粉带入H2 H2=1144.92 *0.015+330*(0.0006+0.004)*22.4/2+170*(0.0435+0.0079*2/18)*22.4/2 =118.67 (m3)在喷吹条件下有40%的H2参加还原反

40、应,则参加还原反应的H2量=118.67*0.4=47.47 (m3)生成CH4消耗H2量= 9.28*2 = 18.56(m3)进入煤气H2量= 118.67 - 18.56 47.47 = 52.64(m3)用H2还原的铁氧化物中2/3用于还原FeOrih2 = 47.47*2/3*56/22.4/950 *100% = 8.33%CO2含量由Fe2O3FeO生成的CO2量=1617.15*0.7361*22.4/160=166.65( m3)由FeOFe生成的CO2量 = 950*(1-0.45-0.0833)*22.4/56=177.35(m3)由MnO2MnO生成的CO2量 = 16

41、17.15*0.0004*22.4/87=0.166(m3)由于H2的参加还原反应，相当于同体积的CO所参加的反应,因此要减去H2参与的量。总计间接还原生成CO2量=166.65+177.35+0.166-47.5=296.67(m3)炉料带入或分解产生CO2量=330*0.0033*22.4/44+1617.15*0.0116*22.4/44 =10.10 (m3)煤气中总的CO2量=296.67+10.10=306.77(m3)CO含量风口前碳素燃烧生成CO=269.16*22.4/12=502.4 (m3)元素直接还原生成CO量=95.27*22.4/12=177.8(m3)焦炭挥发分中

42、CO量=330*0.0033*22.4/12=2.03m3)间接还原消耗CO量=296.67 (m3)煤气中总CO的量= 385.56(m3)N2含量= 1144.92 *(1-0.015)*0.79+330*0.0055*22.4/28+170*0.0042*22.4/28=892.94（m3）得到煤气成分见表2.7：表2.7 煤气成分成分CO2CON2H2CH4总计Vg/V风m3306.77 385.56892.94 52.649.421647.31.44 %18.62 23.4054.273.190.57100.00 2.5.4 编制物料平衡表计算鼓风量鼓风质量=(0.21*0.985*

43、32+0.79*0.985*28+0.015*18)/22.4=1.28(kg/m3)鼓风质量=1144.92 *1.28=1465.50 (kg)计算煤气质量煤气质量=(0.1862*44+0.234*28+0.5422*28+0.0057*16+0.0319*2)/22.4=1.34(kg/m3)全部煤气质量=1647.3*1.34=2207.38 (kg)水分计算焦炭带入水分330*0.048=15.84(kg)煤粉带入水分=170*0.0079=1.34(kg)H2还原生成水分=47.5*18/22.4=38.17 (kg)总计水分质量=55.35 (kg)假定混合矿和焦炭的机械损失为

44、0.5%矿石实际用量=1617.15*(1+0.5%)=1625.24 (kg)焦炭实际用量=330*(1+0.5%+4.8%)=347.49 (kg)机械总损失=(1625.24 +347.49+170)-(1617.15+330+170)-15.84-1.34=8.4(kg)综上数据得到物料平衡表见表2.8：表2.8 物料平衡表序号收入项kg序号支出项kg12共计原燃料鼓风2117.151465.503582.6512345生铁炉渣煤气水分炉尘共计1000309.392207.3855.358.43580.52相对误差= (3582.65-3580.52)/ 3582.65*100%=0.

45、06%<0.3%2.6 热平衡2.6.1 热量收入碳的氧化热由C氧化成1m3的CO2放热=33410.66/22.4*12=17898.43(kJ/m3)由C氧化成1m3的CO放热=9797.11/22.4*12=5250.50(kJ/m3)碳的氧化热=296.67*17898.43+(385.56-2.03)*5250.50=7323651.49 (kJ)热风带入热1200时干空风及水蒸气比热容分别为1.428 kJ/(m3.)和1.723kJ/(m3.)热风带入热量=(1144.92-17.17)*1.428+17.17*1.763*1200=1968837.252(kJ)成渣热炉料

46、中以碳酸盐形式存在的CaO和MgO,在高炉内生成钙铝硅酸盐时,1kg放出热量1130.49kJ的热量混合矿中的CaO量=1617.15*0.0116*56/44=23.88(kg)成渣热=23.88*1130.49=26990.46(kJ)混合矿带入物理热80混合矿的比热容 1.0kJ/(m3.)混合矿带入物理热=1617.15*1.0*80=129372 (kJ)H2氧化放热1m3H2氧化成H2O放热10806.65(kJ)H2氧化放热=47.5*10806.65=513315.9(kJ)CH4生成1kgCH4生成热=77874.4/16=4867.15(kJ)CH4生成热=9.28*16/

47、22.4*4867.15=32262.20 (kJ)冶炼1t生铁的总热量收入为以上6项之和，即Q总吸 = 7323651.49+1968837.25+26990.46+129372+513315.9+32262.2 = 9994429.3 (kJ)整理热量收入数据见表2.9:表2.9 热量收入表项目碳氧化热热风带入成渣热混合矿热H2氧化CH4生成合计kJ7323651.491968837.2526990.46129372513315.932262.29994429.32.6.2 热量支出氧化物分解与脱硫1)铁氧化物分解热烧结矿中FeO有20%以硅酸盐形态存在，其余以Fe3O4形式存在m(FeO

48、)硅酸铁= 1617.15*0.85*0.0834*0.2+330*0.0075+170*0.0045 = 26.17 (kg)除去进入渣中的FeO，它也以硅酸铁形式存在，计3.68kg余下m(FeO)硅酸铁= 26.17-3.68 = 22.49(kg)m(FeO)Fe3O4 = 1617.15*0.0921-1617.15*0.85*0.0834*0.2=126.01 (kg)m(Fe2O3)Fe3O4 = 126.01*160/72 = 280.02 (kg)m(Fe2O3)自由= 1617.15*0.7361-280.02 =910.36 (kg)FeO硅酸铁分解热=22.49*407

49、5.21=91651.47(kJ)Fe3O4分解热= (126.01+280.02)*4799.98=1948935.88 (kJ)Fe2O3分解热= 910.36*5152.94=4691030(kJ)铁氧化物总分解热 = 6731617.35 (kJ)2)锰氧化物分解热MnO2MnO分解热=1617.15*0.00039*2629.44=1658.56 (kJ)MnOMn分解热 = 0.8*7362.84=5890.27(kJ)锰氧化物分解总热=7548.83(kJ)3)SiO2分解热 = 3.5*30288.76=106010.66(kJ)4)Ca3(PO4)2分解热 = 0.5*357

50、56.98=17878.49(kJ)5)脱硫耗热:1kg硫平均耗热=(0.8*5401.23+0.2*8039.04)=5928.792(kJ)脱硫耗热=3.21*5928.792=19031.42(kJ)氧化物和脱硫耗热=6882086.75(kJ)碳酸盐的分解混合矿中的CO2量=1617.15*0.0116 = 18.76(kg)假定MgCO3和CaCO3按比例分配其中以CaCO3分解的CO2为18.76*7.87/(7.87+1.21)16.26(kg)以MgCO3分解的CO2为18.7616.262.5(kg)碳酸盐分解热=16.26*4044.64+2.5*2487.08=71975.4(kJ)水分的分解热1144.92*0.015*1080