CN107808072A - 基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法 - Google Patents

基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法 Download PDF

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叶亚兰
王宏明
马琳
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Abstract

一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,包括以下步骤:获取用于燃烧计算的原始数据,包括煤气干基低位热值、烟气含氧量、烟气中CO含量;根据获得的原始数据,进行煤气的燃烧计算,具体包括:计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量和单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量;求解过量空气系数和单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量。本发明可用于冶金煤气燃烧设备(如煤气锅炉、热风炉、加热炉等)的简易性能试验,或者冶金煤气燃烧设备的在线燃烧计算等,无需冶金煤气成分分析数据,通过冶金煤气干基低位热值即可分析出冶金煤气的燃烧计算结果,简单、实用,具有重要的工程价值。

Description

基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法
技术领域
本发明属于气体燃料燃烧技术领域,具体涉及一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法。
背景技术
钢铁企业在炼铁工序中产生了大量的冶金煤气,主要类别是高炉煤气和转炉煤气。作为冶炼过程的副产资源,高炉煤气和转炉煤气一般通过煤气锅炉、热风炉、加热炉等燃烧设备进行利用。
燃料燃烧计算是燃烧设备热力计算和性能分析必不可少的环节之一。通常,冶金煤气的燃烧计算是基于转炉煤气成分和燃烧化学方程式,对于该方法而言,煤气成分数据是必要的输入条件,而很多工程情况并不具备该条件,例如煤气锅炉运行状况的在线监测与分析,大多数钢铁厂都未配置煤气成分在线分析仪,这就导致煤气在线燃烧计算无法进行,或者只能采用人工设定的数据,这势必影响相关结果的可靠性。
发明内容
本发明的针对现有技术中的不足,提供一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,可用于缺少煤气成分数据条件下的燃烧计算,具有一定的工程实用意义。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取用于燃烧计算的原始数据,包括煤气干基低位热值、烟气含氧量、烟气中CO含量;
步骤2:根据获得的原始数据,进行煤气的燃烧计算,具体包括:
2.1通过煤气干基低位热值计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量和单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量;
2.2求解过量空气系数和单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,具体包括:
2.2.1假定一个初始的过量空气系数;
2.2.2计算单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量;
2.2.3计算修正系数;
2.2.4计算过量空气系数;
2.2.5将过量空气系数计算值与假定的初始过量空气系数进行比较,将二者的差值的绝对值与设定的微小量进行比较,如果满足要求则进入步骤2.2.6,如果不满足要求则返回步骤2.2.1:
2.2.6输出过量空气系数计算值作为当前过量空气系数,输出单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量作为当前单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
步骤2.1具体包括:
1)通过第一计算公式计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,所述第一计算公式为:
其中,为单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3;对于高炉煤气,a1=1.952×10-4;对于转炉煤气,a1=1.858×10-4
2)通过第二计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,所述第二计算公式为:
其中,为单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3;对于高炉煤气,a2=1.467×10-4,b2=1.000;对于转炉煤气,a2=1.468×10-4,b2=0.985。
步骤2.2.2具体包括:
通过第三计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,所述第三计算公式为:
其中,Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3;αjd为假定的过量空气系数。
步骤2.2.3具体包括:
通过第四计算公式计算修正系数k,所述第四计算公式为:
对于高炉煤气,a3=0.911,b3=0.696;
对于转炉煤气,a3=0.822,b3=0.259;
其中,k为修正系数,-;Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3
步骤2.2.4具体包括:
通过第五计算公式计算过量空气系数,所述第五计算公式为:
其中,α为过量空气系数计算值;k为修正系数,-;φ(O2)、φ(CO)分别为烟气含氧量和烟气中CO含量,%。
步骤2.2.5具体包括:
将过量空气系数计算值α与假定的初始过量空气系数αjd进行比较,将α与αjd的差值的绝对值|α-αjd|与设定的微小量ε进行比较:
若|α-αjd|大于设定的微小量ε,则重新赋值给假定的初始过量空气系数αjd,再次执行步骤2.2.1~2.2.5,重新获取过量空气系数计算值,直至|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε;
若|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε,则进入下一步骤。
本发明的有益效果是:可用于冶金煤气燃烧设备(如煤气锅炉、热风炉、加热炉等)的简易性能试验,或者冶金煤气燃烧设备的在线燃烧计算等,无需冶金煤气成分分析数据,通过冶金煤气干基低位热值即可分析出冶金煤气的燃烧计算结果,简单、实用,具有重要的工程价值。
具体实施方式
本发明提出的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,具体包括以下步骤:
1、获取用于燃烧计算的原始数据,包括:煤气干基低位热值、烟气含氧量、烟气中CO含量。
2、根据步骤1获得的原始数据,进行煤气的燃烧计算,具体包括:
2.1计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量和单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量
1)通过第一计算公式计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,第一计算公式为:
其中,为单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3
对于高炉煤气,a1=1.952×10-4;对于转炉煤气,a1=1.858×10-4
2)通过第二计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,第二计算公式为:
其中,为单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3
对于高炉煤气,a2=1.467×10-4,b2=1.000;对于转炉煤气,a2=1.468×10-4,b2=0.985。
2.2求解过量空气系数和单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,具体包括:
2.2.1假定一个初始的过量空气系数αjd
2.2.2通过第三计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,第三计算公式为:
其中,Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3;αjd为假定的过量空气系数。
2.2.3通过第四计算公式计算修正系数k,第四计算公式为:
对于高炉煤气,a3=0.911,b3=0.696;
对于转炉煤气,a3=0.822,b3=0.259;
其中,k为修正系数,-;Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3
2.2.4通过第五计算公式计算过量空气系数,第五计算公式为:
其中,α为过量空气系数计算值;k为修正系数,-;φ(O2)、φ(CO)分别为烟气含氧量和烟气中CO含量,%。
2.2.5将过量空气系数计算值α与假定的初始过量空气系数αjd进行比较,将α与αjd的差值的绝对值|α-αjd|与设定的微小量ε进行比较:
若|α-αjd|大于设定的微小量ε,则重新赋值给假定的初始过量空气系数αjd,再次执行步骤2.2.1~2.2.5,重新获取过量空气系数计算值,直至|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε;
若|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε,则进入下一步骤。
2.2.6输出α作为当前过量空气系数,输出Vgy作为当前单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量。
由此可知,本发明可用于冶金煤气燃烧设备(如煤气锅炉、热风炉、加热炉等)的简易性能试验,或者冶金煤气燃烧设备的在线燃烧计算等,无需冶金煤气成分分析数据,通过冶金煤气干基低位热值即可分析出冶金煤气的燃烧计算结果,简单、实用,具有重要的工程价值。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取用于燃烧计算的原始数据,包括煤气干基低位热值、烟气含氧量、烟气中CO含量;
步骤2:根据获得的原始数据,进行煤气的燃烧计算,具体包括:
2.1通过煤气干基低位热值计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量和单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量;
2.2求解过量空气系数和单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,具体包括:
2.2.1假定一个初始的过量空气系数;
2.2.2计算单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量;
2.2.3计算修正系数;
2.2.4计算过量空气系数;
2.2.5将过量空气系数计算值与假定的初始过量空气系数进行比较,将二者的差值的绝对值与设定的微小量进行比较,如果满足要求则进入步骤2.2.6,如果不满足要求则返回步骤2.2.1;
2.2.6输出过量空气系数计算值作为当前过量空气系数,输出单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量作为当前单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量。
2.如权利要求1所述的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于:步骤2.1具体包括:
1)通过第一计算公式计算单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,所述第一计算公式为:
<mrow> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>k</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中,为单位体积煤气燃烧所需的理论干空气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3;对于高炉煤气,a1=1.952×10-4;对于转炉煤气,a1=1.858×10-4
2)通过第二计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,所述第二计算公式为:
<mrow> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>4</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow>
其中,为单位体积煤气燃烧产生的理论干烟气量,m3/m3;Qd,net为煤气干基低位热值,kJ/m3;对于高炉煤气,a2=1.467×10-4,b2=1.000;对于转炉煤气,a2=1.468×10-4,b2=0.985。
3.如权利要求2所述的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于:步骤2.2.2具体包括:
通过第三计算公式计算单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,所述第三计算公式为:
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>k</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> </mrow>
其中,Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3;αjd为假定的过量空气系数。
4.如权利要求3所述的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于:步骤2.2.3具体包括:
通过第四计算公式计算修正系数k,所述第四计算公式为:
<mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
对于高炉煤气,a3=0.911,b3=0.696;
对于转炉煤气,a3=0.822,b3=0.259;
其中,k为修正系数,-;Vgy为单位体积煤气燃烧产生的实际干烟气量,m3/m3
5.如权利要求4所述的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于:步骤2.2.4具体包括:
通过第五计算公式计算过量空气系数,所述第五计算公式为:
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>21</mn> <mrow> <mn>21</mn> <mo>-</mo> <mi>k</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;phi;</mi> <mo>(</mo> <msub> <mi>O</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> <mi>&amp;phi;</mi> <mo>(</mo> <mrow> <mi>C</mi> <mi>O</mi> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中,α为过量空气系数计算值;k为修正系数,-;φ(O2)、φ(CO)分别为烟气含氧量和烟气中CO含量,%。
6.如权利要求5所述的一种基于煤气热值的冶金煤气燃烧计算方法,其特征在于:步骤2.2.5具体包括:
将过量空气系数计算值α与假定的初始过量空气系数αjd进行比较,将α与αjd的差值的绝对值|α-αjd|与设定的微小量ε进行比较:
若|α-αjd|大于设定的微小量ε,则重新赋值给假定的初始过量空气系数αjd,再次执行步骤2.2.1~2.2.5,重新获取过量空气系数计算值,直至|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε;
若|α-αjd|小于或等于设定的微小量ε,则进入下一步骤。
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