CN118261435A - 一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高炉炼铁领域，一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法。本发明提出了一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，可以用于评价煤粉价值。该方法首先采集高炉运行数据和煤粉成份数据，然后计算该状态下的高炉高温区燃烧每千克煤粉带入的热量，进而实现对煤粉的评价。采用这钟方法可以有效反映煤粉价值，用于指导企业合理采购煤粉，提高钢铁企业的竞争力。

Description

一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法

技术领域

本发明涉及高炉炼铁领域，尤其涉及一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法。

背景技术

在钢铁企业中，如何经济炼铁是一个重要课题。为了用最低的成本冶炼生铁，钢铁企业需要找到一种有效的办法来评价煤粉的价值。本发明提出了一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，可以用于评价煤粉价值。这种方法不仅可以指导企业合理采购煤粉，还可以提高企业的竞争力。

本发明就是在这种情况下开发的。对于高炉生产而言，采用高性价比的原燃料是高炉经济炼铁的关键，而煤粉是高炉重要的燃料种类，煤粉在炉内的利用价值不仅和煤粉自身的成份有关，还和高炉的运行参数有关。本发明提出了一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，可以评价煤粉在高炉内的实际使用价值。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，包括以下步骤：步骤一：采集高炉运行参数和煤粉成分数据，采集数据包括：风机风量、富氧流量、大气湿度、加湿量、风温、煤粉中固定碳、煤粉中灰份、煤粉水份、喷煤风量、喷煤氮气量；步骤二：计算步骤一条件下的高炉高温区燃烧每千克煤粉带入的热量：每分钟入炉热风总体积Nm³/min：

其中：V_风机为风机风量，Nm³/min；V_富氧为富氧流量，Nm³/h；V_喷煤为喷煤风量，Nm³/min；V_喷煤N2为喷煤氮气量，Nm³/h；H_加为加湿量，t/h。

热风中含H₂O比例：

其中，H_大气为大气湿度，g/m³。

热风中H₂O分解后O₂比例：

其中，λ_富氧为富氧中O₂的质量百分比，％。

热风中H₂O分解前O₂比例：

热风中含N₂比例：

燃烧每千克碳带入高温区气体体积：热风总体积：Nm³/kg；H₂O体积：Nm³/kg；N₂体积：

燃烧每千克碳生成气体体积：CO体积：v_{CO_煤气}＝22.4/12，Nm³/kg；N₂体积：Nm³/kg；H₂体积： Nm³/kg；H₂O体积： Nm³/kg；为高温区氢的利用率，取值40％-60％；

燃烧每千克碳高温区热收入(kJ/kg(C))：

其中，分别表示H₂O、N₂和O₂体在热风温度时的热焓，和分别表示CO、N₂、H₂和H₂O在界限温度(900～1050℃)的热焓；q_{H_还原}为每还原1kmol氢耗热量，kJ/kmol。

燃烧每kg煤粉带入热量(kJ/kg(C))：

其中，ω(C_煤)为煤粉中固定碳，％；H(H_煤)为每kg煤粉中含H的摩尔量：n(H_煤)＝[ω(H_煤)/100/2+ω(H₂O_煤)/100/(1-ω(H₂O_煤)/100)/18]，kmol/kg，ω(H₂O_煤)为煤粉水份，％；ω(H_煤)为煤粉中H含量，ω(H_煤)＝(100-ω(C_煤)-ω(A_煤))×λ_{H_煤}，％；q_分解为煤粉分解耗热，kJ/kg。

步骤三：对煤粉进行评价：煤粉价值V_煤＝q_煤/m_煤，其中m_煤为煤粉价格。

本发明的有益效果是：采用新的喷吹煤粉评价方法可以有效反映煤粉价值，可以用于指导企业合理采购煤粉，提高企业的竞争力。采用新方法后，炼铁厂高炉燃料比明显降低，主要效益如下：太钢炼铁厂高炉燃料比由518.1降低至509.1kg/tFe(其中焦比由354.2升高至363.6kg/tFe，煤比由163.0降低为145.4kg/tFe)，燃料比降低了8.2kg/tFe。焦炭价格按1800元/t，煤粉价格按1000元/t测算，期间炼铁厂产量为3555.0万吨，该专利技术的贡献度为60％，该技术每年产生的经济效益：3555.0×[(363.6-354.2)×1800/1000+(145.4-163.0)×1000/1000]×60％＝-1450.0万元。

因此，本发明专利每年产生的经济效益合计为1450.0万元，具有较好的经济效益。数据说明：采用专利后的数据时间范围为2020年1月至2023年11月，对比数据的时间范围,2015年1月至2019年12月。

具体实施方式

影响煤粉在高炉内的使用价值的因素很多，首先是煤粉自身的成份(煤粉中固定碳、煤粉中灰份、煤粉水份等)，还与高炉的运行参数有关，比如：风机风量、富氧流量、大气湿度、加湿量、风温等；只有综合考虑煤粉自身价值和在高炉内实际价值，才能科学的评价煤粉的总体计值。本发明提出了一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，步骤如下：步骤一、采集高炉运行参数和煤粉成份数据：主要采集数据包括：风机风量、富氧流量、大气湿度、加湿量、风温、煤粉中固定碳、煤粉中灰份、煤粉水份、喷煤风量、喷煤氮气量等。

步骤二、计算该状态下的高炉高温区燃烧每千克煤粉带入的热量：

每分钟入炉热风总体积(Nm³/min)：

其中：V_风机为风机风量，Nm³/min；V_富氧为富氧流量，Nm³/h；V_喷煤为喷煤风量，Nm³/min；V_喷煤N2为喷煤氮气量，Nm³/h；H_加为加湿量，t/h。

热风中含H₂O比例：

H_空气为空气湿度，g/m³。

热风中H₂O分解后O₂比例：

λ_富氧为富氧中O₂的质量百分比，％。

热风中H₂O分解前O₂比例：

热风中含N₂比例：

燃烧每千克碳带入高温区气体体积：热风总体积：Nm³/kg；H₂O体积：Nm³/kg；N₂体积：Nm³/kg。

燃烧每千克碳生成气体体积：CO体积：ν_{CO_煤气}＝22.4/12，Nm³/kg；N₂体积：Nm³/kg；H₂体积： Nm³/kg；H₂O体积： Nm³/kg；η_H2为高温区氢的利用率，一般取值40％-60％。

燃烧每千克碳高温区热收入(kJ/kg(C))：

其中，分别表示H₂O、N₂和O₂体在热风温度时的热焓，和分别表示CO、N₂、H₂和H₂O在界限温度(900～1050℃)的热焓；q_{H_还原}为每还原1kmol氢耗热量，kJ/kmol。

燃烧每kg煤粉带入热量(kJ/kg(C))：

ω(C_煤)为煤粉中固定碳，％；n(H_煤)为每kg煤粉中含H的摩尔量：n(H_煤)＝[ω(H_煤)/100/2+ω(H₂O_煤)/100/(1-ω(H₂O_煤)/100)/18]，kmol/kg，ω(H₂O_煤)为煤粉水份，％；ω(H_煤)为煤粉中H含量，ω(H_煤)＝(100-ω(C_煤)-ω(A_煤))×λ_{H_煤}，％；q_分解为煤粉分解耗热，kJ/kg。

步骤三：对煤粉进行评价：煤粉价值V_煤＝q_煤/m_煤，其中m_煤为煤粉价格。

采用上述方法即可得到煤粉的使用价值，用于评价煤粉的经济性。

本发明已经在太钢6#高炉投入使用，下文将对该发明所述步骤和原理详细说明：

(一)采集高炉运行参数和煤粉成份数据，如表1所示。

表1高炉运行参数

(二)计算该状态下的高炉高温区燃烧每kg煤粉带入的热量每分钟入炉热风总体积(Nm³/min)：

热风中含H₂O比例：

热风中H₂O分解后O₂比例：

热风中H₂O分解前O₂比例：

热风中含N₂比例：

燃烧每千克碳带入高温区气体体积：

热风总体积：H₂O体积：N₂体积：O₂体积：燃烧每千克碳生成煤气气体体积：

煤气中CO体积：煤气中N₂体积：煤气中H₂体积：

煤气中H₂O体积：

燃烧每千克碳高温区热收入(kJ/kg(C))：

当计算条件为表1中运行参数一情况时：

煤粉中H含量ω(H_煤)＝(100-ω(C_煤)-ω(A_煤))×λ_{H_煤}

＝(100-72.0-9.0)×18％＝3.42

每kg煤粉中含H的摩尔量：

n(H_煤)＝[ω(H_煤)/100/2+ω(H₂O_煤)/100/(1-ω(H₂O_煤)/100)/18]

＝[3.42/100/2+2.0/100/(1-2.0％)/18]＝0.018kmol/kg

燃烧每kg煤粉带入热量(kJ/kg(C))：

煤粉价格m_煤为1700元/t，则煤粉价值V_煤＝q_煤/m_煤＝6113.64/1700

＝3.60MJ/元。

当计算条件为表1中运行参数2情况时：

煤粉中H含量ω(H_煤)＝(100-ω(C_煤)-ω(A_煤))×λ_{H_煤}

＝(100-72.5-9.5)×18％＝3.24

每kg煤粉中含H的摩尔量：

n(H_煤)＝[ω(H_煤)/100/2+ω(H₂O_煤)/100/(1-ω(H₂O_煤)/100)/18]

＝[3.24/100/2+2.0/100/(1-2.0％)/18]＝0.017kmol/kg

燃烧每kg煤粉带入热量(kJ/kg(C))：

煤粉价格m_煤为1690元/t，则煤粉价值V_煤＝q_煤/m_煤＝6141.52/1690

＝3.63MJ/元。

通过对比可知，运行参数2条件下比运行参数1条件下的煤粉价值高，优选运行参数2的煤粉。

在钢铁企业中，经济炼铁是一个重要课题。为了用最低的成本冶炼生铁，钢铁企业需要找到一种有效的办法来评价煤粉的价值。本发明提出了一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，可以用于评价煤粉价值。该方法首先采集高炉运行数据和煤粉成份数据，然后计算该状态下的高炉高温区燃烧每千克煤粉带入的热量，进而实现对煤粉的评价。采用这钟方法可以有效反映煤粉价值，用于指导企业合理采购煤粉，提高钢铁企业的竞争力。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种基于高炉高温区热焓计算评价喷吹煤粉的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采集高炉运行参数和煤粉成分数据，采集数据包括：风机风量、富氧流量、大气湿度、加湿量、风温、煤粉中固定碳、煤粉中灰份、煤粉水份、喷煤风量、喷煤氮气量；

步骤二：计算步骤一条件下的高炉高温区燃烧每千克煤粉带入的热量：每分钟入炉热风总体积Nm³/min：

其中：V_风机为风机风量，Nm³/min；V_富氧为富氧流量，Nm³/h；V_喷煤为喷煤风量，Nm³/min；V_喷煤N2为喷煤氮气量，Nm³/h；H_加为加湿量，t/h；

热风中含H₂O比例：

其中，H_大气为大气湿度，g/m³；

热风中H₂O分解后O₂比例：

其中，λ_富氧为富氧中O₂的质量百分比，％；

热风中H₂O分解前O₂比例：

热风中含N₂比例：

燃烧每千克碳带入高温区气体体积：热风总体积：Nm³/kg；H₂O体积：Nm³/kg；N₂体积： Nm³/kg；

燃烧每千克碳生成气体体积：CO体积：ν_{CO_煤气}＝22.4/12，Nm³/kg；N₂体积：Nm³/kg；H₂体积： Nm³/kg；H₂O体积： Nm³/kg；为高温区氢的利用率，取值40％-60％；

燃烧每千克碳高温区热收入(kJ/kg(C))：

其中，分别表示H₂O、N₂和O₂体在热风温度时的热焓，和分别表示CO、N₂、H₂和H₂O在界限温度(900～1050℃)的热焓；q_{H_还原}为每还原1kmol氢耗热量，kJ/kmol；

燃烧每kg煤粉带入热量(kJ/kg(C))：

其中，ω(C_煤)为煤粉中固定碳，％；n(H_煤)为每kg煤粉中含H的摩尔量：n(H_煤)＝[ω(H_煤)/100/2+ω(H₂O_煤)/100/(1-ω(H₂O_煤)/100)/18]，kmol/kg，ω(H₂O_煤)为煤粉水份，％；ω(H_煤)为煤粉中H含量，ω(H_煤)＝(100-ω(C_煤)-ω(A_煤))×λ_{H_煤}，％；q_分解为煤粉分解耗热，kJ/kg；

步骤三：对煤粉进行评价：煤粉价值V_煤＝q_煤/m_煤，其中m_煤为煤粉价格。