氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型
氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型 摘要：高炉的工作过程是以焦炭为燃料，燃烧后排放出CO2气体。目 前我国高炉炼铁的发展方向是以低成本消耗为基础，采取有效解决措施来降低焦 炭的损耗量，避免大量的CO气体排放空气中污染环境。其中高炉喷吹焦炉煤气 是解决措施之一。本文对氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺的内容及其数学模型进行了 论述。关键词：氧气高炉；
喷吹；
焦炉煤气；
数学模型 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.190 0前言 高炉是钢铁冶金体系中最重要的工艺装置，它的工作过程是以消耗能 量为主并释放CO2气体，我国本着可持续发展观的经济发展理念，以节省能量损 耗减少气体排放的基础来研发各种新型技术，其中本文所论述的氧气高炉喷吹焦 炉煤气工艺装置就是最有效的解决办法之一。氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置的 优点在于克服燃料之间的消耗量，工艺流程简便，能够为社会经济带来效益，绿 色、节能、环保，促使经济循环发展。
1氧气高炉喷吹焦炉煤气 （1）焦炉煤气的成分。焦炉煤气作为高级气体燃料，它具有还原性， 并且氢元素含量极高。氧气高炉喷吹焦炉煤气包含H2，CH4，CO，CmHn，N2。
其中H2成分量占半数以上，其次是CH4和CO，CmHn和N2的成分较少，一般焦 炉煤气的燃烧热量值不到20000KJ/Nm3。
（2）高炉喷吹焦炉煤气工艺。高炉喷吹焦炉煤气工艺流程如下，燃 烧原料以气体形式进入压缩机装置后，经压缩机处理，把气体导入储气罐，其中 一部分气体通过旁通回路返回到原焦炉气体进口处，被循环利用，二次回收具有 环保高效作用；
另一部分气体通过吹扫蒸汽和喷吹支管进入到高炉中，高炉开始 工作。
（3）喷吹焦炉煤气的优点。首先该工艺可提供给高炉优质还原剂， CH4+1/2O2=2H2+CO，H2成分占据总成分3/4，其中H2还原速度较快，损耗能量 少，能够增强高炉生产能力并提高焦炉工作进度；
其次是还原产物环保，C和CO还原最终产物是CO2，而H2还原产物是H2O，可以减少CO2的排放量，社会意义 显著；
然后焦炉煤气的价值量高，对能量运用效率得到改善，燃烧原料煤气，其 能量利用率一般不到1/2，价格比例按热值计算，每立方米在0.4左右；
另外喷吹 技术简洁方便，控制精确度较高，工作原理组成是通过加大气体压强，运送气体 以及喷吹，其有效特征在于设备投资成本低，控制灵活，精确度强，能够实现单 风口定量喷吹。
2氧气喷吹焦炉煤气数学模型 （1）回旋区数学模型的开发。高炉回旋区是高炉重要加工区域，它 在高炉冶炼中起重要地位，直接影响高炉下部煤气气流的流向及整个高炉内传导 热量的过程。基于回旋区模型的假设，回旋区数学模型如下：开始→焦炉煤气喷 吹量→输入鼓风参数（富氧率、鼓风量等）→回旋区的质量和热平衡模型→（函 数条件）→输出回旋区条件→结束。其中风口回旋工作过程为：1）煤粉的反应 2C+O2=2CO，C+O2=CO2；
2）焦炉煤气的反应2CH4+O2=4H2+2CO；
3）水煤 气的反应H2O+C=CO+H2；
4）CO2+C=2CO；
5）焦炭的反应C+O2=CO2， 2C+O2=2CO。最后风向循环区域内含有CO、H2、N2气体。
（2）高炉喷吹焦炉煤气数学计算。置换比计算条件按元素形式分析， 置换比单位kg，热量为KJ。焦炭的热平衡分析，其焦炭中固定碳在焦炉内发生的 反应方程为：，表示焦炉内对CO的反复使用率。如果按每单位煤炭来计量，根 据公式，焦炭中定量碳含量在高炉中放出的热量值。高炉喷吹焦炉煤气的热量平 衡分析的反应过程：，，。其中置换比的计算公式。如下焦炉煤气成分，H2-60.7%， CH4-26.63%，CO-6.67%，CO-22.23%，N2-3.77%。根據数据，焦炭的固定碳含 量为85.23%，灰分含量为13.01%，假设炉顶煤气温度为200℃，查表得到各气体 25～200℃的平均摩尔定压热容，各物质的热力学数据，根据公式可计算相互H2 的利用率，按1m？焦炉煤气来计算，根据数学模型可得出焦炉煤气所形成的炉 顶煤气各成分的体积，将参数值代入焦炭的置换比计算公式中得出 RR=0.486kg/m？。
（3）CO2脱除率的数学模型。在氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺流程中， 燃料在进入高炉中加热前，需要除去CO2，CO2+C=2CO，根据反应公式计算反 应后的CO2值，通过以往数据分析，举例如下：设高炉内消耗煤的数值为200kg/t， 炉内循环的煤气含量为400m？/t，气体温度值达到1173K，顶口煤气进入焦炉之 前H2O的剩余量为2g/m？，在流程操作中所用氧气质量分数达到90%。其中伴随 CO2脱出量的增加，高其炉焦的含量比呈增长趋势，而煤在气化炉中损耗量在逐步下降。这是由于CO2含量增加后，气化炉中反应物减少，从而降低煤的消耗量。
3结语 氧气焦炉喷吹焦炉煤气具有优质还原剂H2，增加能量利用率和煤气 价值量，减轻CO2气体排放量；
氧气高炉喷吹焦炉煤气无论在国内还是国外都已 经具有长期工业研究和生产试验，工艺技术成熟有效；
氧气高炉喷吹焦炉煤气为 大多说钢铁联合企业提供了便利条件；
此外在多种用途中，氧气喷吹焦炉的利用 价值极大，应用效果显著，适应能力极强，不受外界环境干扰，并且能够实现利 益最大化，是目前炼铁技术最好的选择。