高爐碳排放量影響因素分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 高爐碳排放量的影響因素分析 摘要 摘 要高爐煉鐵流程所排放的CO2是鋼鐵企業(yè)中溫室氣體的主要來(lái)源，而高爐生產(chǎn)排放的CO2主要來(lái)源是焦炭和煤粉，因此，減少碳排放量，一方面對(duì)冶金行業(yè)來(lái)說(shuō)具有降低燃料比的經(jīng)濟(jì)意義，另一方面，這也有利于環(huán)境保護(hù)，減緩當(dāng)下全球環(huán)境變暖問(wèn)題的腳步。本文將高爐煤氣中CO與CO2的總量作為高爐碳排放量，用冶煉1t鐵水產(chǎn)生的CO和CO2總體積表示碳排放量，在一定原料條件和冶煉參數(shù)的基礎(chǔ)上，借助物料平衡計(jì)算與熱平衡的計(jì)算，主要繪制并分析了焦比與碳排放量，以及鐵水w(si)與碳排放量的關(guān)系圖，得出碳排放量與影響因素間的定量定性關(guān)系：焦比每增大10kg/t，

2、高爐碳排放量大約上升16.3m3/t左右；鐵水w(si)的百分?jǐn)?shù)每上升0.1，碳排放量增多量在2.0左右，增幅較小。分析結(jié)果表明，在滿(mǎn)足實(shí)際能力與生產(chǎn)要求的情況下，合理地減少焦比，降低鐵水w(si)將有利于鋼鐵企業(yè)順應(yīng)當(dāng)下的減緩全球氣溫上升的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：高爐 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，F(xiàn)ocal 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； 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒 論11.1我國(guó)的二氧化碳排放現(xiàn)狀11.2碳排放量的影響因素11.2.1工序能耗11.2.2燃料組成21.2.3資源效率21.2.4技術(shù)工藝31.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀42.焦炭，鐵水對(duì)碳排放量影響的計(jì)算72.1 爐料成分72.1.1爐料數(shù)據(jù)72.1.2 冶

8、煉條件72.2 礦石需要量82.3 終渣成分82.3.1 終渣S的含量82.3.2 終渣FeO量82.3.3 終渣MnO量82.3.4 終渣SiO2量82.3.5 終渣CaO量82.3.6 終渣Al2O3量82.3.7 終渣MgO量82.4 生鐵成分92.5 物料平衡92.5.1 風(fēng)口前燃燒的碳量C風(fēng)92.5.2 風(fēng)量計(jì)算92.5.3 煤氣成分及數(shù)量計(jì)算102.5.4 編制物料平衡表112.6 熱平衡122.6.1 熱量收入122.6.2 熱量支出132.6.3 熱平衡指標(biāo)152.7 不同焦比時(shí)的計(jì)算結(jié)果152.7.1焦比為320kg/t152.7.2 焦比為340kg/t172.8 不同鐵水

9、w(si)的計(jì)算結(jié)果183.計(jì)算結(jié)果分析和討論213.1 不同焦比對(duì)碳排放量的影響213.2 不同鐵水w(si)對(duì)碳排放量的影響224.結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26 1 緒論1 緒 論1.1我國(guó)的二氧化碳排放現(xiàn)狀全球暖化即是由溫室效應(yīng)所引起的，減少CO2排放量的重要性與必要性也隨著時(shí)代的步伐而顯得越來(lái)越重要。我國(guó)國(guó)土面積大，適應(yīng)氣候變化的能力強(qiáng)，但我國(guó)仍處于發(fā)展中國(guó)家階段，必須持續(xù)發(fā)展工業(yè)，這也就意味著仍需繼續(xù)大額的排放二氧化碳。19912008年間，中國(guó)能源消費(fèi)所帶來(lái)的CO2排放增長(zhǎng)到了113658.39萬(wàn)噸，年平均增長(zhǎng)61%，在這之中工業(yè)能源燃燒的CO2排放量由51949.7萬(wàn)噸增長(zhǎng)到了1

10、54182.49萬(wàn)噸，年平均增長(zhǎng)達(dá)6.8%，工業(yè)部門(mén)是我國(guó)最主要的三大碳排放部門(mén)之一，2008年，工業(yè)部門(mén)能源燃燒CO2排放量占能源消費(fèi)碳排放量總量的84.7%，而目前，工業(yè)能耗占全國(guó)能源消費(fèi)總量的70%二氧化碳排放量也一直占到了一半以上影響CO2排放的主要因素是經(jīng)濟(jì)持續(xù)性增長(zhǎng)，而抑制CO2排放的主要因素則是能源消費(fèi)強(qiáng)度的下降，部門(mén)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)對(duì)CO2排放影響較小，1991至2008年期間，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大拉動(dòng)了155.3%的CO2排放量，而這之中，僅工業(yè)部門(mén)的規(guī)模擴(kuò)大對(duì)CO2的排放增加的貢獻(xiàn)就為128.3%；部門(mén)結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)拉動(dòng)CO2的排放增加的貢獻(xiàn)為6.63%;能源消費(fèi)強(qiáng)度的變化對(duì)拉動(dòng)CO2

11、 的排放增加的貢獻(xiàn)為61.1%；能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化對(duì)拉動(dòng)CO2的排放增加的貢獻(xiàn)為1%，能源強(qiáng)度下降是抑制中國(guó)19912008年CO2排放量的決定性因素，且隨著時(shí)間變化，我國(guó)能源強(qiáng)度所變化帶來(lái)的CO2排放量減少集中體現(xiàn)為工業(yè)部門(mén)能源消費(fèi)強(qiáng)度的下降上，此外，部門(mén)結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)于減少CO2的排放量來(lái)說(shuō)貢獻(xiàn)極小，并無(wú)明顯的降低CO2排放量，但其對(duì)總體CO2排放量變化減少的幅度自2005年以來(lái)開(kāi)始明顯；能源結(jié)構(gòu)變化對(duì)于CO2排放起到了抑制作用，減少了1066.79萬(wàn)噸CO2排放量。而2009至2013，我國(guó)在化石燃料燃燒和水泥生產(chǎn)過(guò)稱(chēng)中排放的二氧化碳量分別為7692211萬(wàn)噸和8286892萬(wàn)噸，對(duì)比排放總量

12、第二多的美國(guó)高出了近40。1.2碳排放量的影響因素鋼鐵行業(yè)是能源、水資源、礦石資源消耗大的資源密集型產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中CO2排放的主要源頭之一。而在鋼鐵企業(yè)中，CO2產(chǎn)生于鐵水、鋼水的生產(chǎn)過(guò)稱(chēng)之中，影響碳排放量的因素有很多，包括工序能耗、燃料組成、資源效率等等。1.2.1工序能耗鋼鐵生產(chǎn)主要的生產(chǎn)工藝過(guò)程是用鐵礦資源、燃料，通過(guò)燃料中碳還原鐵礦從而得到鐵。在鋼鐵生產(chǎn)的焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐等設(shè)備中，碳又作為燃料燃燒，并最終以CO2氣體形式排放到大氣中。除了燃料在爐窯中燃燒，鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)工藝過(guò)程反應(yīng)也會(huì)排放CO21(如燒結(jié)、煉焦、石灰焙燒、鋼鐵冶煉等過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣)。所以，除燃料組成外，工序

13、能耗是鋼鐵行業(yè)CO2排放的又一大影響因素。鋼鐵行業(yè)的工序主要有：焦化、燒結(jié)、煉鐵、轉(zhuǎn)爐、電爐及軋鋼。鋼鐵行業(yè)最大的工序能耗消耗為煉鐵工藝，其次依次為電爐、焦化、軋鋼等。在鐵前工序中焦化工序的直接CO2排放量大些，其次是高爐煉鐵工序，鐵后工序的直接CO2排放量普遍小于鐵前工序2?？梢?jiàn),工序能耗最大的煉鐵工序過(guò)程并不是CO2排放量最大的工序,焦化工序在鋼鐵行業(yè)各工序能耗 CO2排放中占有較大比重，減少CO2排放量還需進(jìn)一步研究焦化工序的減排。1.2.2燃料組成鋼鐵工業(yè)溫室氣體的產(chǎn)生很大一部分是來(lái)自燃料的燃燒，而在燃料中，煤炭是一種CO2排放量高的燃料，其燃燒對(duì)溫室氣體貢獻(xiàn)率最大。鋼鐵工業(yè)燃料的使用

14、主要分為煤炭(煤炭和焦炭的總和)、電力、燃料油和天然氣這四大部分。燃燒每噸煤炭、石油和天然氣的CO2排放量分別為0.70t、0.54t 和0.39。單位熱量燃煤引起的CO2排放比使用石油和天然氣分別高出36和61?？梢?jiàn)，燃料組成是影響鋼鐵工業(yè)CO2排放的一大重要因素在鋼鐵行業(yè)中，煤炭、焦炭的消費(fèi)占了燃料組成的很大一部分比例，如表1.1所示，2000年到2003年間，煤炭用量一直處在增長(zhǎng)狀態(tài)，焦炭用量除在2001年有所減少外也處于增長(zhǎng)狀態(tài)，其他燃料用量除燃油用量逐年有所下降均處于增長(zhǎng)狀態(tài)，這與鋼鐵行業(yè)CO2排放量處于增長(zhǎng)趨勢(shì)相符。天然氣排放的CO2較少，因此天然氣的消耗應(yīng)該在現(xiàn)有基礎(chǔ)上逐漸增長(zhǎng)。

15、但由于天然氣的儲(chǔ)量遠(yuǎn)小于煤炭，并不能從根本上解決問(wèn)題，所以，節(jié)能措施和提高熱效率是減少CO2排放最重要的途徑。表1.1 不同年份的燃料消耗表燃料消耗2000年2001年2002年2003年系統(tǒng)能源消費(fèi)量/萬(wàn)t（標(biāo)煤）18077.7021413.1824572.6127128煤炭/萬(wàn)t11159.2411962.9912877.6913428.79焦炭/萬(wàn)t7340.676714.097856.558910.08電力/億kwh1012.65986.681103.011236.93燃料油/萬(wàn)t220.87225.75182.84171.07天然氣/億m35.753.053.724.571.2.3資

16、源效率Y. Ki m等3指出中國(guó)的鐵鋼比高的原因是缺乏足夠的廢鋼鐵。韋保仁等4曾研究了由于廢鋼回收利用節(jié)能的CO2減排的相對(duì)量，得出鋼鐵行業(yè)中廢鋼鐵的應(yīng)用是減少CO2排放的重要因素的結(jié)論。國(guó)外噸材CO2排放量均小于2000kg，而我國(guó)噸材CO2排放量均大于2000kg，平均為2539kg，高出國(guó)外35左右，其主要原因是我國(guó)噸鋼能耗比國(guó)外高，30左右?？梢?jiàn)，一些資源效率指標(biāo)也是我國(guó)鋼鐵工業(yè)CO2排放的影響因素。表1.2列出了我國(guó)2000至2005年鋼鐵行業(yè)資源利用情況。從表1.2中可以看出研究年間噸鋼綜合能耗逐年有所降低，鐵鋼比雖也有所下降但還是較高,除轉(zhuǎn)爐煤氣回收量有所增長(zhǎng)外，其他煤氣的放散率

17、都是呈增長(zhǎng)狀態(tài)的。所以，資源效率的改善，使CO2的減排還有較大潛力。表1.2 2000到2005年鋼鐵行業(yè)資源利用情況表年份200020012002200320042005噸鋼綜合能耗920876815778761741.05噸鋼可比能耗760870700696705714.02鐵鋼比1.020.960.940.960.950.94廢鋼消耗量與粗鋼比/22.7222.6021.5121.6819.1917.79高爐煤氣放散率/6.038.879.649.519.8910.46焦?fàn)t煤氣放散率/3.542.082.092.394.235.76轉(zhuǎn)爐煤氣回收率/3538374142541.2.4技術(shù)工

18、藝有關(guān)資料顯示，每生產(chǎn)1t鋼，采用高爐工藝將排放出215t的CO2，電爐工藝也要排放0.5t的CO2。我國(guó)的平爐鋼鐵已基本被淘汰，煉鋼主要由轉(zhuǎn)爐和電爐完成。這兩種煉鋼工藝需要不同類(lèi)型的能源以及不同的能源強(qiáng)度，因此要分析轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼的比例。此外，冷軋比、連鑄比和爐外精煉比也影響到鋼鐵行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)及消費(fèi)情況從而影響到CO2的排放情況。所以，鋼鐵行業(yè)CO2排放與所采用的工藝、技術(shù)等有著密切的聯(lián)系。表1.3列出了2000年到2005年包括電爐鋼比、平爐鋼比、冷軋比、連鑄比等鋼鐵行業(yè)技術(shù)特征的變化情況。平爐鋼比例占總鋼鐵產(chǎn)量的比例趨近于0，這說(shuō)明，近幾年我國(guó)已成功改進(jìn)了煉鋼技術(shù)，降低煉鋼能耗，使CO

19、2的減排取得了一定成效。但電爐鋼比依然小于轉(zhuǎn)爐鋼比，為進(jìn)一步減少CO2排放應(yīng)注意調(diào)節(jié)電爐鋼比。連鑄比已基本達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平，冷軋比由于技術(shù)的采用處在起步階段還有待提高。爐外精煉比處于穩(wěn)步提升狀態(tài)。如未來(lái)幾年能夠較好的控制鋼產(chǎn)量，隨著一些指標(biāo)的提升CO2排放可以得到有效控制。表1.3 鋼鐵行業(yè)技術(shù)特征變化表年份200020012002200320042005連鑄比868790929496轉(zhuǎn)爐鋼比8278.579808385爐外精煉比2022.826283146電爐鋼比1918.516.51513.611.4冷軋比11.62.94.65.55平爐鋼比0000001.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀丁建坤5對(duì)于配煤

20、方式對(duì)高爐碳排放量的影響做了相關(guān)的計(jì)算與分析。在了解了高爐冶煉中CO2的產(chǎn)生，即是燃料帶入的碳在高爐下部通過(guò)燃燒和直接還原生成CO2，以及CO與爐料反應(yīng)所生成CO2，最終隨爐頂煤氣排出這樣的一個(gè)過(guò)程后6-8；通過(guò)應(yīng)用物料平衡與熱平衡計(jì)算9-11來(lái)研究鐵水中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.21 %增加到0.51 %時(shí)，對(duì)焦比、爐渣、煤氣量、碳排放量等的影響；最后，通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果如表1.4。從表1.4可以看出：隨著煙煤配加比例的增加，焦比先降低后升高，渣量減?。桓郀t碳排放量減小，煤氣量先降后升；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，并且減小量越來(lái)越小。最后分析數(shù)據(jù)表明：（1）隨著煙煤配

21、加比例的增加，焦比先降后升，在研究計(jì)算條件下，當(dāng)配加煙煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.45時(shí)，焦比最低。(2)合理的配煤有利于高爐減排，高爐碳排放量隨著煙煤配加比例的增加而降低。(3)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)重視噴吹煤粉的配比問(wèn)題，不僅要重視降低焦比的經(jīng)濟(jì)意義，而且要把降低碳排放量的環(huán)保意義放到重要位置，做到經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益統(tǒng)籌兼顧。表1.4 配比對(duì)高爐部分參數(shù)的影響無(wú)煙煤比例/煙煤比例/焦比/(kg/t鐵)渣量/(kg/t鐵)CO+CO2/(m3/t鐵)煤氣量/(m3/t鐵)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魏親睿12對(duì)于風(fēng)溫對(duì)高爐碳排放量的影響做了有關(guān)的計(jì)算與分析。通過(guò)應(yīng)用物料平衡與熱平衡計(jì)算，研究了風(fēng)溫在9501400、煤比180 kg/t時(shí)，改變焦比，并讓風(fēng)溫遞增50的情況下，風(fēng)溫對(duì)

24、焦比、爐渣、煤氣量、碳排放量等的影響，所得風(fēng)溫與高爐部分指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1.5。由表1.5可以看出，風(fēng)溫增大時(shí)，焦比大幅度降低，渣量、高爐碳排放量、煤氣量均降低，碳素利用率和能量利用率上升。進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)得出風(fēng)溫對(duì)高爐碳排放量定性與定量的關(guān)系：(2)一方面，風(fēng)溫升高，風(fēng)口前需要碳燃燒提供的熱量減少，風(fēng)口前燃燒碳量降低，鼓風(fēng)量減小，導(dǎo)致風(fēng)口前理論燃燒溫度上升，而爐身和爐頂溫度降低，使得高溫區(qū)下移，中溫區(qū)擴(kuò)大，有利于間接還原；另一方面，風(fēng)口前碳燃燒減少，也使得CO量減少；(2)隨著風(fēng)溫的升高，焦比大幅度下降。在設(shè)定的計(jì)算條件下，風(fēng)溫在9501400時(shí)，每升高100，焦比降低10.20kgt。(3

25、)隨著風(fēng)溫的升高，高爐碳排放量降低。在設(shè)定的計(jì)算條件下，風(fēng)溫在9501 400時(shí)，每升高100，高爐碳排放量降低17.06 m3t；(4)隨著風(fēng)溫升高，直接還原度上升，煤氣量降低，CO利用率升高。(5)雖然高風(fēng)溫有利于高爐的減排和改善多項(xiàng)高爐冶煉指標(biāo)，但仍要注意高爐順行問(wèn)題。表1.5 風(fēng)溫與高爐部分指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系表風(fēng)溫/焦比/(kg/t鐵)渣量/(kg/t鐵)CO+CO2/(m3/t鐵)煤氣量/(m3/t鐵)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劉彪13對(duì)于焦炭固定碳對(duì)高爐碳排放量的影響做了有關(guān)的計(jì)算與分析。在固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84.0491.04，煤比為180kg/t時(shí)，通過(guò)改變?nèi)霠t焦比，保證高爐內(nèi)熱損失不變，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)遞增1（焦炭其他成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在保證質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100的

28、條件下同比例變化）。研究了固定碳對(duì)焦比以及對(duì)高爐碳排放量的影響。計(jì)算出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)焦炭固定碳與高爐部分指標(biāo)間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表1.6。由表1.6計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)固定碳含量上升，一方面發(fā)揮發(fā)熱劑作用需要的焦炭減少；另一方面，灰分下降，使得高爐渣量減少，灰分中金屬元素的還原耗碳量降低，焦比進(jìn)一步下降。同時(shí)，熱量消耗降低，爐渣升溫消耗的焦炭進(jìn)一步減少。焦炭的水分和揮發(fā)分含量一般較低，固定碳含量變化時(shí)，水分和揮發(fā)分含量對(duì)高爐的影響較小。因此，焦炭固定碳含量上升時(shí)，高爐焦比下降。提高焦炭固定碳含量，有利于高爐節(jié)能減排。之后，又進(jìn)一步得出：（1）隨著焦炭固定碳含量上升，焦比大幅度下降。在設(shè)定的計(jì)算條件下，焦炭

29、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升1焦比降低約3.83kg/t。（2）隨著風(fēng)溫升高,高爐碳排放量降低。在設(shè)定的計(jì)算條件下,焦炭固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高1，碳排放量降低約0.93m3/t。（3）隨著風(fēng)溫升高，煤氣量降低，碳的利用率提高。能量利用率提高，CO2的利用率提高。高爐碳排放量隨著焦炭固定碳含量的上升而減少。表1.6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)焦炭固定碳與高爐部分指標(biāo)間的對(duì)應(yīng)表固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/灰分/揮發(fā)分/水分/焦比/(kg·t-1)V(CO+CO2)/(m3·t-1)煤氣量/(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焦炭和鐵水對(duì)碳排放量的影響計(jì)算2 焦炭和鐵水對(duì)碳排放量影響的計(jì)算2.1 爐料成分2.1.1爐料數(shù)據(jù)計(jì)算選取的礦石成分見(jiàn)表2.1，焦炭指標(biāo)見(jiàn)表2.2、煤粉指標(biāo)見(jiàn)表2.3、生鐵成分如表2.4。表2.1 燒結(jié)礦、生礦及其混合礦成分表（）原料FeMnPSFe2O3FeOMnO2MnOCaO燒結(jié)礦天然礦混合礦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續(xù)上表原料MgOSiO2Al2O3P2O5FeS2FeSSO2燒損CO2合計(jì)燒結(jié)礦天然礦混合礦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合計(jì)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生鐵爐渣煤氣0.9970.00300.50.501.0000.062.1.2 冶煉條件配礦比=燒結(jié)礦:生礦=85:15,即孰料率為85%焦比330kg/t,煤比170kg/t爐渣堿度R = = 1.06風(fēng)溫1200，鼓風(fēng)濕度f(wàn)=1.5%，即12g/m3爐頂溫度200；入爐礦石溫度80直接還原度rd=0.45焦炭和噴

34、吹物含C總量的1.2%與H2反應(yīng)生成CH42.2 礦石需要量焦炭帶入鐵量=330*(56*0.0075/72+56*0.0005/88) = 2.03(kg)煤粉帶入鐵量=170*0.0045*56/72=0.595(kg)進(jìn)入渣中鐵量=950*0.003/0.997=2.86kg(3.68kg Feo)混合礦需要量=(950+2.86-0.595-2.03)/0.5876=1617.15 (kg)2.3 終渣成分2.3.1 終渣S的含量爐料全部含S = 1617.15*0.0005+330*0.0052+170*0.0066 = 3.65(kg)進(jìn)入生鐵的S = 0.3(kg)進(jìn)入煤氣的 S

35、 = 3.65*0.06 = 0.22(kg)進(jìn)入爐渣的 S = 3.65 - (0.3+0.22) = 3.13(kg)2.3.2 終渣FeO量終渣FeO量=3.68(kg)2.3.3 終渣MnO量終渣MnO量=1617.15*0.0009785*0.5*71/55 = 1.02(kg)2.3.4 終渣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 終渣CaO量終渣CaO量=1617.15*0.0787+330*0.0076+170*0.006= 130.79(kg)2.3.6 終渣Al2

36、O3量終渣Al2O3量=1617.15*0.0043+330*0.0483+170*0.0342=28.71 (kg)2.3.7 終渣MgO量渣MgO量=1617.15*0.012+330*0.0012+170*0.003= 20.31(kg)由以上計(jì)算，得到爐渣成分如表2.5：表2.5 爐渣成分（）成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合計(jì)Rkg123.3228.71130.7920.311.023.681.56309.39%39.869.2842.276.560.331.200.50100.001.062.4 生鐵成分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F(xiàn)e量=95%5.6、含C量=4.49%綜上得到生鐵成分見(jiàn)表2.6:表2.6 生鐵成分（）FeSiMnPSC合計(jì)950.350.080.050.034.491002.5 物料平衡2.5.1 風(fēng)口前燃燒的碳量C風(fēng)燃料帶入固定碳=330*0.8563+170*0.7748=414.30(kg)溶于生鐵的碳=0.0449*1000=44.9(kg)直接還原耗碳=0.8*12/55+3.5*24/28+0.5*60/

38、62+950*0.45*12/56=95.27 (kg)(大約有11.5%的碳總量參與生成CH4)生成CH4耗碳=414.3*0.012=4.97(kg)則在風(fēng)口前燃燒的C量=414.30-44.9-95.27-4.97=269.16 (kg)2.5.2 風(fēng)量計(jì)算 鼓風(fēng)濕度f(wàn) = 1.5% 即12g/m3鼓風(fēng)含氧濃度=0.21+0.29f(f為鼓風(fēng)濕度)=0.21+0.29*0.015=0.2144(m3)風(fēng)口前C燃燒所需要風(fēng)量=269.16*0.933/0.2144=251.13/0.2144 (m3)燃料帶入氧量=170*(0.0405+0.0079*16/18)*22.4/32=5.66

39、(m3)每噸生鐵鼓風(fēng)量=(251.13-5.66)/0.2144=1144.92 (m3)2.5.3 煤氣成分及數(shù)量計(jì)算CH4含量CH4由燃料中碳生成CH4量=4.97*22.4/12=9.28(m3)焦炭揮發(fā)分含CH4量=330*0.0003*22.4/16=0.14(m3)進(jìn)入煤氣的CH4量=9.42(m3)H2含量入爐總H2 = 鼓風(fēng)帶入H2 + 焦炭帶入H2 + 煤粉帶入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)在噴吹條件下有40%的H2參加還原反

40、應(yīng),則參加還原反應(yīng)的H2量=118.67*0.4=47.47 (m3)生成CH4消耗H2量= 9.28*2 = 18.56(m3)進(jìn)入煤氣H2量= 118.67 - 18.56 47.47 = 52.64(m3)用H2還原的鐵氧化物中2/3用于還原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的參加還原反應(yīng)，相當(dāng)于同體積的CO所參加的反應(yīng),因此要減去H2參與的量?？傆?jì)間接還原生成CO2量=166.65+177.35+0.166-47.5=296.67(m3)爐料帶入或分解產(chǎn)生CO2量=330*0.0033*22.4/44+1617.15*0.0116*22.4/44 =10.10 (m3)煤氣中總的CO2量=296.67+10.10=306.77(m3)CO含量風(fēng)口前碳素燃燒生成CO=269.16*22.4/12=502.4 (m3)元素直接還原生成CO量=95.27*22.4/12=177.8(m3)焦炭揮發(fā)分中

42、CO量=330*0.0033*22.4/12=2.03m3)間接還原消耗CO量=296.67 (m3)煤氣中總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）得到煤氣成分見(jiàn)表2.7：表2.7 煤氣成分成分CO2CON2H2CH4總計(jì)Vg/V風(fēng)m3306.77 385.56892.94 52.649.421647.31.44 %18.62 23.4054.273.190.57100.00 2.5.4 編制物料平衡表計(jì)算鼓風(fēng)量鼓風(fēng)質(zhì)量=(0.21*0.985*

43、32+0.79*0.985*28+0.015*18)/22.4=1.28(kg/m3)鼓風(fēng)質(zhì)量=1144.92 *1.28=1465.50 (kg)計(jì)算煤氣質(zhì)量煤氣質(zhì)量=(0.1862*44+0.234*28+0.5422*28+0.0057*16+0.0319*2)/22.4=1.34(kg/m3)全部煤氣質(zhì)量=1647.3*1.34=2207.38 (kg)水分計(jì)算焦炭帶入水分330*0.048=15.84(kg)煤粉帶入水分=170*0.0079=1.34(kg)H2還原生成水分=47.5*18/22.4=38.17 (kg)總計(jì)水分質(zhì)量=55.35 (kg)假定混合礦和焦炭的機(jī)械損失為

44、0.5%礦石實(shí)際用量=1617.15*(1+0.5%)=1625.24 (kg)焦炭實(shí)際用量=330*(1+0.5%+4.8%)=347.49 (kg)機(jī)械總損失=(1625.24 +347.49+170)-(1617.15+330+170)-15.84-1.34=8.4(kg)綜上數(shù)據(jù)得到物料平衡表見(jiàn)表2.8：表2.8 物料平衡表序號(hào)收入項(xiàng)kg序號(hào)支出項(xiàng)kg12共計(jì)原燃料鼓風(fēng)2117.151465.503582.6512345生鐵爐渣煤氣水分爐塵共計(jì)1000309.392207.3855.358.43580.52相對(duì)誤差= (3582.65-3580.52)/ 3582.65*100%=0.

45、06%<0.3%2.6 熱平衡2.6.1 熱量收入碳的氧化熱由C氧化成1m3的CO2放熱=33410.66/22.4*12=17898.43(kJ/m3)由C氧化成1m3的CO放熱=9797.11/22.4*12=5250.50(kJ/m3)碳的氧化熱=296.67*17898.43+(385.56-2.03)*5250.50=7323651.49 (kJ)熱風(fēng)帶入熱1200時(shí)干空風(fēng)及水蒸氣比熱容分別為1.428 kJ/(m3.)和1.723kJ/(m3.)熱風(fēng)帶入熱量=(1144.92-17.17)*1.428+17.17*1.763*1200=1968837.252(kJ)成渣熱爐料

46、中以碳酸鹽形式存在的CaO和MgO,在高爐內(nèi)生成鈣鋁硅酸鹽時(shí),1kg放出熱量1130.49kJ的熱量混合礦中的CaO量=1617.15*0.0116*56/44=23.88(kg)成渣熱=23.88*1130.49=26990.46(kJ)混合礦帶入物理熱80混合礦的比熱容 1.0kJ/(m3.)混合礦帶入物理熱=1617.15*1.0*80=129372 (kJ)H2氧化放熱1m3H2氧化成H2O放熱10806.65(kJ)H2氧化放熱=47.5*10806.65=513315.9(kJ)CH4生成1kgCH4生成熱=77874.4/16=4867.15(kJ)CH4生成熱=9.28*16/

47、22.4*4867.15=32262.20 (kJ)冶煉1t生鐵的總熱量收入為以上6項(xiàng)之和，即Q總吸 = 7323651.49+1968837.25+26990.46+129372+513315.9+32262.2 = 9994429.3 (kJ)整理熱量收入數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.9:表2.9 熱量收入表項(xiàng)目碳氧化熱熱風(fēng)帶入成渣熱混合礦熱H2氧化CH4生成合計(jì)kJ7323651.491968837.2526990.46129372513315.932262.29994429.32.6.2 熱量支出氧化物分解與脫硫1)鐵氧化物分解熱燒結(jié)礦中FeO有20%以硅酸鹽形態(tài)存在，其余以Fe3O4形式存在m(FeO

48、)硅酸鐵= 1617.15*0.85*0.0834*0.2+330*0.0075+170*0.0045 = 26.17 (kg)除去進(jìn)入渣中的FeO，它也以硅酸鐵形式存在，計(jì)3.68kg余下m(FeO)硅酸鐵= 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硅酸鐵分解熱=22.49*407

49、5.21=91651.47(kJ)Fe3O4分解熱= (126.01+280.02)*4799.98=1948935.88 (kJ)Fe2O3分解熱= 910.36*5152.94=4691030(kJ)鐵氧化物總分解熱 = 6731617.35 (kJ)2)錳氧化物分解熱MnO2MnO分解熱=1617.15*0.00039*2629.44=1658.56 (kJ)MnOMn分解熱 = 0.8*7362.84=5890.27(kJ)錳氧化物分解總熱=7548.83(kJ)3)SiO2分解熱 = 3.5*30288.76=106010.66(kJ)4)Ca3(PO4)2分解熱 = 0.5*357

50、56.98=17878.49(kJ)5)脫硫耗熱:1kg硫平均耗熱=(0.8*5401.23+0.2*8039.04)=5928.792(kJ)脫硫耗熱=3.21*5928.792=19031.42(kJ)氧化物和脫硫耗熱=6882086.75(kJ)碳酸鹽的分解混合礦中的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為18.76*7.87/(7.87+1.21)16.26(kg)以MgCO3分解的CO2為18.7616.262.5(kg)碳酸鹽分解熱=16.26*4044.64+2.5*2487.08=71975.4(kJ)水分的分解熱1144.92*0.015*1080