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Midrex竖炉化学能与物理能匹配及最大利用的数值分析
李强;刘炳南;冯明霞;邹宗树
【摘要】针对诸如Midrex类型直接还原炼铁竖炉生产过程中存在煤气还原势化
学能未能充分利用问题,设计出一种上部增设吹氧装置将过剩化学势转变成热能的
竖炉.新型竖炉实现煤气化学能与物理能匹配,从而实现能的最大化利用和减少煤气
消耗.根据质量和能量守恒建立了竖炉静态模型对比分析传统和新型竖炉的煤气消
耗,同时开发一维动力学模型计算了炉内温度及煤气成分变化,获得了在热力学上盈
余煤气的体积分数,即还原煤气过剩化学能的分布.结果表明,吹氧竖炉上部气固两相
温度提高,CO和H2浓度明显下降,因而煤气利用率显著增加.在吹氧量为536.40
m3·h-1,吹氧位置为6.5m高度情况下,煤气量消耗下降25.94％,尾气还原势下降
53.69％.%Aimingattheincompleteutilizationofchemicalenergyof
reducinggasinashaftfurnacelikeMidrexfordirectreducediron
production,oxygenblowingintotheupperpartofthefurnacewas
proposedtotransformtheexcessivechemicalenergyintothermalenergy.
Inthisway,theproportioningandbalancingbetweenchemicalandthermal
energiesofreducinggasinthefurnacecouldberealized,andtheir
maximumutilizationandthusgasconsumptionreductioncouldbe
expected.Amassandheatbalancesmodelwasdevelopedtoanalyzethe
gasconsumptionofbothtraditionalandnewlyproposedprocesses.A
one-dimensionalkineticmodelwasdevelopedtocalculatethe
compositionandtemperatureprofilesofbothgasandsolidphasesinthe
furnace.Thedistributionofthermodynamicexcess,i.e.theexcessive
chemicalenergyofreducinggaswasalsoobtained.Theresultsshowed
thatwithoxygenblowingintotheupperpartofthefurnace,the
temperaturesofbothgasandsolidphasesincreasedandthe
concentrationsofCOandH2decreased,andthusgasutilizationwas
increasedsignificantly.Inthecaseof536.40m3oh-1oxygenblowingat
thefurnaceheightof6.5m,gasconsumptiondecreasedby25.94%and
off-gasreductionpotentialdecreasedby53.69%.
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2012(063)012
【总页数】8页(P3906-3913)
【关键词】Midrex竖炉;过剩化学能;能量匹配;吹氧;煤气消耗
【作者】李强;刘炳南;冯明霞;邹宗树
【作者单位】东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;辽宁科技学院冶金工程
学院,辽宁本溪117022;辽宁科技学院冶金工程学院,辽宁本溪117022;东北大学
材料与冶金学院,辽宁沈阳110004
【正文语种】中文
【中图分类】TF557
竖炉是生产直接还原铁的主要反应器，也是两步式或三步式熔融还原工艺预还原阶
段常用的反应器［1－3］。还原性煤气（CO
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