热平衡计算

二、 高温区域热平衡计算

高温区热平衡与全炉热平衡计算的原则是相同的，而不同点是进入1000℃以上区域的物料要按l00℃左右温度差区别考虑，即煤气温度按1000℃、而物料按900℃计算。【7】 1 热量收入

高温区热量收入主要是风口前焦炭、煤粉、重油的燃烧及热风带入的热量，与全炉热平衡计算方法相同。

(1) 风口前碳的燃烧放热(Q C) 首先计算总碳量：

1)焦炭带入的碳量＝455.6×0.8567＝390.31kg 2)煤粉带入的碳量＝120×0.778＝93.36 kg 其次计算风口前燃烧碳量： 1)每1kg 燃烧时需氧 根据 2C+O2=2CO

933.02

124.22=⨯m3/kg C

2）已知风量为1262m3；

3）风口前燃烧的总碳量(C 风口总)：

kg

C 05.284933

.0121.01262933

.01=⨯

⨯=⨯⨯=风中氧量风量风口总

4）风口前燃烧的焦炭中的碳量（ C 风口，焦炭)

kg C 81.22124.6205.284,=-=焦炭风口

所以它们的发热量为：

Q C ＝ｑ焦炭＋ｑ煤

=2173640 ＋ 975985.44 ＝3149625.44 kJ

（2） 热风带入的热量

风风风风t C V Q =

式中，V 风、C 风、t 风分别为风量、风的比热容与风温，查热力学数据表，1000℃时的比热容1.185kJ ／(kg·℃)【15】

KJ

t C V Q 625.19254171000185.1825.1624=⨯⨯==风风风风

kJ

q 217364098008.221=⨯=焦炭

KJ

q 44.9759851045436.93=⨯=煤

kJ Q Q Q C 065.5075043=+=风收入

2 热量支出计算

铁等元素的还原、脱硫、石灰石分解、水分分解等均与全炉热平衡相同， （1）还原耗热(Q 还原) 【8】

1) Fe 的直接还原耗热：(2890 kJ ／kgFe)

kJ

q

q Fe 095.1503047289055.061.945r 945.61d =⨯⨯=⨯⨯=

2) Si 的还原耗热：

3) Mn 的还原耗热

q Mn ＝1.64×4877＝7998.28 kJ

4) P 的还原耗热

q P ＝2.65×26520=70278 kJ

Q 还原＝q Fe ＋q Si ＋q Mn ＋q P ＝1701633.775kJ (2) 脱硫耗热(Q S)

取q S 4600 kJ/kg 【8】 Q S ＝渣量×（S ）× q S

＝439.69 ×0.0078× 4600 ＝ 15776kJ

(3 )石灰石分解与反应热(Q 石灰石)

CaCO3=CaO 十CO2 (3182 kJ ／kg CaO)

CO2十 C=2CO (3768.3 kJ ／kg CO2) Q 石灰石分解＝58.2×0.496×3182 ＝ 91855.43 kJ

Q 石灰石反＝58.2×0.496×0.4×3768.3 ＝ 43512.11 kJ

（4 ）水分分解耗热(Q 水分)

H2O 十C ＝H2十CO (13440 kJ ／kg H2) Q 水分＝17.75×13440 ＝ 238560kJ

(5) 炉渣带走热量(Q 渣)

前述计算中取每lkg 炉渣离开高炉时的焓为1780kJ ／kg 渣。炉渣进入高温区时按900℃计算，焓按 860kJ ／kg 渣计算【11】，另外也要扣除成渣热。 Q 渣＝q 渣－ q 成渣

＝439.69×(1780－860)－ 58.2×0.496×1130.5 ＝404514.8－ 32634.37 ＝ 371880.4 kJ

(6) 铁水带走热量(Q 铁水)

与Q 渣计算相同，前述计算中取每lkg 铁水离开高炉时的焓为1220kJ ／kg 铁。铁水进入高温区时焓按 630kJ ／kg 计算【12】。

k j

q Si

4.12031022960

24.5=⨯=石灰石反

石灰石分石灰石Q Q Q +=＝135367.5

Q 铁＝1000×（1220 －630) ＝ 590000 kJ

（7） 煤气带走的热量（Q 煤气）

要计算煤气从高温区带走的热量，必须知道高温区煤气量及其成分，现计算如下： 已知风口前燃烧碳C 风口=284.05 kg 故风口前碳燃烧的煤气量为 (m3) ： 2

.53005.28412

4.2212

4.22=⨯=

⨯=

风口C V CO 3778.53794.22

4.22017

5.012622

4.222=⨯+

⨯=⨯+

⨯=喷H V V H ϕ

26

.997352.028

4.22)21.01(1262284.22)1(2=⨯+

-⨯=⨯+-⨯=喷

风N V V N ω

则炉缸煤气量＝530.2+53.3778十997.26=1580.8 则炉缸煤气成分为：

CO ＝33.5％，N2＝63.1％，H2=3.4％

炉缸煤气在上升过程中，由于直接还原的原因，使CO 量不断增加，H2和CO 含量不断升高，直到1000℃进入间接还原区时： 52

.75428

4.223684.0009

5.0

6.45544

4.22444.02.584.0)81.22164.4412.383(12

4.222.53044

4.224.0)

(124.222.5302,'

2

=⨯

⨯⨯+⨯⨯⨯+--⨯+=+⨯

+++++⨯+=焦炭熔剂熔剂CO CO C C C C C V CO P Mn Si r Fe CO d

3

'

96.81)005.00632.00095.0(6.4552

4.223778.532

4.223778.532

m

H V H =+⨯⨯⨯+=⨯+

=焦炭

3

2'

92.999)0058.01579.00095.0(6.45528

4.2226.99728

4.2226.9972

m

N V N =+⨯⨯⨯+=⨯+

=焦炭

进入间接还原区时煤气总量:

＝999.92+81.96+754.52=1836.4m3 其中：CO ％=41.1％，H2％＝4.5％，N2％＝54.4％ 在1000℃，煤气比热容以1.41kJ/m3计【13】，煤气带出的热量：

'

''22N H CO V V V ++