冶金炉热工基础(chapter5冶金炉热能的合理利用)

冶金炉热工基础第五章冶金炉热能的合理利用5冶金炉热能的合理利用冶金炉是优质燃料及电能的大量消耗者。如生产一吨钢需消耗1.87吨标准燃料，需消耗965度电。生产一吨锌(火治法)需消耗2~3.5吨标淮燃料。要得到一吨的金属镍则需要50~55吨标准燃料。钢铁生产成本中能耗占23%。有色金属产品的成本中，热能消耗平均占10%左右，可见，在确定炉子供热方案和组织炉子供热的过程中，如何尽可能地提高热能的利用率，具有重大的国民经济意义。5.1炉子能源的合理选择确定冶金炉能源时，应从以下原则出发：(1)满足工艺过程技术上的要求：如温度水平，杂质含量，温度控制的精确程度等；(2)从能源生产、输送及使用各个过程出发，保证最高的热利用率(称为能量总利用率)；(3)国家资源的综合利用；(4)减轻劳动强度，便于操作的机械化和自动化。混合煤气配用比计算。配用比就是指配用燃料在混合煤气中所占的体积比例。根据生产要求，首先确定混合煤气的发热量。若以x代表配用比，则可由下式求得：式中：x——配用燃料在混合煤气中所占的体积；1—x——高炉煤气在混合煤气中所占的体积；——配用燃料的发热量；——高炉煤气的发热量;——混合煤气的发热量。混低高低配低QQ)x1(Qx混低Q高低Q混低Q1、高炉燃料的选用为了保证高炉生产顺行，在矿石原料中必须配比一定量的固体燃料。高炉生产高炉使用的固体燃料人工制造的冶金焦(一定的块度(25~125mm)和机械强度)。但焦炭的来源有限，故是贵重燃料。目前在高炉风口处喷吹一些辅助燃料以降低焦比(kg/吨铁），天然气、焦炉煤气、重油和粉煤都可做为喷吹燃料。目前国内外多采用喷吹重油(置换比为1:2)或粉煤(置换比1:0.8)。2、熔炼冰铜的反射炉燃料反射炉所用燃料能在炉头处迅速燃烧，形成短火焰(1)天然气是反射炉的理想燃料，但它受产地的限制(2)重油由于它的发热量高，燃烧过程易于控制，燃烧设备简单，操作方便，它亦是反射炉的理想燃料。(3)粉煤目前仍是我国一些炼铜反射炉尚在采用的燃料。5.2节约燃料的途径1.1、炉子热平衡所谓炉子的热平衡即指炉子的热量收人必等于其热量支出说明：(1)在编制热平衡时，必须划定热平衡的区域。（2）同一热平衡中各项热量的单位必须是一致的。(3)计算热量的起始温度，采用0℃(绝对温度273K)较为方便。(4)物料平衡是热平衡的前提。a、炉膛热平衡把炉膛作为一个区域。凡进入这个区域的热量都是炉膛的热收入，而离开的都是热支出(参看图5—1)。这样得到的热平衡，便是炉膛热平衡，它是炉子备区域热平衡中最主要的一环如果忽略物料在炉内的放热或吸热反应，通常火焰炉炉膛热平衡包括以下各项：热收入：(1)物料入炉时带入的物理热；(2)燃料的燃烧热；(3)空气(煤气)的物理热；热支出：(1)产品出炉时带走的物理热(2)炉膛废气带走的物理热；(3)炉膛废气中残余可燃体的化学热；(4)热损失；包括：I)通过炉膛的砌体散热；Ⅱ)冷却水带走热；Ⅲ)炉门等处潺气带走热；Ⅳ)炉门、窥孔等打开时向外辐射热。炉膛的热收入必等于热支出，所以Q料+Q烧+Q空=Q品+Q废膛+Q化+Q失膛热收入热支出这便是热平衡式。考虑Q效=Q品-Q料，并将Q化并到项Q失膛中，或因微小而略去，上式可简化为Q烧+Q空=Q品+Q废膛+Q失膛按上式概括地表达了炉膛热平衡的全貌。炉膛的热收入包括两项：燃料的燃烧热、空气物理热。热支出包括三项：有效热、炉膛废气带走的热，炉膛热损失。b、空气预热器的热平衡式C、热平衡图炉子的热平衡可以用图形表示出来(如图5—2)。2、燃料的节约节约燃料的一些基本途径：即提高空气(及煤气)的预热温度，提高燃料的发热量，改善燃料和传热条件以减少废气带走的热量，减少炉子的热损失，确定合理的热负荷等。A、余热回收炉尾废气带走的热量，一般占热平衡支出的40~50%，充分利用这部分热量有巨大的潜力。首先应该用来预热空气或煤气(或炉料)将这部分热量回收到炉内，其次才生产蒸汽或其它用途。近年来国外采用一种新技术，即利用低温的废气来加热一种低沸点的溶液。如制冷机中用的氟利昂等液体，B、减少冷却水带走的热量加热炉上的冷却部件，主要是炉底水管，冷却水带走的热量可达整个热平衡中的20%之多（和金属吸收的热量差不多，因此冷却水管必须采用保温材料包扎。许多厂现已采用陶瓷纤维毡和可塑料耐火材料包扎冷却水管，收到了良好的效果。C、减少炉体散热根据计算，炉墙若有良好绝热，比只用单层粘土砖时可节约80%的散失热量。最近，国内外都推广一种陶瓷纤维的新材料，其用在间歇工作的炉子上，可以大大减轻炉体重量和炉体热损失。此外，炉子砌体应当严密，炉门应尽量关闭，防止通过砖缝和各种孔、口的散热。热风管道也应绝热，总之应当尽量减少炉体的各种散失热量。D、提高燃料的发热量,改善燃烧条件、传热条件这是减少炉膛废气带走的热量，提高热效率，节约燃料量的又一重要措施。一般情况下，提高发热量可以提高热效率；改善燃烧条件方面，首先是指空气消耗系数的调整；其次，改善燃烧条件还指改善燃料和空气的混合条件。改善传热条件，其中包括适当扩大装入量等措施。E、确定合理的热负荷F、富氧空气燃烧G、安装测量和调节仪表H、计算机控制