高炉炼铁过程的Exergy分析

论文摘要

在整个钢铁生产系统中,炼铁工序是最耗能的,而且产生的CO2多,环境负荷最大。高炉是联合钢铁企业的核心,提高高炉效率对钢铁产业乃至整个社会都具有重要意义。因此,必须在强化高炉冶炼的同时,进一步降低高炉能量消耗,有效减轻环境负荷。本研究根据最新的能量利用评价方法—Exergy分析法,分析高炉的节能潜力,评价高炉的能量利用状况。本研究建立的Exergy分析模型基本框架包括温度Exergy模型、固溶体Exergy模型、热风Exergy模型、煤气Exergy模型、铁水Exergy模型、入炉含铁炉料Exergy模型以及全局Exergy分析模型。在Exergy理论和炼铁计算原理的基础上,本研究给出了炼铁系统内各种物流和能流的Exergy值计算方法,根据建立的Exergy分析模型基本框架,完成了高炉炼铁过程的Exergy分析计算机模拟过程,制作出一款专用于炼铁过程Exergy分析的软件,该软件基本达到了Exergy分析精确计算的最初目标。研究揭示了高炉内部和外部的不可逆损失是造成能量耗散的根本原因,所以应从能量耗散的角度采取有效措施避免Exergy损失,可供选择的措施有:提高鼓风温度和入炉熟料温度,以降低内部温度差引起的传热Exergy损失;确定合理成分的原料条件,以降低化学反应Exergy损失等。计算结果表明,虽然高炉的热力学完善度较高,但是Exergy效率并不高,实现炉渣Exergy高效利用成为提高Exergy效率的主要方向。高炉循环水的Exergy值也很高,但能质系数低,利用价值不高。高炉今后的节能工作应从减少表面损失和降低耗散损失两个方向并重研究。前者主要是炉渣Exergy的有效利用,后者主要是结合Exergy分析和冶金性能的测试,优化炼铁过程,提高Exergy效率。从高炉过程全局Exergy分析来看,提高热风Exergy和加大喷煤量是实现“节焦”,提高高炉Exergy效率的有效措施,其中加大喷煤量是首选措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 高炉的炼铁原理
• 1.1.2 炼铁技术的进步
• 1.1.3 存在的问题及发展方向
• 1.1.4 研究课题的提出
• 1.2 评价方法
• 1.2.1 工艺评价现状
• 1.2.2 Exergy分析法
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 引言
• 2.1.1 Exergy的历史
• 2.1.2 Exergy的涵义
• 2.2 Exergy值的计算
• 2.2.1 物理Exergy的计算
• 2.2.2 化学Exergy的计算
• 2.2.3 Exergy函数的性质
• 2.3 Exergy分析理论
• 2.3.1 Exergy损失的含义
• 2.3.2 内部Exergy损失
• 2.4 Exergy平衡方程
• 2.5 Exergy评价指标
• 2.6 Exergy分析模型
• 第3章 高炉过程Exergy分析模型的开发
• 3.1 数学模拟实验简介
• 3.2 高炉过程Exergy分析模型基本框架
• 3.2.1 温度Exergy模型
• 3.2.2 固溶体Exergy模型
• 3.2.3 热风Exergy模型
• 3.2.4 煤气Exergy模型
• 3.2.5 铁水Exergy模型
• 3.2.6 入炉含铁炉料Exergy模型
• 3.2.7 全局Exergy分析模型
• 3.3 高炉过程Exergy分析程序编制
• 3.3.1 入炉含铁炉料Exergy计算程序
• 3.3.2 铁水Exergy的计算程序
• 3.3.3 热风Exergy的计算程序
• 3.3.4 燃料Exergy的计算程序
• 3.3.5 煤气Exergy的计算程序
• 3.3.6 炉渣Exergy的计算程序
• 3.4 高炉Exergy分析软件简介
• 3.5 本章小结
• 第4章 高炉过程Exergy分析模型的应用
• 4.1 高炉冶炼综合计算
• 4.1.1 配料计算
• 4.1.2 物料平衡计算
• 4.1.3 热量平衡计算
• 4.2 高炉过程的Exergy平衡
• 4.2.1 原料Exergy分析
• 4.2.2 产品Exergy分析
• 4.3 高炉过程的Exergy评价
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 主要符号
• 作者简介
• 攻读学位期间发表的论著及获奖情况