·120· 北京科技大学学报 2000年第2期 差值呈现出先上升而后趋于平缓.与之对应，碳 利用，使节约的能量同时表现为随进口煤气氧 的消耗也有先上升而后趋于平缓的变化.整个 化度的提高而增加.由于对出口煤气的温度有 改质过程的能量节约(E),应为出口煤气化学能 一定的要求，其降温过程放出的热量也就受到 (E)减去进口煤气化学能(E)与碳带入能量(Ec) 限制，因此当进口煤气达到一定的氧化度后，再 所得之差，即有： 提高煤气的氧化度，就不能希望进口煤气降温 E=E2-(E+Ec) (4) 为气化反应提供物理热，即煤气降温过程放出 从能量节约曲线可以看出，在进口煤气氧 热量的利用已达极限，无法为碳的气化反应提 化度较低时，随氧化度提高能量的节约量是增 供过多的热量，碳的消耗量也不再增加，而出口 加的，但当进口煤气的氧化度达到一定程度后， 煤气的氧化度开始随进口煤气的氧化度增加而 能量节约就不再增加，呈水平状态 增加，所携带的能量与进口煤气能量保持同样 ·进口煤气 的变化趋势，即随氧化度的提高而下降，节约的 300- ·出口煤气 能量此时维持在一定的水平. 250 ·进出煤气差 ·碳消耗 4结论 ◆能量节约 (1)铁浴终还原煤气进行改质过程采用加氧 50 或加水蒸汽的方法进行调节，最终使改质后煤 气达到预还原对煤气温度和成分的要求. 6 8 1012 14 16 18 (2)改质过程存在煤气改质自平衡温度，该 co% 温度与进出煤气的成分和对出口煤气温度要求 图5煤气改质过程化学能变化，进口煤气p=10%, 有关. 9Hn=2%,t=1600℃；出口煤气0uHo=1.0% (3)煤气改质过程可以节约能量消耗，这部 Fig.5 Energy changes versus oxidiztion degree of gases 分的能量节约是由于煤气降温过程放出的物理 图5中曲线可解释为：随进口煤气中(CO+ 热得到了有效利用，当煤气氧化度较低时，能量 HO)含量的提高，进口煤气中(CO+H)相应减 的节约随进口煤气氧化度增加而增加，当进口 少，表现为进口煤气的能量下降.在低氧化度范 煤气氧化度达一定限度后，能量节约将维持在 围内，煤气带入的热量充足，能够满足气化反应 一定水平. 对热量的需求，因此当进口煤气中做为气化剂 (4)待改质煤气氧化度不大于12%，且温度 的(CO+H,O)增加后，气化剂与碳的气化反应量 在1600℃左右，可以保证改质后煤气的氧化度 增加，虽然要引起气化过程的碳量消耗增加，但 小于3%. 碳与煤气中气化剂的反应过程吸收了煤气降温 参考文献 提供的热量，并将此能量转移到出口煤气之中， 1杨天钧，黄典冰，孔令坛.熔融还原.北京：冶金工业出 使出口煤气的化学能也相应增加，由于在此范 版社，1998.52 围内煤气降温提供的热量有所富裕，反应增加 2 Weeda W,Tromp P J,Van der Linden B.High Temperature 有利于煤气降温，即有利于煤气放出物理热的 Gasification of Coal under Severely Product Inhibited Condition:the Potential of Catalysis.Fuel,1990,7:846 Analyses of Gas Reforming Process for Energy Utilization in Smelting Reduction GAO Bin,YANG Tianjun,YAO Bin,ZHONG Jianliang Metallurgy School,UST Beijing Beijing 100083 ABSTRACT Calculating and analyzing the gas reforming result of smelting reduction process by modeling method.The relationship of the gases composition and temperature before and after reforming is obtained.It shows that the energy consumption in smelting reduction process will reduced by this way and the best condi- tion is gas reforming at self-balance operation area. KEY WORDS smelting reduction;gas reforming;energy utilization一 12 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 2 期 差 值呈现 出 先 上升 而 后 趋于 平 缓 . 与之对应 , 碳 的 消耗也 有先上升 而后 趋于 平缓 的变 化 . 整 个 改质过程 的能量节约 因 , 应为 出 口 煤气化学 能 (zE )减去 进 口 煤气 化 学能(E 1 )与碳 带 入 能量 (cE ) 所得之差 , 即 有 : E 二 及 一 (E l 十瓦 ) ( 4 ) 从 能量 节约 曲线可 以看 出 , 在进 口 煤气 氧 化度较低 时 , 随 氧化度 提高 能量 的 节约 量 是 增 加 的 , 但当 进 口 煤气 的氧化度达到 一 定程度后 , 能 量节 约 就不 再 增 加 , 呈 水 平 状态 . ` 进 口 煤 气 , 出 日 煤 气 ~ 进 出煤 气 , 碳 消耗 , 能量节 约 利用 , 使节约 的能量 同 时表 现为随 进 口 煤 气氧 化度 的 提高而 增 加 . 由 于 对 出 口 煤气 的温 度有 一 定 的 要 求 , 其 降温过程 放 出 的热量 也 就受到 限制 , 因此 当进 口 煤气 达到 一 定的 氧化度 后 , 再 提 高煤气 的氧 化度 , 就 不 能希望 进 口 煤气 降温 为气 化反 应提 供物理热 , 即煤气 降温 过程放 出 热 量 的利 用 已 达极 限 , 无法为 碳 的气 化反 应 提 供过 多的热 量 , 碳 的消耗量也 不 再 增 加 , 而 出 口 煤 气的氧 化度 开 始随 进 口 煤气的氧化度增 加而 增 加 , 所 携带 的能量与进 口 煤气 能 量 保持 同样 的变化趋 势 , 即 随氧化度 的提 高而下 降 , 节 约 的 能量此 时维持在一 定 的水平 . n nU 0 ù I 八 é j ,一 一。任 · 又蔺 六止蒸二二- 占 ~ ~ ~ , 幽 - 一-司卜 ~ - ~ 习、 - , ` - -曰 . -一 - 曰护 - 一 - , 一夺 一 一 心一一~ 心~ ~ ~ 咬卜~ -叫卜~ ~ 曰 6 8 1 0 12 14 16 18 沪 e 〔〕 /% 图 5 煤 气改 质 过程 化学 能变 化 ,进 口 煤 气再 . = 10 % , 叭 . 。 = 2% , t = 1 6 0 0 ℃ ; 出 口 煤 气势( e 。。 一。 o ) = 1 . 0 0/ F i g · 5 E n e r g y e h a n g e s v e r s u s o x i d沈t i o n d e g er e o f g a s e s 图 5 中 曲线可 解释 为 : 随进 口 煤气 中 (C 0 2十 H 2 0 ) 含 量 的提 高 , 进 口 煤气 中 (C O 十 H Z ) 相应 减 少 , 表现 为进 口 煤气 的 能 量下 降 . 在低氧化度范 围 内 , 煤气 带入的 热 量充足 , 能 够满足气化反 应 对 热量 的需求 , 因 此 当进 口 煤气 中做为气 化剂 的 ( C o Z+ H Z O )增 加 后 , 气化剂 与碳 的气 化反 应量 增加 , 虽然 要 引 起气化过程的碳量消耗增 加 , 但 碳 与煤气 中气化剂 的反应过程 吸 收 了煤气降温 提供的热 量 , 并将此能 量转移 到 出 口 煤气之 中 , 使 出 口 煤 气 的化 学能也 相 应增加 , 由 于在 此范 围内煤气 降温提 供 的热量 有所 富裕 , 反应 增加 有利于 煤 气 降温 , 即 有利 于 煤 气放 出物 理 热 的 4 结论 ( l) 铁浴终还原 煤气进 行改质过程采用 加氧 或加水 蒸 汽 的方 法 进行调 节 , 最 终 使 改质 后 煤 气达 到 预还 原对 煤气温度和 成 分 的要 求 . (2) 改 质过 程存 在煤气 改质 自平 衡温度 , 该 温度与进 出煤气 的成分和 对 出 口 煤气温度要 求 有 关 . (3) 煤气 改质过程可 以节 约能量消耗 , 这 部 分 的 能量节约 是 由于 煤气 降温过程放 出 的物理 热得到 了有效利 用 , 当煤气氧化度较低 时 , 能 量 的节 约随 进 口 煤气氧化度 增加而 增 加 , 当 进 口 煤气 氧化度达 一 定 限度 后 , 能 量节 约将 维持在 一 定水平 . (4 ) 待 改质煤气 氧化度不 大于 12 % , 且 温度 在 1 60 0℃ 左右 , 可 以保证 改质 后 煤气的 氧化度 小于 3% . 参 考 文 献 l 杨天 钧 , 黄 典冰 , 孔令 坛 . 熔融 还原 . 北 京: 冶 金工业 出 版社 , 19 9 8 . 5 2 Z W亡e d a W, rT o m P P J , Va n d e r L i n d e n B . H ihg eT m P e r a ut r e G a s i if e at i o n o f C o a l u n d e r S e v e r e ly P r o du e t I n h ib i t e d C o n d i t i o n : t h e P o t e n t i a l o f C at l y s i s . F u e l , 1 9 9 0 , 7 : 8 4 6 A n a ly s e s o f G a s R e fo r m i n g P r o e e s s fo r E n e r g y U t i l i z a t i o n i n S m e l t i n g R e d u e t i o n G 咬O B i n, YA N G iT a nj u n , YA O B 动 , Z H O N G iJ a n lia gn M e t a ll u r g》 S e h o o l , U S T B e ij i n g B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 A B S T R A C T C a l e u l at i n g an d a n a l y z i n g ht e g a s r e of rm i n g r e s u lt o f s m e lt i n g r e d u e t i o n Pr o c e s s 妙 m o d e li n g m e ht o d . hT e r e l a t i o n s h iP o f ht e g a s e s e o m P o s it ion an d t e m Pe r a t u r e b e ofr e an d a ft e r r e of rm i n g i s o b ta i n e d . l t s h o w s ht a t ht e e n e gr y e o n s um P t i o n i n sm e lt i n g r e du c t i o n P r o e e s s w ill r e du e e d b y ht i s w ay an d t h e b e s t e o n d i - ti o n 1 5 g a s r e of rm i n g at s e l-f b a lan e e o Pe r a t i o n ar e a . K E Y W O R D S s m e lt in g re du e t i o n : g a s r e of rm i n g : e n e r g y ut ili z at i o n