刘鹏等：基于镍铁冶炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 859 蒸发带走热量及热损失.回转窑中输入热量包含烟煤 温度是950℃. 燃烧热、烟煤带入热量、矿热炉炉气燃烧热、矿热炉炉 1.3数学模型 气带入热量、空气带入热量、红土矿带入热量、水分带 镍铁治炼能耗物耗分析系统，以物质流和能量流 入热量、石灰石带入热量和无烟煤带入热量：输出热量 为基础，建立镍铁治炼物耗能耗计算模型 包含烟气带走热量、焙烧砂带走热量、还原反应吸热、 (1)镍铁治炼物质流计算. 水分蒸发带走热量、石灰石分解吸热和热损失.矿热 ①干燥筒物质流计算 炉中输入热量包含电能转换热、焙烧砂带入热量、CO 物料收入： 生成热和造渣反应热量：输出热量包含粗镍铁制品带 W-n=W干-楼+W干空+W国-烟+W干-1 (1) 走热量、反应吸热、炉渣铁带走热量、炉气带走热量、炉 物料支出： 壁散热、电损失、物料熔化热和冷却水热损失 W-=W干-的+W干-烟 (2) 7%游 水蒸红士 其中， W干爆=W回-瓶+W干-+W干-m,+W千0+ ·烟煤燃烧热 W千0，+W千0. (3) 无烟煤带入热量 式中：W干-为烟煤量，：W干-空为燃烧空气量，：W回- 矿热炉炉气磁烧热 为回转窑中烟气排放量，：W-1为红土矿输入量，t; W2为红土矿输出量，：W为烟气排放量，：W-飞 石带人热量 为助燃空气中剩余的N,量，：W-0,为燃烧产生的C02 量热 可转 回转窑烟气带人热 量，：Wo为蒸发产生的水蒸气量，：Ws,为燃烧产 烟气损失热 +还原反应吸热 石灰石分解吸热 生的S0,量，t:Wo,为助燃空气中剩余的02量，l. 焙烧砂损失热品 ②回转窑物质流计算 物料收入： W国a=W日-+W气+W日空+W干-+ W日培+W国螺 (4) 物料支出： W国=W国-格十W国-烟 (5) 量 其中， 图2回转窑一矿热炉工艺中能量流示意图 W目-限=W国-X+W日-0，+W国0+W日s0,+W国-0， Fig.2 Schematic illustration of energy flow in RKEF process (6) 碱度比关系式： 1.2计算所需原始数据 物质流和能量流计算所需的基本数据：每小时镍 Wg-s(Ca0%)+We+Wa-s(Mg0%）:a.(7） Wso,+W-(Si02%) 铁产品产量、镍铁产品中N含量、湿红土矿成分、烟煤 熔剂量： 成分、无烟煤成分和熔剂成分.生产工艺要求：在干燥 aWsio.-WMgo 筒中的热源，主要利用回转窑排出的烟气来进行物料 Wa-t=(Ca0%)+(Mg09%)-a(Ssi0,% (8) 干燥工艺，而热量不足时用烟煤燃烧提供辅助热源，经 式中：W国为烟煤量，W-炉气为矿热炉炉气量，【： 干燥筒后游离水剩余7%：随粉尘带出的N经除尘处 W县空为燃烧空气量，；W国为熔剂输入量，：W日为 理后再输入回转窑中，此过程认为Ni成分没有损失. 无烟煤输入量，；Wa为焙烧砂输出量，；W心，为烟 在回转窑中，红土矿中的游离水和结晶水将被彻底去 气中N2的质量，t:W国-0，为烟气中C02的质量，t:W回-0 除：热源方面，利用矿热炉中所排出的炉气和烟煤作为 为蒸发产生的水蒸气，；W国s,为烟气中S0,的质量，t: 燃料燃烧提供热源，其中矿热炉提供的炉气进入到回 Wo,为烟气中02的质量，t;Wo为红土矿中Mg0质 转窑中时温度为230℃：还原剂（无烟煤）和红土矿掺 量，t:Wo,为红土矿中Si02质量，t;a为碱度比，这里取 混到一起进入回转窑中进行还原反应：烟煤只用来燃 0.8. 烧，无烟煤只进行还原反应：熔剂（石灰石）和物料参 ③矿热炉物质流计算 混到一起，用来控制物料的酸碱比及降低渣的熔点，促 物料收入： 进渣金分离：由回转窑焙烧后出来的焙烧砂的温度是 W矿n=W国-培+W矿-烟 (9) 900℃直接进入矿热电炉中.矿热电炉的热源来自于 物料支出： 电极加热，为封闭式矿热电炉，而矿热电炉排出的炉气 W对-=W时-牌铁+W矿-益+W矿-的气 (10)刘 鹏等: 基于镍铁冶炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 蒸发带走热量及热损失． 回转窑中输入热量包含烟煤 燃烧热、烟煤带入热量、矿热炉炉气燃烧热、矿热炉炉 气带入热量、空气带入热量、红土矿带入热量、水分带 入热量、石灰石带入热量和无烟煤带入热量; 输出热量 包含烟气带走热量、焙烧砂带走热量、还原反应吸热、 水分蒸发带走热量、石灰石分解吸热和热损失． 矿热 炉中输入热量包含电能转换热、焙烧砂带入热量、CO 生成热和造渣反应热量; 输出热量包含粗镍铁制品带 走热量、反应吸热、炉渣铁带走热量、炉气带走热量、炉 壁散热、电损失、物料熔化热和冷却水热损失． 图 2 回转窑--矿热炉工艺中能量流示意图 Fig． 2 Schematic illustration of energy flow in ＲKEF process 1. 2 计算所需原始数据 物质流和能量流计算所需的基本数据: 每小时镍 铁产品产量、镍铁产品中 Ni 含量、湿红土矿成分、烟煤 成分、无烟煤成分和熔剂成分． 生产工艺要求: 在干燥 筒中的热源，主要利用回转窑排出的烟气来进行物料 干燥工艺，而热量不足时用烟煤燃烧提供辅助热源，经 干燥筒后游离水剩余 7% ; 随粉尘带出的 Ni 经除尘处 理后再输入回转窑中，此过程认为 Ni 成分没有损失． 在回转窑中，红土矿中的游离水和结晶水将被彻底去 除; 热源方面，利用矿热炉中所排出的炉气和烟煤作为 燃料燃烧提供热源，其中矿热炉提供的炉气进入到回 转窑中时温度为 230 ℃ ; 还原剂( 无烟煤) 和红土矿掺 混到一起进入回转窑中进行还原反应; 烟煤只用来燃 烧，无烟煤只进行还原反应; 熔剂( 石灰石) 和物料掺 混到一起，用来控制物料的酸碱比及降低渣的熔点，促 进渣金分离; 由回转窑焙烧后出来的焙烧砂的温度是 900 ℃直接进入矿热电炉中． 矿热电炉的热源来自于 电极加热，为封闭式矿热电炉，而矿热电炉排出的炉气 温度是 950 ℃ ． 1. 3 数学模型 镍铁冶炼能耗物耗分析系统，以物质流和能量流 为基础，建立镍铁冶炼物耗能耗计算模型． ( 1) 镍铁冶炼物质流计算． ①干燥筒物质流计算． 物料收入: W干--in = W干--煤 + W干--空 + W回--烟 + W干--矿1 ． ( 1) 物料支出: W干--out = W干--矿2 + W干--烟 ． ( 2) 其中， W干--烟 = W回--烟 + W干--N2 + W干--CO2 + W干--H2O + W干--SO2 + W干--O2 ． ( 3) 式中: W干--煤 为烟煤量，t; W干--空 为燃烧空气量，t; W回--烟 为回转窑中烟气排放量，t; W干--矿1 为红土矿输入量，t; W干--矿2为红土矿输出量，t; W干--烟 为烟气排放量，t; W干--N2 为助燃空气中剩余的 N2量，t; W干--CO2 为燃烧产生的 CO2 量，t; W干--H2O为蒸发产生的水蒸气量，t; W干--SO2 为燃烧产 生的 SO2量，t; W干--O2 为助燃空气中剩余的 O2量，t． ②回转窑物质流计算． 物料收入: W回--in = W回--煤1 + W矿--炉气 + W回--空 + W干--矿2 + W回--熔 + W回--煤2 ． ( 4) 物料支出: W回--out = W回--焙 + W回--烟 ． ( 5) 其中， W回--烟 = W回--N2 + W回--CO2 + W回--H2O + W回--SO2 + W回--O2 ． ( 6) 碱度比关系式: W回--熔 ( CaO% ) + WMgO + W回--熔 ( MgO% ) WSiO2 + W回--熔 ( SiO2% ) = a． ( 7) 熔剂量: W回--熔 = aWSiO2 － WMgO ( CaO% ) + ( MgO% ) － a( SiO2% ) ． ( 8) 式中: W回--煤1 为烟 煤 量，t; W矿--炉气 为矿热炉炉气量，t; W回--空 为燃烧空气量，t; W回--熔 为熔剂输入量，t; W回--煤2为 无烟煤输入量，t; W回--焙 为焙烧砂输出量，t; W回--N2 为烟 气中 N2的质量，t; W回--CO2 为烟气中 CO2的质量，t; W回--H2O 为蒸发产生的水蒸气，t; W回--SO2 为烟气中 SO2的质量，t; W回--O2 为烟气中 O2 的质量，t; WMgO为红土矿中 MgO 质 量，t; WSiO2 为红土矿中 SiO2质量，t; a 为碱度比，这里取 0. 8． ③矿热炉物质流计算． 物料收入: W矿--in = W回--熔 + W矿--烟 ． ( 9) 物料支出: W矿--out = W矿--镍铁 + W矿--渣 + W矿--炉气 ． ( 10) · 958 ·