D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.02.006 第22卷第2期 北京科技大学学报 Vol.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2000 煤气改质过程能量利用分析 高斌杨天钧 姚斌 张建良 北京科技大学治金学院，北京100083 摘要通过对熔融还原煤气改质过程模型计算分析，得到不同改质条件下进、出改质炉煤气 成分、温度的相互关系，以及过程的能量利用状况.研究表明，煤气改质过程可以节约二步法熔 融还原的能量消耗，在自平衡条件下，可以达到最佳效果. 关键词熔融还原：煤气改质：能量利用 分类号TF053 二步法熔融还原工艺中预还原和终还原的 进行气化，通过反应(1)和(2)，降低煤气温度和 直接连接，使含铁物料预还原度影响到铁浴终 氧化度，提高煤气还原能力，然后再送入预还原 还原的操作，终还原排出煤气的品质直接影响 炉，即可达到对煤气改质的目的 到预还原过程，工艺运行状况不可避免地有较 碳与煤气中氧化成分进行气化反应，可以 大波动.为降低能耗和稳定冶炼过程，采取一种 将煤粉喷入终还原排出煤气中，在气流床中进 控制和调节手段，能够在一定范围内对终还原 行.其特点是装置简化，但要求煤粉粒度极细， 排出煤气的温度和成分作出反映，对终还原排 且有极好的反应性，否则喷入的煤粉燃烧不完 出煤气的多余物理热加以利用；而且根据熔融 全，被带入预还原炉，影响预还原操作.对煤粉 还原过程的需要可以调整进入预还原煤气的温 气化反应速度研究表明，熔融还原条件下，在如 度和成分，使其比较稳定.在预还原和终还原之 此短的时间内，难以达到很高的气化率.另一 间加入煤气改质过程就是这种方法. 气化改质方式是使碳与待改质煤气在固定床中 为进一步了解二步法熔融还原工艺加入煤 发生气化反应，此方法装置比前一种复杂，但可 气改质后效果，根据设定的工艺条件，计算分析 以保证改质后煤气质量，同时固定床还可以过 煤气改质后煤气温度、成分的变化规律， 滤煤气所带粉尘，减少进入预还原炉煤气含尘 量，有利于预还原操作， 1煤气改质方法及主要反应 2改质过程调节 二步法熔融还原的特点是：从终还原排出 的煤气温度高，氧化度也较高：而预还原要求煤 2.1改质过程调节手段 气温度较低且氧化度也较低，因此可以考虑用 由于影响铁浴终还原运行的因素发生波动 气化反应的方法对煤气进行改质.气化反应过 是不可避免的，因此铁浴终还原排出煤气温度 程能消耗煤气物理热，使煤气温度降低：同时， 和成分的波动也就不可避免.改质过程自身就 气体反应物为CO2和H,O,产物为C0和H,煤 有稳定煤气温度的作用，然而这种自调节能力 气中的氧化性气体量减少，还原性气体量增加， 是有限的，当煤气的成分、温度波动较大时，就 煤气还原能力提高，可以很好满足工艺流程的 需要对改质过程进行适当的调控，以达到一定 要求，根据熔融还原的特点，煤气改质过程的主 的改质效果.煤气改质过程调控的方法是通过 要气化反应如下： 对改质过程增氧和增水蒸汽的方法进行，当从 C+CO2=2CO AH=172.6 kJ/mol (1) 终还原出来的煤气温度较低或氧化度过高时， C+H2O=CO+H2 AH=131.4 kJ/mol (2) 可以对改质炉供氧，利用氧气燃烧为煤气改质 工艺上，通过在预还原和终还原之间加入 过程增加附加热量：当待改质煤气温度较高或 煤气气化装置，将终还原排出煤气引入此装置 氧化度较低时，可以对改质炉供水蒸汽，利用水 1999-11-15收稿高斌男，42岁，博士后 蒸汽消耗较高的煤气物理热：根据对铁浴终还 大国家攀登B项 原炉排出煤气温度和成分的监测结果，通过调第 2 2 卷 第 2 期 2 0 0 0 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s i t y o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o g y B e ij i n g V心1 . 22 N o . 2 A P .r 2 0 0 0 煤气改质过程 能量利用分析 高 斌 杨 天钧 姚 斌 张建 良 北京科技大学冶金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 通 过对 熔融 还 原煤气 改质过 程模 型 计算 分析 , 得 到不 同改质 条件 下进 、 出改质炉 煤气 成 分 、 温度 的相 互 关系 , 以及过 程 的能量 利用 状况 . 研 究表 明 , 煤 气改质 过程 可 以节 约二 步法熔 融 还原 的 能量 消耗 , 在 自平衡 条件 下 , 可 以达 到最佳 效 果 . 关键词 熔 融 还原 ; 煤 气改 质 ; 能量 利用 分类号 T F 0 53 二 步法熔融还 原工 艺 中预还 原和 终还原 的 直 接连接 , 使含 铁物料预 还原度 影 响到 铁浴终 还原 的操 作 , 终还原排 出煤气 的 品 质直 接影 响 到预还 原过 程 , 工 艺 运 行状况 不 可 避 免地有较 大 波动 . 为降低能 耗 和 稳定冶炼过程 , 采取一 种 控制和 调 节 手段 , 能够 在一 定 范 围 内对 终还 原 排 出 煤气 的温度 和 成 分 作 出 反 映 , 对 终 还原排 出煤 气 的 多余物 理热加 以利 用 ; 而 且根据熔 融 还原过程 的需要 可 以调 整进入预还 原煤气 的温 度和 成 分 , 使其 比较稳 定 . 在预还 原和 终 还原之 间加 入煤气 改质过程就 是 这种 方法 `’ 1 . 为 进一 步 了解 二步法熔 融 还原工 艺 加入 煤 气 改质 后效 果 , 根据 设定的工 艺 条件 , 计 算分 析 煤气改质后 煤气温 度 、 成分 的 变化规律 . 进 行气化 , 通 过反 应 ( 1) 和 (2 ) , 降 低 煤气温度和 氧化度 , 提 高煤 气还原能力 , 然 后 再 送入预还原 炉 , 即 可 达 到对煤气 改 质的 目的 . 碳与煤 气 中氧化 成分 进行气化 反应 , 可 以 将煤粉 喷入终还 原排 出煤气 中 , 在气流床 中进 行 . 其特 点是 装置 简化 , 但 要求煤粉 粒度极细 , 且 有极 好的反 应 性 , 否 则喷入 的煤粉燃烧 不 完 全 , 被 带入预还 原炉 , 影 响 预还原操作 . 对煤粉 气化反 应速度研 究表 明 , 熔融 还原条件 下 , 在如 此短 的时 间 内 , 难 以达到 很 高的 气 化 率 【2] . 另 一 气化改 质方式 是 使碳 与待 改质煤气在 固定 床 中 发生 气化 反应 , 此方法 装置 比前一 种复杂 , 但可 以保 证改 质后 煤气质量 , 同 时固 定床 还可 以过 滤煤 气所带粉 尘 , 减 少进入预还 原炉煤气含尘 量 , 有 利 于 预还 原操作 . 1 煤气改质方 法及主 要反应 二 步法熔 融 还 原的特 点是 : 从终还 原排 出 的煤气 温度高 , 氧化度也 较高 ; 而预还原要 求 煤 气 温度较 低且氧 化度也 较低 , 因 此可 以 考虑 用 气 化 反应 的方法 对煤气进行 改 质 . 气化 反 应过 程 能 消耗煤气物 理热 , 使 煤气温度 降低 ; 同时 , 气体 反 应物为 C O Z 和 H 2 0 , 产物 为 C O 和 H Z , 煤 气 中的氧化性气体量减少 , 还原性气体量增加 , 煤气 还原 能 力提 高 , 可 以很好满 足工 艺 流程 的 要 求 . 根据熔融还原 的特 点 , 煤气改质过程 的主 要气 化反 应 如下 : C + C O Z = ZC O △H品 : = 1 7 2 . 6 k J/m o l ( l ) C + H Z O = C O + H Z A H 品 : 二 13 1 . 4 k Jm/ 0 1 (2 ) 工 艺 上 , 通过 在预还 原和 终还原之 间 加入 煤气 气化装置 , 将 终还原排 出 煤气 引入 此装置 19 9 9 一 1 1 一 15 收稿 高斌 男 , 4 2 岁 , 博士 后 * 国家攀 登 B 项 2 改质过程调 节 2 . 1 改 质过 程调 节手段 由于 影响 铁浴终还 原运行 的 因素 发生 波 动 是 不 可避 免的 , 因 此铁浴终还 原排出 煤气温 度 和 成分 的波 动 也 就不 可避 免 . 改质过程 自身就 有 稳定 煤气温 度 的作 用 , 然而 这 种 自调 节 能力 是 有 限 的 , 当煤气 的成 分 、 温度 波动较大 时 , 就 需要 对 改质 过程进行 适当 的调 控 , 以达 到一 定 的改质效 果 . 煤 气改质过程 调 控 的方法是 通 过 对 改质过 程增氧和 增 水蒸汽 的方法进行 . 当从 终还原 出 来 的煤 气温度 较低或 氧化度过 高时 , 可 以对 改质 炉 供氧 , 利用 氧 气燃烧为煤气 改质 过程增加 附 加热 量 ; 当待 改质煤气温度较 高或 氧 化度较低时 , 可 以对改质炉供水蒸汽 , 利用 水 蒸汽消耗 较高 的煤气 物理 热 ; 根据对铁浴 终还 原炉排 出 煤气 温度和 成分 的监 测 结果 , 通 过调 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 02. 006