第12期 佘雪峰等：转底炉直接还原工艺综合数学模型 1583· 烘干.由转底炉直接还原工艺特点，空气预热温度 论温度的计算受以上三个方面的限制，计算炉膛理 高低关系低发热值煤气能否利用和煤气消耗量，进 论温度应满足工艺要求，其计算式如下： 而直接关系到转底炉直接还原系统的能耗.通过建 T=a'.T1+f.T2+X·T3, (16) 立余热回收方程考察余热回收对整体能耗的影响. Tr [Qmcon +Qzhwl +Qmwl -Qwater]/ Qaph=Vair (Cpzr(T)+Cpec(T))dT, (10) JTo [Cco2(T)·V82+CH2o(T).a+CN2(T)·2] Qgph=Vgas Cpgas(T)dT, (11) (17) JTo Tout Qercon Qerwl 1=Coo,(T)-V%,+C.T)' (18) Qvap=Vexh Cpexh(T)dT, (12) Qsa-msan Cat(T)dT. (13) Te3 [Qccon +Qhcon +Qmerwl +Qsqwl-Qmfj- 式中：Qaph、Qgph、Qap和Qq分别为预热 Qmgh -Qariwll/[Cco2(T)Veo +CH2o(T) 空气、预热煤气、产生蒸汽和烘干球团回收的 +CN2(T)·] (19) 热量，kJt-1:To、T1、T2、Tin、Tout、Tinl 和Tu1分别为空气和煤气开始温度、空气预热 式中：α'、和x分别为煤气燃烧、二次风 后温度、煤气预热温度、烟气进余热锅炉和出 燃烧和煤粉燃烧的理论温度与炉膛温度的相关 余热锅炉温度、烟气进烘干机和出烘干机温度， 系数：T、T、T2和T8分别为炉膛温 C:Cpzr(T)、Cpec(T)、Cpgas(T)、Cpexh(T)和Cat(T) 度，煤气、二次风和煤粉理论燃烧温度：Qmerwl 分别为助燃风、二次风、煤气、烟气和生球的比热 为燃烧煤粉所需二次风的物理热，kJ:V82、、 容，kJkg-l.K-l:Vair、Vgas、Vexh和msa分别为生 2、V82、V、8和i分别为煤气、 产1t金属化球团消耗的空气量、煤气量，产生烟 二次风和煤粉燃烧后废气成分中CO2、H2和N2的 气量和所需生球量，m3.t-1和kgt-1:)为球团烘 体积分数 干所需热量的过剩系数. 1.7.2废气露点温度校核 1.6生球干燥模型 转底炉烟气经过生球烘干机后，进入布袋除尘 从总体节能降耗的角度结合转底炉直接还原 器，然后排空.根据工艺要求，转底炉废气中含有 工艺整体流程综合考虑，生球干燥所需的热风应来 一定量的SO2,其含量的高低关系到废气的露点温 源于转底炉的高温废气，由于转底炉高温废气经历 度，因此需要对废气露点温度进行校核，使之满足 助燃风、二次风、煤气和蒸汽的换热过程，剩余烟 布袋除尘器的工艺要求，其校核计算式3如下： 气还应满足生球的烘干工艺，因此引入判别式mim, Tdryinmin-△T≥Tdryoutmin> 满足以下方程： max(Tegdewpiont,Twaterpoint), (20) ξmin=a.Vdrymin+B.△T, (14) ξmin≥Qsq (15) Tegdewpiont=10.8809+27.611g PH2O+10.831g Pso3+ 式中：mim为烘干所需最小焓值，kJt-1:a和B分 1.06((Ig Pso2+2.9943)2.19. (21) 别为烘干气体体积最小值和烘干温差系数：Varymin 式中：Tdryinmin、TdryoutminTegdewpiont和Twaterpoint 为烘干所需最小气体体积，m3,△T为烘干前后的 分别为烟气进烘干机最低温度、烟气出烘干机最低 烟气温差，℃ 温度、废气露点和水沸点温度，℃：PH20和Psoa 由于在生球干燥计算模型中min值只包括了 分别为烟气中水蒸气和SO3的分压，Pa. 烘干气体进出口的温度差，并未涉及到烘干气体的 进口和出口的热力学温度，因此在废气露点校核过 2 模型的计算原则 程中将继续引入烘干气体的进口和出口热力学温度 为了获得较为精确的计算结果，模型计算基 进行计算和判别. 于以下五个原则14-16)：(1)物料平衡相对误差 1.7炉膛温度校核和排放废气的露点校核 <0.5%:(2)全炉热损失为16%20%：(3)转底炉各 1.7.1炉膛温度校核 个区域热平衡误差<0.5%：(4)高温区炉膛理论计 转底炉炉膛燃烧包括三方面内容即煤气燃烧、 算温度为15731623K:(⑤)废气量满足生球干燥需 炉内二次风燃烧和球团配碳燃烧.因此对于炉膛理 求，排放废气露点满足工艺要求第 12 期 佘雪峰等：转底炉直接还原工艺综合数学模型 1583 ·· 烘干. 由转底炉直接还原工艺特点，空气预热温度 高低关系低发热值煤气能否利用和煤气消耗量，进 而直接关系到转底炉直接还原系统的能耗. 通过建 立余热回收方程考察余热回收对整体能耗的影响. Qaph=Vair Z Tt1 T0 (Cpzr(T)+Cpec(T))dT, (10) Qgph=Vgas Z Tt2 T0 Cpgas(T)dT, (11) Qvap=Vexh Z Tout Tin Cpexh(T)dT, (12) Qsq=msqη Z Tout1 Tin1 Cqt(T)dT. (13) 式中： Qaph、 Qgph、 Qvap 和 Qsq 分别为预热 空气、 预热煤气、 产生蒸汽和烘干球团回收的 热量， kJ·t −1； T0、 Tt1、 Tt2、 Tin、 Tout、 Tin1 和 Tout1 分别为空气和煤气开始温度、 空气预热 后温度、 煤气预热温度、 烟气进余热锅炉和出 余热锅炉温度、 烟气进烘干机和出烘干机温度， ℃；Cpzr(T)、Cpec(T)、Cpgas(T)、Cpexh(T) 和 Cqt(T) 分别为助燃风、二次风、煤气、烟气和生球的比热 容，kJ·kg−1 ·K−1；Vair、Vgas、Vexh 和 msq 分别为生 产 1 t 金属化球团消耗的空气量、煤气量，产生烟 气量和所需生球量，m3 ·t −1 和 kg·t −1；η 为球团烘 干所需热量的过剩系数. 1.6 生球干燥模型 从总体节能降耗的角度结合转底炉直接还原 工艺整体流程综合考虑，生球干燥所需的热风应来 源于转底炉的高温废气，由于转底炉高温废气经历 助燃风、二次风、煤气和蒸汽的换热过程，剩余烟 气还应满足生球的烘干工艺，因此引入判别式 ξmin， 满足以下方程： ξmin=α · Vdrymin+β · ∆T, (14) ξmin > Qsq. (15) 式中：ξmin 为烘干所需最小焓值，kJ·t −1；α 和 β 分 别为烘干气体体积最小值和烘干温差系数；Vdrymin 为烘干所需最小气体体积，m3，∆T 为烘干前后的 烟气温差，℃. 由于在生球干燥计算模型中 ξmin 值只包括了 烘干气体进出口的温度差，并未涉及到烘干气体的 进口和出口的热力学温度，因此在废气露点校核过 程中将继续引入烘干气体的进口和出口热力学温度 进行计算和判别. 1.7 炉膛温度校核和排放废气的露点校核 1.7.1 炉膛温度校核 转底炉炉膛燃烧包括三方面内容即煤气燃烧、 炉内二次风燃烧和球团配碳燃烧. 因此对于炉膛理 论温度的计算受以上三个方面的限制，计算炉膛理 论温度应满足工艺要求，其计算式如下： Tf = α 0 · Tf1 + β 0 · Tf2 + χ · Tf3, (16) Tf1 = [Qmcon + Qzhwl + Qmwl − Qwater]/ [CCO2 (T) · V gas CO2 + CH2O(T) · V gas H2 + CN2 (T) · V gas N2 ] (17) Tf2 = Qercon + Qerwl CCO2 (T) · V ec CO2 + CN2 (T) · V ec N2 , (18) Tf3 = [Qccon + Qhcon + Qmerwl + Qsqwl − Qmfj− Qmqh − Qdriwl]/[CCO2 (T) · V mei CO2 + CH2O(T)· V mei H2O + CN2 (T) · V mei N2 ]. (19) 式中： α 0、 β 0 和 χ 分别为煤气燃烧、 二次风 燃烧和煤粉燃烧的理论温度与炉膛温度的相关 系数； Tf、 Tf1、 Tf2 和 Tf3 分别为炉膛温 度， 煤气、 二次风和煤粉理论燃烧温度；Qmerwl 为燃烧煤粉所需二次风的物理热，kJ；V gas CO2、V gas H2 、 V gas N2 、V ec CO2、V ec N2、V mei CO2、V mei H2O 和 V mei N2 分别为煤气、 二次风和煤粉燃烧后废气成分中 CO2、H2 和 N2 的 体积分数. 1.7.2 废气露点温度校核 转底炉烟气经过生球烘干机后，进入布袋除尘 器，然后排空. 根据工艺要求，转底炉废气中含有 一定量的 SO2，其含量的高低关系到废气的露点温 度，因此需要对废气露点温度进行校核，使之满足 布袋除尘器的工艺要求，其校核计算式 [13] 如下： Tdryinmin − ∆T > Tdryoutmin > max(Tegdewpiont, Twaterpoint), (20) Tegdewpiont=10.8809+27.61 lg PH2O + 10.83 lg PSO3+ 1.06(lg PSO3 + 2.9943)2.19 . (21) 式中：Tdryinmin、Tdryoutmin、Tegdewpiont 和 Twaterpoint 分别为烟气进烘干机最低温度、烟气出烘干机最低 温度、废气露点和水沸点温度，℃；PH2O 和 PSO3 分别为烟气中水蒸气和 SO3 的分压，Pa. 2 模型的计算原则 为了获得较为精确的计算结果，模型计算基 于以下五个原则 [14−16]： (1) 物料平衡相对误差 <0.5%；(2) 全炉热损失为 16%∼20%；(3) 转底炉各 个区域热平衡误差 <0.5%；(4) 高温区炉膛理论计 算温度为 1573∼1623 K；(5) 废气量满足生球干燥需 求，排放废气露点满足工艺要求