魏付豪等：高炉处理烧结烟气脱硫脱硝理论分析 ·1085· (2)高炉内具有Ca0和碱性渣，能将分解产生的 及其成分产生影响，因此有必要研究烟气对高炉顺 HCl转化为稳定的CaCl,等化合物，使得氯元素不能 行的影响 再参与二愿英类的合成反应： 3.1烧结烟气对理论燃烧温度的影响 (3)高炉内Ca0和S02能强烈抑制氯化反应，因 理论燃烧温度是反映炉缸热状态的重要参数 为Ca0和S0,能改变迪肯反应的平衡，促使活性氯元 高炉风口前发生的主要反应如式(11)~式(13)： 素转化为非活性氯化剂HC陶： C02(g)+C=2C0(g）,△Ho,=3763.63kkg. (4)高炉内为还原性气氛，基本没有02存在，而 (11) 0,是合成二噁英所必需的物质，因此二噁英进入高炉 2C+02(g)=2C0(g),△H。=-9800kJkg1. 高温区被分解后，即使进入上部低温区也不能再合成 (12) 二愿英四 C+H,0(g)=C0(g）+H2(g),△Ho=7285kkg. 综上所述，高炉具备分解二噁英并且不会再次合 (13) 成二愿英的热力学条件，能够消除二愿英污染 式中，△H为反应的焓变，kkg 3 烧结烟气代替空气鼓风对高炉顺行的 本研究以吴胜利等网提出的新理论燃烧温度计 影响 算模型为基础，对风口区的热量收入和支出项进行 修正，增加S02、N0,还原放热项（以式(1）、式(4)和 由于烧结烟气中除了O2和N2外还含有H,0、 式(7)反应计算)和C02与C反应吸热项，采用式 C02、C0、S02和N0,利用烟气代替空气鼓风，这些(14)计算烧结烟气代替空气鼓风情况下的理论燃烧 气体在高炉内的反应必然会对炉内的温度和煤气量温度 T,=0+0+H+H.a+H+H:++H。-0.-0-Qm- (14) V.crs +m.ce+m.c. (1)T,为理论燃烧温度，℃. (6)Q.-Qm和Qcox分别为H,0与C发生水 (2)Q和Q分别为燃烧带焦炭和煤粉中C燃 煤气反应吸收的热量、煤粉分解吸热和鼓风中C0,与 烧生成C0的放热，k1,本研究根据操作条件取煤 C反应吸收的热量，kJt,本研究中煤粉分解热取 粉燃烧率7=0.7a进行计算. 1150kJkg4; (3)H为鼓风带入的显热，kJ1,因为气体的热 (7)V,为炉腹煤气量，m31,炉腹煤气由N2、C0 容是温度的函数，气体平均热容值采用积分算法，利用 和H2组成，根据风口回旋区的物质平衡，风量、炉缸煤 式(15)四计算气体的平均热容： 气量及成分按下式计算： +273 (a:+bT+cT-2)dT 22.4×w(C)u V (16) 24×p(02). t-25 4∑+号+273+298)+28427] ci rm=2.4 2xw(C).+o(C0)。+p(C0,)], (17) (15) 式中：T为气体热力学温度，K:为气体的摄氏温 k号兰xna（）+火， (18) 度，℃；x为该气体中各组分的摩尔分数；a:、b:和c:为 该气体中各组分的热容系数. V.-24xM-o(N)+e(N).V.+M-F- 28 (4)H为焦炭带入的显热，kJt,焦炭的热容 (19) 值也是温度的函数，需要根据焦炭进入风口回旋区的 温度计算确定.焦炭进入风口的温度T。是随高炉操作 V.=Vco VH,Vx, (20) 条件变化的，根据统计规律，在高炉正常生产的情况 式中：V。VVoV,和V,分别为所需风量、风口区的 下，T=0.75T;H为煤粉带入的显热，k1,该项 煤气、C0、H2和N2体积，m3t,w(C).为风口区燃烧 热量应根据煤粉的组成成分和煤粉温度计算；H-。为 的碳量，kg·t:p(02)。为鼓风中氧体积分数： 喷煤载气带入的显热，kt,本研究中载气为氮气. p(02)。=(1-a)B+0.5×(a+p(C02)),其中a为 (5)Ho,和Ho分别为烟气中的SO2和N0,还原 鼓风湿度：B为干风中氧体积分数：p(C0)。p(C0,)b 放出的热量，kJt,其中NO中N0按70%、NO2按 和p(N2).分别为鼓风中C0、CO2和N2体积分数；M 30%计算. 为煤比（喷煤质量与铁水质量的比值），kg·1;魏付豪等: 高炉处理烧结烟气脱硫脱硝理论分析 ( 2) 高炉内具有 CaO 和碱性渣，能将分解产生的 HCl 转化为稳定的 CaCl2 等化合物，使得氯元素不能 再参与二噁英类的合成反应; ( 3) 高炉内 CaO 和 SO2 能强烈抑制氯化反应，因 为 CaO 和 SO2 能改变迪肯反应的平衡，促使活性氯元 素转化为非活性氯化剂 HCl［18］; ( 4) 高炉内为还原性气氛，基本没有 O2 存在，而 O2 是合成二噁英所必需的物质，因此二噁英进入高炉 高温区被分解后，即使进入上部低温区也不能再合成 二噁英［19］． 综上所述，高炉具备分解二噁英并且不会再次合 成二噁英的热力学条件，能够消除二噁英污染． 3 烧结烟气代替空气鼓风对高炉顺行的 影响 由于烧结烟气中除了 O2 和 N2 外还 含 有 H2O、 CO2、CO、SO2 和 NOx，利用烟气代替空气 鼓 风，这 些 气体在高炉内的反应必然会对炉内的温度和煤气量 及其成分产生影响，因此有必要研究烟气对高炉顺 行的影响． 3. 1 烧结烟气对理论燃烧温度的影响 理论燃烧温度是反映炉缸热状态的重要参数［14］． 高炉风口前发生的主要反应如式( 11) ～ 式( 13) : CO2 ( g) + C 2CO  ( g) ，ΔHCO2 = 3763. 63 kJ·kg － 1 ． ( 11) 2C + O2 ( g) 2CO( g) ，ΔHC = － 9800 kJ·kg － 1 ． ( 12) C + H2O( g) CO( g) + H2 ( g) ，ΔHH2O = 7285 kJ·kg － 1 ． ( 13) 式中，ΔH 为反应的焓变，kJ·kg － 1 ． 本研究以吴胜利等［20］提出的新理论燃烧温度计 算模型为基础，对风口区的热量收入和支出项进行 修正，增加 SO2、NOx 还原放热项( 以式( 1) 、式( 4) 和 式( 7 ) 反 应 计 算) 和 CO2 与 C 反应 吸 热 项，采 用 式 ( 14) 计算烧结烟气代替空气鼓风情况下的理论燃烧 温度． Tf = Qccok + Qccoa + Hb + Hcok + Hcoa + Hb － g + HSO2 + HNOx － Qw － g － Qdecom － QCO2 － C Vg cpg + mc cc + ma ca ． ( 14) ( 1) Tf 为理论燃烧温度，℃ ． ( 2) Qccok和 Qccoa分别为燃烧带焦炭和煤粉中 C 燃 烧生成 CO 的放热，kJ·t － 1，本研究根据操作条件取煤 粉燃烧率 η = 0. 7［16］进行计算． ( 3) Hb 为鼓风带入的显热，kJ·t － 1，因为气体的热 容是温度的函数，气体平均热容值采用积分算法，利用 式( 15) ［21］计算气体的平均热容: cp = 1 22. 4 ∑ xi ∫ t +273 298 ( ai + biT + ciT－2 ) dT t － 25 = 1 22. 4 ∑ xi [ ai + bi 2 ( t + 273 + 298) + ci 298( t + 273 ] ) ． ( 15) 式中: T 为 气 体 热 力 学 温 度，K; t 为 气 体 的 摄 氏 温 度，℃ ; xi 为该气体中各组分的摩尔分数; ai、bi 和 ci 为 该气体中各组分的热容系数． ( 4) Hcok为焦炭带入的显热，kJ·t － 1，焦炭的热容 值也是温度的函数，需要根据焦炭进入风口回旋区的 温度计算确定． 焦炭进入风口的温度 TC是随高炉操作 条件变化的，根据统计规律，在高炉正常生产的情况 下，TC = 0. 75T ［14］ f ; Hcoa为煤粉带入的显热，kJ·t － 1，该项 热量应根据煤粉的组成成分和煤粉温度计算; Hb － g为 喷煤载气带入的显热，kJ·t － 1，本研究中载气为氮气． ( 5) HSO2 和 HNOx 分别为烟气中的 SO2 和 NOx 还原 放出的热量，kJ·t － 1，其中 NOx 中 NO 按 70% 、NO2 按 30% 计算． ( 6) Qw － g、Qdecom和 QCO2-C分别为 H2O 与 C 发生水 煤气反应吸收的热量、煤粉分解吸热和鼓风中 CO2 与 C 反应吸收的热量，kJ·t － 1，本研究中煤粉分解热取 1150 kJ·kg － 1 ; ( 7) Vg 为炉腹煤气量，m3 ·t － 1，炉腹煤气由 N2、CO 和 H2 组成，根据风口回旋区的物质平衡，风量、炉缸煤 气量及成分按下式计算: Vb = 22. 4 × ω( C) ta 24 × φ( O2 ) b ， ( 16) VCO = 22. 4 12 × ω( C) ta +［φ( CO) b + φ( CO2 ) b ］Vb， ( 17) VH2 = 22. 4 2 × M·ω( H2 ) coa + α·Vb， ( 18) VN2 = 22. 4 28 × M·ω( N2 ) coa + φ( N2 ) bVb + M·Fb － g， ( 19) Vg = VCO + VH2 + VN2 ． ( 20) 式中: Vb、Vg、VCO、VH2 和 VN2 分别为所需风量、风口区的 煤气、CO、H2 和 N2 体积，m3 ·t － 1，ω( C) ta为风口区燃烧 的碳 量，kg·t － 1 ; φ ( O2 ) b 为鼓风中氧体积 分 数; φ( O2 ) b = ( 1 － α)·β + 0. 5 × ( α + φ( CO2 ) b ) ，其中 α 为 鼓风湿度; β 为干风中氧体积分数; φ( CO) b、φ( CO2 ) b 和 φ( N2 ) b 分别为鼓风中 CO、CO2 和 N2 体积分数; M 为煤 比 ( 喷 煤 质 量 与 铁 水 质 量 的 比 值) ，kg·t － 1 ; · 5801 ·