海绵铁隧道窑热工分析和节能途径

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1、海绵铁隧道窑热工分析和节能途径李育林（中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司，武汉430223）摘要：介绍了海绵铁隧道窑的热工过程特性，分析了热工过程的热平衡项组成及主要漏损热，并以实例进行了热平衡计算与热源、热损分析，提出了海绵铁隧道窑的主要节能途径。关键词：海绵铁隧道窑；热工过程；热平衡；节能ThermalanalysisofDRITunnelKilnandenergy-savingwaysLIYu-lin（WISDRI(Wuhan)WISIndustrialFurnaceCo.,Ltd,Wuhan430223,China）Abstract:Introduce

2、dthecharacteristicsofthermalprocessofDRIintunnelkiln,analysisofthethermalprocessofheatbalancecomponentsandmainleakageofheat,andanalyzingtheheatbalancecalculationandheatsource,theheatloss,andputsforwardsomewaysofmajorenergy-savingDRIintunnelkiln.Keywords:DRItunnelkiln;thermalprocess;

3、thermalbalance;energy conservation隧道窑作为还原海绵铁的大型主体设备，其能耗成本占相关行业成本的大部分，对产品的成本具有决定性作用。正确地分析隧道窑的热工状况、探讨节能方法，对粉末冶金行业以及目前蓬勃发展的炼钢海绵铁行业的节能增效具有重要意义，同时也对海绵铁隧道窑的设计计算具有指导意义。1海绵铁隧道窑独特的热工过程一般的热工炉窑热工过程较为简单，纯粹是将物料加热和冷却，例如生产耐材和陶瓷的隧道窑。还原海绵铁用隧道窑却独具特性，其独特性在于海绵铁隧道窑的生产是三个过程的统一：1、加热冷却过程；2、煤气发生过程；3、还原反应过程。

4、这三个过程相互影响，构成了海绵铁隧道窑相对于耐火材料和陶瓷隧道窑复杂得多的热工过程。1.1海绵铁隧道窑的供热热源是多样的一般炉窑只有单一的供热源，而海绵铁隧道窑的供热源除了燃料燃烧供热外，还有还原反应热以及还原剂氧化燃烧产生的热量。窑车上罐内装有氧化铁和固体碳还原剂，还原剂一般为煤粉或焦末，固体碳实际装入量要高于还原理论需要量[1]。在高温时罐外O2或者CO2渗入还原剂层，将碳气化为CO，同时向氧化铁层及罐外扩散。扩散到氧化铁层的CO进行还原反应，扩散到罐外的CO立即被燃烧掉。理论计算表明，还原100㎏品位为72%的氧化铁需要10.5㎏纯碳。但是，为了产生足够

5、的CO和保护还原后的铁，还原剂实际装入量是还原理论需要量的4~6倍。加热完成后，还原剂大概消耗了装入量的40~60%，大部分的还原剂主要是被燃烧掉了。1.2氧化铁还原成海绵铁需要吸收热量氧化铁的还原是一个吸热反应。反应分两步进行，对于磁铁矿来说，其主要反应式如下：C＋CO2＝2COFe3O4＋4CO＝3Fe＋4CO2将其合并，得：2C＋Fe3O4＝3Fe＋2CO2，这是一个吸热反应，△H=－295839kJ。对于赤铁矿来说，反应式可以写为：3C＋2Fe2O3＝4Fe＋3CO2，△H=－422323kJ。可见，参与反应的C释放出的能量外加吸收的热量，全部转化为F

6、e的化学能，在进行海绵铁隧道窑热工分析时，必须考虑这些能量的转化。2海绵铁隧道窑热平衡的计算2.1热平衡项的组成对热工设备进行热平衡分析，是从系统整体角度来进行的，不必考虑过程，只需考虑初始条件和最终结果。此处只讨论以燃料燃烧进行加热的炉窑热工。对于用于生产耐材和陶瓷的隧道窑，其热平衡组成是：1）热供给——燃料燃烧热；2）热支出——包括烟气余热、物料蓄热、炉墙散热、漏损热。对于生产还原海绵铁用隧道窑，其热平衡组成比以上复杂：1）热供给——燃料燃烧热、还原剂燃烧热；2）热支出——烟气余热、物料蓄热、炉墙散热、海绵铁化学能、漏损热。下面分项进行论述：（1）燃料燃烧

7、热：供给的煤气、煤或者油燃烧产生的热量。（2）还原剂燃烧热：不管还原剂在加热过程中的能量转化有多么复杂，也不管有多少还原剂用于还原，又有多少是被燃烧掉，总之最终的产物都是CO2，这是一个放热过程。对于整个隧道窑系统来说，C转化为CO2就释放了热量，其热量值按C的完全燃烧进行计算。（3）烟气余热：燃烧后的烟气经过了预热段后，将一部分热量传给窑车，自身温度降低，进入烟道时仍然有较高的温度，其所含热量就是烟气余热。烟气的来源有三部分：1）是燃料燃烧产物；2）是还原剂还原和燃烧产物；3）是炉窑吸入的冷风。烟气余热可以通过测量烟气温度和流量后计算出来。烟气量越少或烟气温

8、度越低，余热就越少。（4）物料蓄热：窑