基于多层次模型的炉顶煤气循环氧气高炉可行性研究
发布时间：2021-05-06 01:31
炼铁系统的CO2排放占钢铁流程总排放的70%以上,降低炼铁系统的碳耗对于减少钢铁产业CO2排放非常重要。高炉炼铁系统经过近几十年的技术发展,运行效率已经大大提高,要想进一步降低炼铁过程的CO2排放,需发展新的低碳炼铁工艺。炉顶煤气循环氧气高炉炼铁技术采用氧气代替热空气鼓风,大量喷吹煤粉,炉顶煤气经脱除CO2后喷吹进高炉循环利用,具有高生产率、高喷煤量、低焦比和低碳排放等优点。本文从基础工艺、关键过程和钢铁流程等不同层次建立模型来分析氧气高炉工艺可行性,获得了关键技术参数影响规律,解析了炉内热化学行为,评估了钢铁流程的能耗和碳排放。本文建立的氧气高炉系统工艺模型包含炉身炉腹区传输与反应模型、风口回旋区燃烧模型以及炉外煤气能质平衡模型。该工艺模型实现了三个子模型的耦合计算,可以更精准地描述炉内热化学过程煤气分配情况。利用该模型,研究了莱钢3号高炉的改造方案和氧气高炉系统关键技术参数的影响规律。研究表明：为了保证炉内合理的理论燃烧温度和较好的铁矿石还原效果,风口循环煤气的流量应为300 Nm3/t-铁左右,鼓风氧气浓度不低于80%,上部炉身循环煤气流量不低于300 Nm3/t-铁：鼓风氧气浓...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 高炉炼铁工艺发展现状
2.1.1 高炉炼铁节能减排的重要性
2.1.2 高炉炼铁发展趋势
2.2 氧气高炉工艺特征及研究进展
2.2.1 氧气高炉工艺特征
2.2.2 国内外典型工艺流程
2.3 氧气高炉数学模型研究进展
2.3.1 全炉能质守恒模型
2.3.2 全炉一维反应动力学模型
2.3.3 全炉多维多相流模型
2.3.4 风口回旋区燃烧模型
2.4 钢铁生产流程的能耗和碳排放研究现状
2.4.1 钢铁流程能耗研究现状
2.4.2 钢铁流程碳排放研究现状
2.5 本文研究内容
3 氧气高炉系统工艺模型
3.1 工艺模型架构
3.2 炉身及炉腹区传输与反应模型
3.2.1 模型简化和假设
3.2.2 控制方程
3.2.3 化学反应及熔融相变动力学
3.3 风口回旋区燃烧模型
3.3.1 物质平衡
3.3.2 能量平衡
3.4 炉外煤气能质平衡模型
3.5 模型的求解方法
3.6 模型的验证
3.6.1 莱钢3号高炉的基本参数
3.6.2 莱钢3号高炉的解剖实验和模型验证
3.6.3 欧盟ULCOS实验氧气高炉的验证分析
3.7 本章小结
4 氧气高炉可行工艺及关键参数分析
4.1 莱钢3号高炉改造方案分析
4.1.1 传统高炉与氧气高炉工艺过程的对比
4.1.2 莱钢3号高炉改造方案的选择
4.2 氧气高炉关键技术参数分析
4.2.1 基本工艺参数的限定范围
4.2.2 关键技术参数的正交试验
4.2.3 关键技术参数的直观分析
4.3 氧气高炉典型工况能耗和碳流分析
4.3.1 氧气高炉工艺的典型工况
4.3.2 工序能耗分析
4.3.3 工序碳流分析
4.4 本章小结
5 氧气高炉炉内关键过程研究
5.1 炉料下降运动行为实验研究
5.1.1 实验平台的搭建及实验方法
5.1.2 基本工况实验结果
5.1.3 参数分析
5.2 风口煤粉燃烧研究
5.2.1 风口回旋区燃烧模型
5.2.2 回旋区内燃烧过程数值模拟
5.3 煤气循环对炉内热化学过程的影响
5.3.1 炉内传输与反应过程模型
5.3.2 结果分析
5.4 本章小结
6 氧气高炉工艺对钢铁全流程能耗和碳排放的影响
6.1 钢铁流程的物质流、能量流模型
6.1.1 钢铁流程的物质流、能量流模型框架
6.1.2 钢铁流程的物质流、能量流平衡
6.1.3 钢铁流程能耗和碳排放的计算方法
6.2 氧气高炉钢铁流程的物质流和能量流
6.2.1 物质流和能量流分析
6.2.2 副产煤气平衡
6.2.3 电力平衡
6.3 钢铁流程能耗和碳排放分析
6.3.1 流程能耗分析
6.3.2 流程碳排放分析
6.4 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3170973
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 高炉炼铁工艺发展现状
2.1.1 高炉炼铁节能减排的重要性
2.1.2 高炉炼铁发展趋势
2.2 氧气高炉工艺特征及研究进展
2.2.1 氧气高炉工艺特征
2.2.2 国内外典型工艺流程
2.3 氧气高炉数学模型研究进展
2.3.1 全炉能质守恒模型
2.3.2 全炉一维反应动力学模型
2.3.3 全炉多维多相流模型
2.3.4 风口回旋区燃烧模型
2.4 钢铁生产流程的能耗和碳排放研究现状
2.4.1 钢铁流程能耗研究现状
2.4.2 钢铁流程碳排放研究现状
2.5 本文研究内容
3 氧气高炉系统工艺模型
3.1 工艺模型架构
3.2 炉身及炉腹区传输与反应模型
3.2.1 模型简化和假设
3.2.2 控制方程
3.2.3 化学反应及熔融相变动力学
3.3 风口回旋区燃烧模型
3.3.1 物质平衡
3.3.2 能量平衡
3.4 炉外煤气能质平衡模型
3.5 模型的求解方法
3.6 模型的验证
3.6.1 莱钢3号高炉的基本参数
3.6.2 莱钢3号高炉的解剖实验和模型验证
3.6.3 欧盟ULCOS实验氧气高炉的验证分析
3.7 本章小结
4 氧气高炉可行工艺及关键参数分析
4.1 莱钢3号高炉改造方案分析
4.1.1 传统高炉与氧气高炉工艺过程的对比
4.1.2 莱钢3号高炉改造方案的选择
4.2 氧气高炉关键技术参数分析
4.2.1 基本工艺参数的限定范围
4.2.2 关键技术参数的正交试验
4.2.3 关键技术参数的直观分析
4.3 氧气高炉典型工况能耗和碳流分析
4.3.1 氧气高炉工艺的典型工况
4.3.2 工序能耗分析
4.3.3 工序碳流分析
4.4 本章小结
5 氧气高炉炉内关键过程研究
5.1 炉料下降运动行为实验研究
5.1.1 实验平台的搭建及实验方法
5.1.2 基本工况实验结果
5.1.3 参数分析
5.2 风口煤粉燃烧研究
5.2.1 风口回旋区燃烧模型
5.2.2 回旋区内燃烧过程数值模拟
5.3 煤气循环对炉内热化学过程的影响
5.3.1 炉内传输与反应过程模型
5.3.2 结果分析
5.4 本章小结
6 氧气高炉工艺对钢铁全流程能耗和碳排放的影响
6.1 钢铁流程的物质流、能量流模型
6.1.1 钢铁流程的物质流、能量流模型框架
6.1.2 钢铁流程的物质流、能量流平衡
6.1.3 钢铁流程能耗和碳排放的计算方法
6.2 氧气高炉钢铁流程的物质流和能量流
6.2.1 物质流和能量流分析
6.2.2 副产煤气平衡
6.2.3 电力平衡
6.3 钢铁流程能耗和碳排放分析
6.3.1 流程能耗分析
6.3.2 流程碳排放分析
6.4 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3170973
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3170973.html
