與天然氣和氫氣相比,焦爐煤氣是鋼鐵廠副產煤氣,且產量穩定、成本低,是目前可用於高爐噴吹的最具有潛力的富氫還原氣體。本研究以河鋼邯鋼2500m3高爐生產用原燃料和操作條件為基礎,建立噴吹焦爐煤氣高爐的質能平衡模型。根據有氫參與的高爐Rist操作線理論,循環迭代計算鐵的直接還原度。並建立噴吹焦爐煤氣高爐的全爐熱平衡和高溫區熱平衡模型,計算不同噴吹量和操作條件下高爐的能量利用係數和熱能利用係數,最後探討相應的碳素消耗及減排情況。
研究結果顯示,單獨噴吹焦爐煤氣時,焦爐煤氣噴吹量提高,使爐腹煤氣量增加,導致高爐的理論燃燒溫度降低;同時直接還原耗熱降低、爐頂煤氣溫度升高,使熱能和能量利用係數均降低。噸鐵噴吹1m3焦爐煤氣可以使理論燃燒溫度降低約0.9℃,提高富氧率和風溫是噴吹焦爐煤氣高爐最有效的熱量補償手段。
噴吹焦爐煤氣可獲得降低高爐燃料比、減少綜合碳素消耗和碳排放的效果。在同樣的焦爐煤氣噴吹量下,要達到噴吹焦爐煤氣前的理論燃燒溫度,需要更高的富氧率。富氧率提高0.91%,對應的噸鐵焦爐煤氣噴吹量可以增加10m3。風溫提高,高爐可以接受的焦爐煤氣噴吹量增加,且對高爐的熱量和能量利用係數影響很小。當風溫為1250℃、焦爐煤氣噴吹量為100m3時,焦比降低55.4kg/t,焦爐煤氣與焦炭的置換比約為0.55kg/m3。焦爐氣噴吹量增加,高爐綜合碳素消耗下降。