吨铁煤气消耗量简单来讲可由每立方米鼓风加热需要的高炉煤气和吨铁耗风量的乘积得到。吨铁耗风量主要取决于高炉的燃料比。影响高炉燃料比的因素很多，其中较为重要的有高炉入炉矿石品位、热风温度、焦炭质量、富氧率等。每立方米鼓风加热需要的高炉煤气与热风温度、冷风温度、热风比热、冷风比热、煤气热值、热风炉热效率等参数有关。热风炉热效率与热风炉本体结构，燃烧器、燃烧室、蓄热室的结构和参数，设备的散热情况等有关。需要根据热风炉的各项收入热量、支出热量进行分析，然后采取相应的措施，降低除热风带出物理热之外的各项热量支出，提高热风炉系统热效率，从而降低每立方米鼓风加热消耗的高炉煤气。由于不同的高炉煤气热值不同，建议折算成吨铁煤气消耗，并折算为标煤量进行对比。

1前言

高炉产生的高炉煤气约40%被热风炉烧炉所利用（图1和图2）。在碳达峰、碳中和的背景下，降低吨铁煤气消耗，降低炼铁成本，提高经济效益成为业界关注的重点。吨铁煤气消耗受高炉炼铁过程的操作制度影响较大，不同高炉体积、不同入炉矿石品位、不同原料质量条件下，吨铁煤气消耗量具有较大的差异，需要具体分析吨铁煤气消耗的影响因素，以探讨进一步降低吨铁煤气消耗量的措施。

热风炉在燃烧期利用高炉产生的部分高炉煤气，通过燃烧器燃烧，烟气将热量储存在蓄热室格子砖中；送风期冷风通过蓄热室格子砖加热后送入高炉，保证焦炭和煤粉的燃烧（图3）。高炉鼓风带入的热量占高炉冶炼收入热量的16%-20%。高炉铁产量和热风炉消耗的高炉煤气没有直接对应关系，而是通过鼓风相联系。鼓风温度约150-250℃，通过热风炉加热到约1100-1300℃，鼓风增加的热焓，需要由高炉煤气的化学热提供，每立方米（指标准立方米，下同）鼓风加热需要的高炉煤气（Nm³煤气/ Nm³鼓风）可以通过热风炉热平衡计算来确定。吨铁耗风量（ Nm³鼓风/tFe）可以通过高炉的物料平衡和热平衡计算来确定。每立方米鼓风加热需要的高炉煤气和吨铁耗风量相乘即可得到吨铁煤气耗量。下面就吨铁耗风量和每立方米鼓风加热需要的高炉煤气进行分析探讨。

2吨铁耗风量

根据GB 50427-2015《高炉炼铁工程设计规范》4.3节条款下的送风条件，吨铁耗风量应根据高炉操作条件通过物料平衡和热平衡计算来确定。当不富氧时，冶炼每吨生铁消耗的风量值应符合如表1所示的规定。

关于漏风损耗，生产中的仪表风量是由安装在冷风总管上的风量表进行测量的，鼓风经过冷风管道、热风炉、热风管道到达风口的途中总是不可避免有部分漏损，比如放风阀关闭不严，烟道阀因变形关闭不严，直吹管两端与弯头和风口小套接触不够通畅等，新建高炉漏风率在5%以下，接近大修时可能达到10%以上，中小型高炉漏风率甚至超过20%。

也可以根据条款说明中不富氧时的吨铁耗风量υ₀的经验公式进行计算：

υ0=0.01292FR2-10.2FR 3050 （1）

式（1）中：FR为燃料比（kg/t）。

富氧鼓风时，每吨生铁的消耗风量可以由式（2）求得：

υf =υ0[21/（21 f）] （2）

式（2）中：υ_f为富氧时的每吨生铁耗风量（Nm³/t）；υ0为不富氧时的每吨生铁耗风量（Nm³/t）；f为富氧率（%）。

根据上述表格及公式，吨铁耗风量主要由高炉的燃料比决定。

影响燃料比的因素有炉料质量水平、设备运行状态、高炉操作水平和众多外界因素以及企业管理水平等数百个条件，其中比较重要的因素有，入炉矿石品位、风温、焦炭质量和富氧率等，这些因素对燃料比的影响详见表2。

3鼓风加热所需高炉煤气

每立方米鼓风加热需要的高炉煤气需要根据热风炉热平衡计算得出。对于热风炉的热平衡根据GB/T 32287-2015《高炉热风炉热平衡测定与计算方法》热风炉的热平衡表如表3所示。Q₂′为离开热风炉本体的烟气带走的热量。

热风炉系统热效率计算公式如下：

ηt2=（Q1′-Q₄）/（ΣQ-Q4）×100%=（Q₁′-Q₄）/（Q₁ Q₂ Q₃） ×100% （3）

ηt2=（c_r t_r-c_lt_l）/[υ煤气/冷风（Q c_mt_m υ空气/煤气c_kt_k）] （4）

式（4） 中：ηt2为热风炉系统热效率；c_r为热风比热 （kJ/m³?℃）；t_r为热风温度（℃）；c_l为冷风比热（kJ/ m³?℃）；t_l为冷风温度（℃）；υ煤气/冷风为每立方米冷风需要的煤气（Nm³/Nm³）；Q为煤气热值（kJ/Nm³）；c_m为煤气比热（kJ/m³?℃）；t_m为预热后的煤气温度（℃）；υ空气/煤气为每立方米煤气燃烧需要的空气（Nm³/Nm³）；c_k为空气比热（kJ/m³?℃）；t_k为预热后的空气温度（℃）。

上式变换以后，得到每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量：

υ煤气/冷风=（c_r t_r-c_lt_l）/[ηt2（Q c_mt_m υ空气/煤气c_kt_k）] （ 5）

由式（5）可以看出，每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量与热风温度、冷风温度、煤气温度、空气温度、煤气热值、热风比热、冷风比热、煤气比热、空气比热、热风炉系统热效率相关。当热风炉的助燃空气、煤气是利用热风炉本身烟气的热量来预热时，则Q₂、Q₃不应作为热量收入项考虑，而应看作由于回收了部分热量而减少了烟气带走的热量，此时烟气带走的热量为：

Q₂″= Q₂′- Q₂- Q₃ （6）

热风炉系统热效率：

ηt2=（Q₁′-Q₄）/Q₁×100%

（7）

ηt2=（c_r t_r-c_lt_l）/（υ煤气/冷风Q）] （8）

υ煤气/冷风=（c_r t_r-c_lt_l）/（ηt2Q） （9）

根据式（9），每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量与热风温度、冷风温度、煤气热值、热风比热、冷风比热、热风炉系统热效率有关系。热风温度越高，每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量越大；煤气热值越大，每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量越小；热风炉系统热效率越大，每立方米鼓风加热需要的高炉煤气用量越小。根据热风炉热平衡表，减少除热风带出的物理热之外的其他热量支出，可以提高热效率，减少煤气消耗。可以采取如表4所示的措施来提高热风炉热效率。

根据表4，热风炉热效率与以下因素相关：

1）热风炉燃烧器的结构形式。热风炉燃烧器的结构形式影响空气、煤气混合的均匀程度，进而影响到煤气是否燃烧完全，从而决定热风炉化学不完全燃烧的热损失的高低。

2）空气、煤气预热温度。空气、煤气预热温度决定了带入热风炉的物理热的多少，这会影响热风炉的理论燃烧温度，进而影响热风温度高低。

3）空气过剩系数。在满足煤气完全燃烧的情况下，采用尽量低的空气过剩系数，降低助燃空气对燃烧产物的稀释，提高理论燃烧温度，进而提高热风温度。

4）燃烧产物在蓄热室断面上分布的均匀程度。合理的燃烧室结构，保证完全燃烧的燃烧产物在蓄热室断面上均匀分布，避免燃烧产物不均匀分布，导致蓄热室断面上的温度不均匀，局部过热，格子砖的板结、堵塞现象。

5）合理的蓄热室参数。格子砖的类型、孔径大小，单位鼓风的蓄热面积，单位鼓风的格子砖重量等，既保证足够的换热面积又保证足够的格子砖重量，满足送风期内的热风温度要求。

6）热风炉本体的散热及管道热损失。

这些因素的综合作用，决定了热风炉的热风温度、热效率的高低。

4结论

根据上述分析，可得出以下结论：

1）吨铁煤气消耗量简单来讲可由每立方米鼓风加热需要的高炉煤气和吨铁耗风量的乘积得到。吨铁耗风量主要取决于高炉的燃料比，燃料比越大，吨铁耗风量就越大。影响高炉燃料比的因素很多，比较重要的因素有高炉入炉矿石品位、热风温度、焦炭质量、富氧率等。每立方米鼓风加热需要的高炉煤气与热风温度、冷风温度、热风比热、冷风比热、煤气热值、热风炉热效率有关。热风炉热效率与热风炉本体结构，燃烧器、燃烧室、蓄热室的结构、参数，炉体、管道、设备的散热有关。实际生产中，需要根据热风炉热平衡分析，采取相应的措施降低除热风带出物理热之外的各项热量支出，提高热风炉系统热效率，从而降低每立方米鼓风加热需要的高炉煤气消耗量。

2）需要考虑送风系统的漏风率。由于送风系统中存在漏风损耗，真正的入炉风量需要通过计算才能得到。在高炉煤气成分测定准确（例如用气相色谱仪）的情况下，可通过进入炉顶煤气的碳和氮的平衡计算出煤气消耗量和入炉风量。

3）吨铁煤气消耗量折标煤。由于不同高炉的煤气热值高低不同，吨铁煤气消耗量并不能简单直接比较，1kg标准煤的发热量为29.3MJ/kg，可以根据高炉煤气热值折算成标准煤再进行比较。比如煤气热值为3260kJ/Nm³，1Nm³高炉煤气折标煤0.111kg。（刘红军 祝圣远 刘华平于恒星 魏淑超）