高炉冶炼过程熵增与(火用)损失的关联性

摘要

高炉冶炼是钢铁生产中能耗与污染最密集的环节，其本质可归结为冶炼过程导致的物能熵增与(火用)损失.熵分析与(火用)分析均以热力学第一、第二定律为基础，可分别对系统的熵增与(火用)损失过程进行解析.熵产与(火用)损失作为熵分析与(火用)分析的评价指标，均是对系统不可逆性的量化，应具有相关性且可由Gouy-Stodola关系式进行数学表达.本研究对高炉冶炼过程进行了熵分析与(火用)分析，并讨论了不同鼓风富氧率条件下系统熵产与(火用)损失的关系.结果表明：高炉冶炼系统的熵产由物质流熵产与能量流熵产组成，物质流熵产略大，为5.20 MJ/K,能量流熵产由高炉及其产物与环境之间的温差传热过程产生，为3.84 MJ/K;(火用)损失由内部(火用)损失和外部(火用)损失组成，分别为1 432.35 MJ和1 297.88 MJ;随着鼓风富氧率的升高，系统的熵产与(火用)损失呈现相同的变化趋势，均减小；所研究算例中，分别以熵产和(火用)损失为标准计算的数值误差均小于1.0%,可认为高炉冶炼过程的熵增与(火用)损失具有协同性，符合理论分析且满足Gouy-Stodola关系式.

关键词

高炉冶炼 / 熵增 / (火用)损失 / Gouy-Stodola关系式 / 鼓风富氧率

基金资助

中冶长天科研开发基础研究基金资助项目(2024JCYJ04); 辽宁省“兴辽英才计划”资助项目(XLYC2503168); 国家自然科学基金资助项目(52074086)