《高炉炼铁技术》项目9任务9.1炉缸内燃料的燃烧
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[学习任务]
1.高炉炉缸燃烧反应及燃烧产物 2.焦炭与喷吹燃料燃烧的差异 3.高炉炉缸煤气成分和煤气量的计算方法 4.炉缸煤气成分沿半径方向的变化规律
冶金工程系
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1
二、炉缸燃烧反响和燃烧产物
炉缸燃烧反响与一般燃烧反响不同，它是在充满焦炭的 环境中进行的。只有风口前一定区域是氧化性气氛。这里有 从风口鼓入的强大空气流，因而存在着大量的自由氧，使焦 炭中的碳素剧烈燃烧，产生氧化性气体——C02，产生大量 的热能。风口前燃烧反响式为：
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由反响式 2C＋O2 = 2CO可知，燃烧1kg碳素所需的氧量
为：
1 22.4
O2 2 12 0.933 m3/kg。
那么燃烧1kg碳素所需风量Ｖ风 为：
V风10f.903.5f30.20.190.23f93m3/kgC
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燃烧1kg碳素所生成的炉缸煤气体积〔即生成的 CO、N2、H2体积之和〕。
当鼓风湿度增加时，由于水分在风口前分解成H2和O2，炉缸煤气中的 H2和CO量增加，N2含量相对下降。 喷吹含H2量较高的喷吹物时，炉缸煤气中含H2量增加，CO和N2量相对下 降。当鼓风中氧浓度增加时(如富氧鼓风)，炉缸煤气中的CO浓度增加， N2浓度下降，由于N2浓度下降的幅度较大，煤气中的H2浓度相对增加。 前两种情况下炉缸煤气量增加，后一种情况下煤气量下降。
的计算方法。
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[课堂小结]
本节课主要讲述了高炉内燃料的燃烧、炉缸燃 烧反响和燃烧产物以及炉缸煤气量和煤气成分的 计算方法，炉缸煤气成分、温度和压力的变化。
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[评价观测点]
1.能否正确介绍炉缸燃料燃烧的作用。 2.能否正确写出焦炭在风口前的燃烧反响。 3鼓风，湿度为f时，炉缸煤气成分和数量。 4.能否正确介绍燃烧1kg碳素所需风量Ｖ风
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3．炉缸煤气成分对高炉冶炼的影响
复原性气体CO和H2及不参加反响的惰性气体№所组成， 煤气中复原性气体浓度增加，可提高煤气的复原能力，增 加间接复原，降低直接复原。特别是煤气中的H2的浓度增加， 不仅提高复原性气体浓度，而且H2能降低煤气黏度，提高煤气 的渗透能力，有利于复原反响进行；
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• 增加鼓风湿度(加湿鼓风)时，炉缸煤气中H 2和CO含量 增加，N2 含量减少。
• 富氧鼓风时，风中O2量增加，N2量减少；炉缸煤气中 N 2 含量减少，CO 量相对增加。
• 喷吹燃料时，炉缸煤气中H 2 含量显著增加，CO和N2 的含量相对降低。
• 这些措施都相对富化了复原性煤气，均有利于强化高炉 冶炼和降低焦比。
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1.炉缸煤气成分计算：
炉缸煤气是由CO、H2和N2组成。并且随着鼓风湿 度的增大，煤气中H2、CO含量增加，煤气成分发生了 变化。假定鼓风湿度f=2.0％时，炉缸煤气成分计算如 下(以100m3鼓风量计算)：
根据反响式，一个O2将生成两个CO，故干风中的 O2加上鼓风水蒸气中的O2乘以2，即是CO的生成量， 这样就可以按下式算出CO生成量：
从风口向炉缸中心插人取样管，可以得知沿炉缸半径 煤气成分、温度和压力的变化规律。 〔一〕炉缸煤气成分变化
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如右图所示为风口前沿径向煤气成分 的变化曲线。在燃烧带内，当氧过剩时， 碳首先与氧反响生成CO2 ，只有当含氧 量开始下降煤 ＝ V风 (VCO＋ VN2＋ V H2 )
0.933
=(1.21+0.79f)×0.21 0.29f
当f=0时，V煤 ＝5.38 m3/kg，ｆ＝1％时, V煤 =5.32 m3/kg
由此可知：炉缸煤气量约为风量的1.21倍， 即 V 煤 ＝1.21V 风 。
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二、炉缸煤气成分、温度和压力的变化
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CO=[(100－100f)×0.21+0.5×100f]×2 3 N23
H2=100×f=2%=2M3 V缸= CO+ N2+ H23 那么炉缸煤气成分：
CO= 4.3 1610% 03.5 2% 1 12.528
H2= 2 10% 01.6% 3 1 2.528
N2= 7.7 4210% 06.3 1% 6 12.528
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燃烧带的位置可以按照CO2消失的位置确定，常将 CO2的含量降到1%-2%的位置定为燃烧带的界限。
喷吹燃料后，水作为喷吹燃料中碳氧化合物的燃烧产 物和CO2一样，起着将氧带到炉缸深处的作用。此时， 可将水的含量为1%-2%的位置定位燃烧带的边缘
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2．影响炉缸煤气成分和数量因素
1.高炉炉缸燃烧反应及燃烧产物 2.焦炭与喷吹燃料燃烧的差异 3.高炉炉缸煤气成分和煤气量的计算方法 4.炉缸煤气成分沿半径方向的变化规律
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二、炉缸燃烧反响和燃烧产物
炉缸燃烧反响与一般燃烧反响不同，它是在充满焦炭的 环境中进行的。只有风口前一定区域是氧化性气氛。这里有 从风口鼓入的强大空气流，因而存在着大量的自由氧，使焦 炭中的碳素剧烈燃烧，产生氧化性气体——C02，产生大量 的热能。风口前燃烧反响式为：
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由反响式 2C＋O2 = 2CO可知，燃烧1kg碳素所需的氧量
为：
1 22.4
O2 2 12 0.933 m3/kg。
那么燃烧1kg碳素所需风量Ｖ风 为：
V风10f.903.5f30.20.190.23f93m3/kgC
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燃烧1kg碳素所生成的炉缸煤气体积〔即生成的 CO、N2、H2体积之和〕。
当鼓风湿度增加时，由于水分在风口前分解成H2和O2，炉缸煤气中的 H2和CO量增加，N2含量相对下降。 喷吹含H2量较高的喷吹物时，炉缸煤气中含H2量增加，CO和N2量相对下 降。当鼓风中氧浓度增加时(如富氧鼓风)，炉缸煤气中的CO浓度增加， N2浓度下降，由于N2浓度下降的幅度较大，煤气中的H2浓度相对增加。 前两种情况下炉缸煤气量增加，后一种情况下煤气量下降。
的计算方法。
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[课堂小结]
本节课主要讲述了高炉内燃料的燃烧、炉缸燃 烧反响和燃烧产物以及炉缸煤气量和煤气成分的 计算方法，炉缸煤气成分、温度和压力的变化。
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[评价观测点]
1.能否正确介绍炉缸燃料燃烧的作用。 2.能否正确写出焦炭在风口前的燃烧反响。 3鼓风，湿度为f时，炉缸煤气成分和数量。 4.能否正确介绍燃烧1kg碳素所需风量Ｖ风
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3．炉缸煤气成分对高炉冶炼的影响
复原性气体CO和H2及不参加反响的惰性气体№所组成， 煤气中复原性气体浓度增加，可提高煤气的复原能力，增 加间接复原，降低直接复原。特别是煤气中的H2的浓度增加， 不仅提高复原性气体浓度，而且H2能降低煤气黏度，提高煤气 的渗透能力，有利于复原反响进行；
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• 增加鼓风湿度(加湿鼓风)时，炉缸煤气中H 2和CO含量 增加，N2 含量减少。
• 富氧鼓风时，风中O2量增加，N2量减少；炉缸煤气中 N 2 含量减少，CO 量相对增加。
• 喷吹燃料时，炉缸煤气中H 2 含量显著增加，CO和N2 的含量相对降低。
• 这些措施都相对富化了复原性煤气，均有利于强化高炉 冶炼和降低焦比。
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1.炉缸煤气成分计算：
炉缸煤气是由CO、H2和N2组成。并且随着鼓风湿 度的增大，煤气中H2、CO含量增加，煤气成分发生了 变化。假定鼓风湿度f=2.0％时，炉缸煤气成分计算如 下(以100m3鼓风量计算)：
根据反响式，一个O2将生成两个CO，故干风中的 O2加上鼓风水蒸气中的O2乘以2，即是CO的生成量， 这样就可以按下式算出CO生成量：
从风口向炉缸中心插人取样管，可以得知沿炉缸半径 煤气成分、温度和压力的变化规律。 〔一〕炉缸煤气成分变化
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如右图所示为风口前沿径向煤气成分 的变化曲线。在燃烧带内，当氧过剩时， 碳首先与氧反响生成CO2 ，只有当含氧 量开始下降煤 ＝ V风 (VCO＋ VN2＋ V H2 )
0.933
=(1.21+0.79f)×0.21 0.29f
当f=0时，V煤 ＝5.38 m3/kg，ｆ＝1％时, V煤 =5.32 m3/kg
由此可知：炉缸煤气量约为风量的1.21倍， 即 V 煤 ＝1.21V 风 。
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二、炉缸煤气成分、温度和压力的变化
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CO=[(100－100f)×0.21+0.5×100f]×2 3 N23
H2=100×f=2%=2M3 V缸= CO+ N2+ H23 那么炉缸煤气成分：
CO= 4.3 1610% 03.5 2% 1 12.528
H2= 2 10% 01.6% 3 1 2.528
N2= 7.7 4210% 06.3 1% 6 12.528
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燃烧带的位置可以按照CO2消失的位置确定，常将 CO2的含量降到1%-2%的位置定为燃烧带的界限。
喷吹燃料后，水作为喷吹燃料中碳氧化合物的燃烧产 物和CO2一样，起着将氧带到炉缸深处的作用。此时， 可将水的含量为1%-2%的位置定位燃烧带的边缘
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2．影响炉缸煤气成分和数量因素