第四章 燃料的燃烧

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第四章燃料的燃烧

一、炉缸燃烧反应和燃烧产物

1、炉缸燃烧反应在高炉冶炼中的作用

(1)焦炭在风口前燃烧放出的热量,是高炉冶炼过程中的主要热量来源。(2)炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体,为炉料下降提供40%左右的自由空间保证炉料的不断下降。

(3)炉缸燃烧反应的结果产生了气体还原剂CO,为上部固体炉料的间接还原白日提供还原剂,并可起传热介质的作用。

(4)风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布,从而影响整个炉内煤气流分布和顺行。

(5)炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布,从而影响生铁的质量。

2、炉缸燃烧反应和燃烧产物

完全燃烧:C焦+O2=CO2+Q

不完全燃烧:2C焦+O2=2CO+Q

在炉内燃烧的初期产物是CO2,遇到炽热的焦炭,发生碳的气化反应:

C焦+CO2=2CO –Q

由于焦炭过剩,最终CO2全部转变为CO,鼓风中还有不参加反应的氮气。鼓风中有一定量的水蒸汽,高温下与碳反应:

H2O+C焦=H2+CO -Q

所以炉缸中燃烧反应的最终产物是:CO、H2和N2.

3、炉缸煤气成分的变化

(1)鼓风入炉后遇焦炭开始燃烧

从风口前端向炉缸中心,气体中含氧量下降,而CO2含量逐渐升高,到氧

消失处CO2达到最大值。

(2)此后,CO2开始减少,CO迅速增多,CO2消

失处CO含量达到理论值(34.7%)

(3)气体向炉缸中心运动时,CO仍缓慢增多,炉

缸中心的CO含理一般可达40-50%

(4)煤气中H2是在氧开始消失和CO2含量最高处

开始出现,随后煤气中H2含量略有升高。

4、影响炉缸煤气成分和数量的因素

①鼓风湿度

鼓风湿度增加,水分分解为H2和O2,炉缸煤气中的H2和CO量增加,N2含量相对下降。

②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。

③鼓风中氧浓度增加时,炉缸煤气中的CO量增加,N2浓度下降,H2浓度下降。

5、炉缸煤气成分对高炉冶炼的影响

①增加煤气中还原性气体浓度,提高间接还原,降低直接还原度。

②增加煤气中H2的浓度,降低煤气粘度,提高煤气渗透能力,利于还原反应进行。

③提高煤气的传热能力和降低对下降炉料的阻力,对高炉冶炼有利。(二)燃烧温度及炉内温度分布

1、理论燃烧温度

①定义:风口前焦炭燃烧放出的热量,全部用于加热燃烧产物时,所能达到的最高温度,叫理论燃烧温度。

T理:风口前理论燃烧温度。℃

Q碳:风口前碳燃烧成CO所放出的热量。 KJ/t·Fe

Q风:鼓风带及的物理热。 KJ/t·Fe

Q燃:燃料带入的物理热。 KJ/t·Fe

Q水:鼓风和喷吹物中的水分分解热。KJ/t·Fe

Q喷:喷吹物的分解热。KJ/t·Fe

C CON2:CO和N2的比热。 KJ/m3℃

C H2:H2的比热:KJ/m3℃

V CO V N2 V H2:炉缸煤气中CO H2 N2的量。M3/t·Fe

②理论燃烧温度是燃烧带在理论上能达到的最高温度。

一般可达1800-2400℃。

炉缸温度是指炉缸渣铁温度,一般1500左右。

③理论燃烧温度高,说明同样体积的煤气有较多的热量,高炉喷吹燃料后,燃烧温度高,可加速喷吹物燃烧,改善喷吹燃料的作用。

2、炉缸温度分布

炉缸边缘的燃烧带温度最高,由边缘向中心温度逐渐降低。

燃烧带和中心部分温度的高低,还受冶炼强度,鼓风动能,炉内直接还原度和喷吹燃料等条件影响。

①冶炼强度和鼓风动能较高时,大量煤气达到中心,中心温度也随之升高。

②直接还原大量吸热,直接还原高,炉缸中心温度低。

③喷吹燃料时,直接还原度降低,炉缸中心温度升高,炉缸半径上温度分

布趋于平坦,利于顺行。

三、燃烧带大小及其对高炉冶炼过程的影响

(一)燃烧带与风口回旋区

1、燃烧带

炉缸内燃料燃烧成CO2的区域称为燃烧带,包括氧化区和还原区。

氧化区:风口前自由氧存在

的区域。

还原区:自由氧消失到CO2

消失的区域

无喷吹时:燃烧带的尺寸按

CO2降到1-2%的位置定。

喷吹燃料后:H2O降为2%

时,定为燃烧带的界限。

2、风口回旋区

(1)定义:煤气流夹着焦炭作回旋运动的球形空间。

中间层:回旋区外围厚约200-300mm的料层。

(2)燃烧带包括回旋区和中间区。

(二)煤粉在风口前的燃烧

1、燃烧过程:加热、挥发分挥发和燃烧。

2、喷吹煤粉燃烧的特点

1)有限空间内燃烧。

2)在高加热速率及高温环境中燃烧。

3)物理化学反应交织进行。

4)煤粉是在高压下分解燃烧。

3、影响煤粉燃烧的因素

1)温度;2)煤粉颗粒;3)氧的浓度;4)气体----煤粉两相流动;5)碳黑微粒的形成影响燃烧。

(三)燃烧带对高炉冶炼过程的影响

1、燃烧带面积大,炉缸活跃面积大,料柱比较松动,有利于高炉顺行。

2、燃烧带大小影响煤

气流的初始分布。

燃烧带大,中心气流

发展,炉缸中心温度

升高。

燃烧带小,边缘气流

发展,炉缸中心温度

较低。

四、影响燃烧带大小的因素

燃烧带大小主要受鼓风动能大小决定的,其次与燃烧反应速度,炉料状况

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