第四章 燃料的燃烧.doc

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(%)
(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
CCON2:CO和N2的比热。 KJ/m3℃
CH2:H2的比热:KJ/m3℃
VCO VN2 VH2: 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。