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（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 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。 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。 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。 直接还原大量吸热，直接还原高，炉缸中心温度低。 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