風(fēng)口前燃料燃燒

1、2022-3-71第三章 風(fēng)口前燃料燃燒與爐缸工作Chapter 6 Fuel burning on the front of tuyeres and hearth task風(fēng)口前燃料燃燒作用：1）提供熱能；2）提供氣體還原劑；3）提供爐料下降空間。第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)口前燃料燃燒反應(yīng)風(fēng)口前燃料燃燒反應(yīng) ( Fuel burning on the front of tuyeres )一、燃燒反應(yīng)一、燃燒反應(yīng) Burning reaction特點：在空氣量一定而存在過剩碳的條件下進(jìn)行的。特點：在空氣量一定而存在過剩碳的條件下進(jìn)行的。燃燒反應(yīng)式： C焦+O2=CO2+395KJ/mol 2C+O2=2

2、CO+114.4KJ/mol由于爐缸存在過剩C且在高溫下進(jìn)行，因此反應(yīng)生成CO2最終會生成CO： CO2+C焦=2CO 166.2KJ/mol2022-3-72 因為鼓風(fēng)中含有一定水分： H2O+C=H2+CO133.1KJ/mol 因此，風(fēng)口前燃燒的最終產(chǎn)物為CO、H2，以及鼓風(fēng)中N2。 二、爐缸煤氣成分二、爐缸煤氣成分 gas component in hearth 設(shè)鼓風(fēng)中濕度為f（體積百分?jǐn)?shù)），則爐缸煤氣成分（以100立方米鼓風(fēng)量計算）： VCO=（100f）0.21+0.5f 2 （米3） VN2=（100f） 0.79 （米3） VH2=f （米3） 煤氣總體積V總： V總= VC

3、O+ VN2+ VH22022-3-73 煤氣成分含量： CO=VCO/V總 100 （%） N2=VN2/V總 100 （%） H2=VH2/V總100 （%） 影響爐缸煤氣成分因素：富氧率、噴吹燃料種類及噴影響爐缸煤氣成分因素：富氧率、噴吹燃料種類及噴吹量、鼓風(fēng)濕度。吹量、鼓風(fēng)濕度。三、爐缸煤氣成分沿徑向分布情況2022-3-74 風(fēng)口前煤氣成分沿徑向變化情況 a經(jīng)典曲線； b現(xiàn)代強(qiáng)化高爐2022-3-75 第二節(jié)第二節(jié) 燃燒帶（回旋區(qū)）及其對冶煉影響燃燒帶（回旋區(qū)）及其對冶煉影響 Burning zone (whirl area) and its influence to smelt 一

4、、燃燒帶與回旋區(qū)基本概念 The basic conception of Burning zone and whirl area 燃燒帶：固體碳素被燃燒帶：固體碳素被O2或或CO2氧化的區(qū)氧化的區(qū)域，又稱氧化帶。域，又稱氧化帶。 燃燒帶大小確定燃燒帶大小確定：燃燒帶邊界應(yīng)由CO2消失時的位置來確定。因在實際中CO2完全消失距風(fēng)口很遠(yuǎn)，因此一般以CO2含量為12%的位置來確定燃燒帶大小。2022-3-76 回旋區(qū)：指焦炭在氣流作用下作循環(huán)運回旋區(qū)：指焦炭在氣流作用下作循環(huán)運動的區(qū)域。動的區(qū)域。 如圖所示，回旋區(qū)如圖所示，回旋區(qū)近似橢圓型空間，在此空間內(nèi)焦炭是在運動中 完成燃燒過程。 燃燒帶與回旋

5、區(qū)關(guān)系：燃燒帶比回旋區(qū)燃燒帶與回旋區(qū)關(guān)系：燃燒帶比回旋區(qū)大大（CO2大量消失是在回旋區(qū)之外），不過，燃燒帶大小主要取決于回旋區(qū)大小。2022-3-77 風(fēng)口前回旋區(qū)與徑向煤氣分布2022-3-78 二、燃燒帶（回旋區(qū)）大小對高爐冶煉二、燃燒帶（回旋區(qū)）大小對高爐冶煉影響影響 The size of burning zone (whirl area) making influence in BF smelt 爐缸工作均勻、活躍是高爐高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的重要基礎(chǔ)。 燃燒帶（回旋區(qū) ）對爐料和煤氣的運動和分布，對爐缸工作的均勻化和爐況順行都有很大影響。2022-3-791、對煤氣流分布的影響、對煤氣流

6、分布的影響 the influence on gass distribution 燃燒帶是高爐煤氣的發(fā)源地。燃燒帶的大小和分燃燒帶是高爐煤氣的發(fā)源地。燃燒帶的大小和分布決定著爐缸煤氣流的初始（一次）分布，也在布決定著爐缸煤氣流的初始（一次）分布，也在很大程度上決定或影響煤氣流在高爐內(nèi)的二次分很大程度上決定或影響煤氣流在高爐內(nèi)的二次分布（軟熔帶）和三次分布（爐喉）。布（軟熔帶）和三次分布（爐喉）。煤氣流分布合理，其能量利用充分，高爐順行。在冶煉條件一定時，一般擴(kuò)大燃燒帶，可使?fàn)t缸載面煤氣分布較為均勻，有較多的煤氣到達(dá)爐缸中心和相鄰風(fēng)口之間，有利爐缸工作均勻化。2022-3-710 但若燃燒帶過長

7、，則爐缸中心氣流過分發(fā)展，產(chǎn)生中心“過吹”； 若燃燒帶過短，則造成中心堆積，邊緣氣流過分發(fā)展。 以上兩種情況都使煤氣能量不能充分利用，后者還使?fàn)t襯過分沖刷，影響高爐壽命。2022-3-7112、對爐缸工作的影響、對爐缸工作的影響 Making the influence of hearth working爐缸工作均勻是指爐缸溫度分布均勻、合理，爐缸活躍，爐溫爐缸工作均勻是指爐缸溫度分布均勻、合理，爐缸活躍，爐溫充沛，生鐵質(zhì)量良好。是爐況順行的標(biāo)志之一。充沛，生鐵質(zhì)量良好。是爐況順行的標(biāo)志之一。爐缸工作是否均勻，首先取決于燃燒帶的大小和分布，即煤氣流的初始分布。燃燒帶的分布和大小主要由風(fēng)口數(shù)目、

8、直徑和每個風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)燃燒帶的分布和大小主要由風(fēng)口數(shù)目、直徑和每個風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量所決定。量所決定。2022-3-712 增加風(fēng)口數(shù)目，擴(kuò)大風(fēng)口直徑，可減小相鄰風(fēng)口間呆滯區(qū)，使?fàn)t缸圓周上煤氣和溫度分布均勻。 縮小風(fēng)口直徑或增加風(fēng)量，可使燃燒帶變長，氣流向中心發(fā)展。 燃燒帶向爐缸中心伸長，可發(fā)展中心氣流，爐缸中心溫度升高。 燃燒帶縮短，可發(fā)展邊緣氣流，邊緣溫度升高。2022-3-713 總之，適當(dāng)擴(kuò)大的燃燒帶，可保證爐缸工作的均勻化，總之，適當(dāng)擴(kuò)大的燃燒帶，可保證爐缸工作的均勻化，避免邊緣或中心堆積，從而保證生鐵質(zhì)量和高爐順行。避免邊緣或中心堆積，從而保證生鐵質(zhì)量和高爐順行。 3、對爐料下降的影響、對

9、爐料下降的影響 Making the influence of burden descent 燃料燃燒為爐料下降騰出了空間，在燃燒帶上方，爐料比較疏松，爐料下降最快。因此，適當(dāng)擴(kuò)大燃燒帶，可以縮小中心和邊緣爐料呆滯區(qū)，有利于爐料均勻順利下降。 由上可見，燃燒帶對高爐冶煉過程影響重大。2022-3-714 第三節(jié)第三節(jié) 燃燒帶（回旋區(qū)）大小的控制燃燒帶（回旋區(qū)）大小的控制 The size controlling of burning zone (whirl area) 燃燒帶大小控制是高爐下部調(diào)劑的理論基礎(chǔ)。 燃燒帶大小主要取決于鼓風(fēng)動能和爐料分布狀況。燃燒帶大小主要取決于鼓風(fēng)動能和爐料分布狀

10、況。 爐料分布影響主要表現(xiàn)在：爐缸中心料柱緊密時，燃燒帶縮短；爐缸料柱疏松時，燃燒帶伸長。2022-3-715 一、鼓風(fēng)動能與燃燒帶（回旋區(qū)）大小的關(guān)一、鼓風(fēng)動能與燃燒帶（回旋區(qū)）大小的關(guān)系系The relation of blast kinetic energy and burning zones (whirl area) size 鼓風(fēng)動能：是指鼓風(fēng)克服風(fēng)口區(qū)的各種阻力鼓風(fēng)動能：是指鼓風(fēng)克服風(fēng)口區(qū)的各種阻力向爐缸中心穿透的能力。向爐缸中心穿透的能力。 鼓風(fēng)動能（E）與回旋區(qū)長度或燃燒帶長度（L）基本成直線關(guān)系： L=0.0118E+0.77 （m）2022-3-716 在一定的冶煉條件下，

11、存在著一個適宜的鼓風(fēng)動能，在這個鼓風(fēng)動能下，獲得適宜的燃燒帶大小和合理的初始煤氣流分布，保證爐缸工作均勻活躍，高爐穩(wěn)定順行。 適宜的鼓風(fēng)動能主要與以下因素有關(guān)：適宜的鼓風(fēng)動能主要與以下因素有關(guān)： 1）冶煉強(qiáng)度：冶強(qiáng)低時，宜采用較大的鼓風(fēng)動能。 2）爐缸直徑d：d越大，為了保證爐缸工作均勻內(nèi)活躍，要求相應(yīng)有更大鼓風(fēng)動能。 3）爐缸中心料柱疏松程度。2022-3-717二、鼓風(fēng)動能（二、鼓風(fēng)動能（E）的計算）的計算 Calculate of blast kinetic energy(E)2022-3-718 三、影響鼓風(fēng)動能的因素三、影響鼓風(fēng)動能的因素 Influence factors of b

12、last kinetic energy 從以上計算公式可以看出，鼓風(fēng)動能E主要與風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓和風(fēng)口面積有關(guān)。 1、風(fēng)量：E與VO的三次方成正比，即風(fēng)量增加，E顯著增加。 2、風(fēng)溫：E與T的平方成正比。 3、風(fēng)壓：E與P的平方成反比，即P升高，E減小，燃燒帶縮短。 4、風(fēng)口面積S： E與S的平方成反比，當(dāng)風(fēng)量一定時，擴(kuò)大風(fēng)口直徑，鼓風(fēng)動能減小，燃燒帶縮短，中心氣流得到抑制而邊緣氣流發(fā)展。在實際生產(chǎn)中，使用不同風(fēng)口直徑的風(fēng)口，調(diào)整鼓風(fēng)動能，是控制燃燒帶的一個重要手段。 在噴吹燃料情況下，在噴吹燃料情況下，E與噴吹燃料狀況有很大關(guān)系。噴吹燃與噴吹燃料狀況有很大關(guān)系。噴吹燃料后，料后，E明顯增大，

13、因而燃燒帶擴(kuò)大。這是因為噴吹燃料有明顯增大，因而燃燒帶擴(kuò)大。這是因為噴吹燃料有一部分在風(fēng)口內(nèi)燃燒，使溫度升高，體積增加。一部分在風(fēng)口內(nèi)燃燒，使溫度升高，體積增加。2022-3-719 第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)口前理論燃燒溫度風(fēng)口前理論燃燒溫度 Raceway theory flame temperature一、理論燃燒溫度及其計算一、理論燃燒溫度及其計算 Theory flame temperature and its calculate理論燃燒溫度：理論燃燒溫度：是指在與周圍環(huán)境絕熱的條件下，所有由燃料和鼓風(fēng)帶入是指在與周圍環(huán)境絕熱的條件下，所有由燃料和鼓風(fēng)帶入的物理熱以及碳素燃燒放出的化學(xué)熱，全部

14、傳給燃燒產(chǎn)物（爐缸煤氣）時，的物理熱以及碳素燃燒放出的化學(xué)熱，全部傳給燃燒產(chǎn)物（爐缸煤氣）時，煤氣所能達(dá)到的溫度。煤氣所能達(dá)到的溫度。根據(jù)定義，理論燃燒溫度t理的計算公式為 t理理=（QC+Q風(fēng)風(fēng)+Q燃燃Q水水Q分分）/V.CP上式中，QC風(fēng)口區(qū)碳素燃燒成CO放出熱量，KJ/T-P； Q風(fēng)鼓風(fēng)帶入物理熱，KJ/T-P； Q燃燃料（焦炭）帶入物理熱，KJ/T-P； Q水鼓風(fēng)和噴吹燃料中水分分解熱，KJ/T-P； Q分噴吹燃料分解熱，KJ/T-P； V煤氣體積，m3/T-P； CP煤氣平均熱容量，KJ/m3.2022-3-720 由理論燃燒溫度定義： 理論燃燒溫度高，表明同樣體積煤氣具有較多熱量傳

15、給爐料，有利爐料加熱。 但理論燃燒溫度過高，將引起煤氣體積膨脹，增大了對料柱的阻力，同時也會引起SiO大量揮發(fā)，不利高爐順行。 理論燃燒溫度過低，不利爐料加熱，特別在噴吹燃料情況下，將影響噴吹燃料效果。2022-3-721二、影響理論燃燒溫度的因素二、影響理論燃燒溫度的因素 Influence factors of theory flame temperature 影響理論燃燒溫度的主要因素：風(fēng)溫、富氧程度、鼓風(fēng)濕度、影響理論燃燒溫度的主要因素：風(fēng)溫、富氧程度、鼓風(fēng)濕度、噴吹燃料量及噴吹燃料種類。噴吹燃料量及噴吹燃料種類。理論燃燒溫度不等于燃燒溫度，要比燃燒焦點溫度低。理論燃燒溫度不等于燃燒溫

16、度，要比燃燒焦點溫度低。理論燃燒溫度與爐缸溫度有一定關(guān)系，但不是嚴(yán)格的依存關(guān)系，理論燃燒溫度與爐缸溫度有一定關(guān)系，但不是嚴(yán)格的依存關(guān)系，因此，理論燃燒溫度不能作為爐溫的標(biāo)志，但它仍是高爐操作因此，理論燃燒溫度不能作為爐溫的標(biāo)志，但它仍是高爐操作特別是噴吹時的重要參數(shù)之一。特別是噴吹時的重要參數(shù)之一。2022-3-722 第五節(jié)第五節(jié) 噴吹燃料在風(fēng)口前燃燒噴吹燃料在風(fēng)口前燃燒 The burning of injection fuel at tuyere 一、燃燒反應(yīng)一、燃燒反應(yīng) Burning reaction 噴吹燃料：氣體燃料（天然氣）、液體噴吹燃料：氣體燃料（天然氣）、液體燃料（重油）、

17、燃料（重油）、 固體燃料（煤粉）。固體燃料（煤粉）。 氣體燃料：如天然氣，以氣體燃料：如天然氣，以CH4為主。為主。在高溫下先分解后燃燒。 CH4 = C + 2H2 Q2022-3-723 分解出C、H2與O2反應(yīng)生成CO2、H2O，并和未分解CH4以及焦炭中C反應(yīng)，最終形成CO和H2。 液體燃料液體燃料：主要為重油，其成分為CnH2n+2。燃燒過程分三個階段：先蒸發(fā)氣化、分解和燃燒，最終生成CO、H2。 固體燃料：固體燃料：如煤粉，燃燒分為三個階段：加熱和揮發(fā)份氣化、揮發(fā)份著火燃燒、固體C燃燒。2022-3-724 噴吹燃料燃燒基本特點：噴吹燃料燃燒基本特點： 1、燃燒產(chǎn)物為、燃燒產(chǎn)物為CO、H2，并提供熱量，是降，并提供熱量，是降焦的主要途徑。焦的主要途徑。 2、因分解吸熱，、因分解吸熱，H/C比值越高，分解熱越大，比值越高，分解熱越大，故燃燒放熱較少（與焦炭比）。故燃燒放熱較少（與焦炭比）。 3、噴吹燃料帶入到風(fēng)口前的物理熱少（與、噴吹燃料帶入到風(fēng)口前的物理熱少（與焦炭比）。焦炭比）。 4、由于風(fēng)速在、由于風(fēng)速在100m/S以上，因此噴吹燃料以上，因此噴吹燃料需在很短時間內(nèi)完成燃燒，否則會被氣流