风口前燃料燃烧

1、2022-3-71第三章 风口前燃料燃烧与炉缸工作Chapter 6 Fuel burning on the front of tuyeres and hearth task风口前燃料燃烧作用：1）提供热能；2）提供气体还原剂；3）提供炉料下降空间。第一节第一节 风口前燃料燃烧反应风口前燃料燃烧反应 ( Fuel burning on the front of tuyeres )一、燃烧反应一、燃烧反应 Burning reaction特点：在空气量一定而存在过剩碳的条件下进行的。特点：在空气量一定而存在过剩碳的条件下进行的。燃烧反应式： C焦+O2=CO2+395KJ/mol 2C+O2=2

2、CO+114.4KJ/mol由于炉缸存在过剩C且在高温下进行，因此反应生成CO2最终会生成CO： CO2+C焦=2CO 166.2KJ/mol2022-3-72 因为鼓风中含有一定水分： H2O+C=H2+CO133.1KJ/mol 因此，风口前燃烧的最终产物为CO、H2，以及鼓风中N2。 二、炉缸煤气成分二、炉缸煤气成分 gas component in hearth 设鼓风中湿度为f（体积百分数），则炉缸煤气成分（以100立方米鼓风量计算）： VCO=（100f）0.21+0.5f 2 （米3） VN2=（100f） 0.79 （米3） VH2=f （米3） 煤气总体积V总： V总= VC

3、O+ VN2+ VH22022-3-73 煤气成分含量： CO=VCO/V总 100 （%） N2=VN2/V总 100 （%） H2=VH2/V总100 （%） 影响炉缸煤气成分因素：富氧率、喷吹燃料种类及喷影响炉缸煤气成分因素：富氧率、喷吹燃料种类及喷吹量、鼓风湿度。吹量、鼓风湿度。三、炉缸煤气成分沿径向分布情况2022-3-74 风口前煤气成分沿径向变化情况 a经典曲线； b现代强化高炉2022-3-75 第二节第二节 燃烧带（回旋区）及其对冶炼影响燃烧带（回旋区）及其对冶炼影响 Burning zone (whirl area) and its influence to smelt 一

4、、燃烧带与回旋区基本概念 The basic conception of Burning zone and whirl area 燃烧带：固体碳素被燃烧带：固体碳素被O2或或CO2氧化的区氧化的区域，又称氧化带。域，又称氧化带。 燃烧带大小确定燃烧带大小确定：燃烧带边界应由CO2消失时的位置来确定。因在实际中CO2完全消失距风口很远，因此一般以CO2含量为12%的位置来确定燃烧带大小。2022-3-76 回旋区：指焦炭在气流作用下作循环运回旋区：指焦炭在气流作用下作循环运动的区域。动的区域。 如图所示，回旋区如图所示，回旋区近似椭圆型空间，在此空间内焦炭是在运动中 完成燃烧过程。 燃烧带与回旋

5、区关系：燃烧带比回旋区燃烧带与回旋区关系：燃烧带比回旋区大大（CO2大量消失是在回旋区之外），不过，燃烧带大小主要取决于回旋区大小。2022-3-77 风口前回旋区与径向煤气分布2022-3-78 二、燃烧带（回旋区）大小对高炉冶炼二、燃烧带（回旋区）大小对高炉冶炼影响影响 The size of burning zone (whirl area) making influence in BF smelt 炉缸工作均匀、活跃是高炉高产、优质、低耗的重要基础。 燃烧带（回旋区 ）对炉料和煤气的运动和分布，对炉缸工作的均匀化和炉况顺行都有很大影响。2022-3-791、对煤气流分布的影响、对煤气流

6、分布的影响 the influence on gass distribution 燃烧带是高炉煤气的发源地。燃烧带的大小和分燃烧带是高炉煤气的发源地。燃烧带的大小和分布决定着炉缸煤气流的初始（一次）分布，也在布决定着炉缸煤气流的初始（一次）分布，也在很大程度上决定或影响煤气流在高炉内的二次分很大程度上决定或影响煤气流在高炉内的二次分布（软熔带）和三次分布（炉喉）。布（软熔带）和三次分布（炉喉）。煤气流分布合理，其能量利用充分，高炉顺行。在冶炼条件一定时，一般扩大燃烧带，可使炉缸载面煤气分布较为均匀，有较多的煤气到达炉缸中心和相邻风口之间，有利炉缸工作均匀化。2022-3-710 但若燃烧带过长

7、，则炉缸中心气流过分发展，产生中心“过吹”； 若燃烧带过短，则造成中心堆积，边缘气流过分发展。 以上两种情况都使煤气能量不能充分利用，后者还使炉衬过分冲刷，影响高炉寿命。2022-3-7112、对炉缸工作的影响、对炉缸工作的影响 Making the influence of hearth working炉缸工作均匀是指炉缸温度分布均匀、合理，炉缸活跃，炉温炉缸工作均匀是指炉缸温度分布均匀、合理，炉缸活跃，炉温充沛，生铁质量良好。是炉况顺行的标志之一。充沛，生铁质量良好。是炉况顺行的标志之一。炉缸工作是否均匀，首先取决于燃烧带的大小和分布，即煤气流的初始分布。燃烧带的分布和大小主要由风口数目、

8、直径和每个风口的进风燃烧带的分布和大小主要由风口数目、直径和每个风口的进风量所决定。量所决定。2022-3-712 增加风口数目，扩大风口直径，可减小相邻风口间呆滞区，使炉缸圆周上煤气和温度分布均匀。 缩小风口直径或增加风量，可使燃烧带变长，气流向中心发展。 燃烧带向炉缸中心伸长，可发展中心气流，炉缸中心温度升高。 燃烧带缩短，可发展边缘气流，边缘温度升高。2022-3-713 总之，适当扩大的燃烧带，可保证炉缸工作的均匀化，总之，适当扩大的燃烧带，可保证炉缸工作的均匀化，避免边缘或中心堆积，从而保证生铁质量和高炉顺行。避免边缘或中心堆积，从而保证生铁质量和高炉顺行。 3、对炉料下降的影响、对

9、炉料下降的影响 Making the influence of burden descent 燃料燃烧为炉料下降腾出了空间，在燃烧带上方，炉料比较疏松，炉料下降最快。因此，适当扩大燃烧带，可以缩小中心和边缘炉料呆滞区，有利于炉料均匀顺利下降。 由上可见，燃烧带对高炉冶炼过程影响重大。2022-3-714 第三节第三节 燃烧带（回旋区）大小的控制燃烧带（回旋区）大小的控制 The size controlling of burning zone (whirl area) 燃烧带大小控制是高炉下部调剂的理论基础。 燃烧带大小主要取决于鼓风动能和炉料分布状况。燃烧带大小主要取决于鼓风动能和炉料分布状

10、况。 炉料分布影响主要表现在：炉缸中心料柱紧密时，燃烧带缩短；炉缸料柱疏松时，燃烧带伸长。2022-3-715 一、鼓风动能与燃烧带（回旋区）大小的关一、鼓风动能与燃烧带（回旋区）大小的关系系The relation of blast kinetic energy and burning zones (whirl area) size 鼓风动能：是指鼓风克服风口区的各种阻力鼓风动能：是指鼓风克服风口区的各种阻力向炉缸中心穿透的能力。向炉缸中心穿透的能力。 鼓风动能（E）与回旋区长度或燃烧带长度（L）基本成直线关系： L=0.0118E+0.77 （m）2022-3-716 在一定的冶炼条件下，

11、存在着一个适宜的鼓风动能，在这个鼓风动能下，获得适宜的燃烧带大小和合理的初始煤气流分布，保证炉缸工作均匀活跃，高炉稳定顺行。 适宜的鼓风动能主要与以下因素有关：适宜的鼓风动能主要与以下因素有关： 1）冶炼强度：冶强低时，宜采用较大的鼓风动能。 2）炉缸直径d：d越大，为了保证炉缸工作均匀内活跃，要求相应有更大鼓风动能。 3）炉缸中心料柱疏松程度。2022-3-717二、鼓风动能（二、鼓风动能（E）的计算）的计算 Calculate of blast kinetic energy(E)2022-3-718 三、影响鼓风动能的因素三、影响鼓风动能的因素 Influence factors of b

12、last kinetic energy 从以上计算公式可以看出，鼓风动能E主要与风量、风温、风压和风口面积有关。 1、风量：E与VO的三次方成正比，即风量增加，E显著增加。 2、风温：E与T的平方成正比。 3、风压：E与P的平方成反比，即P升高，E减小，燃烧带缩短。 4、风口面积S： E与S的平方成反比，当风量一定时，扩大风口直径，鼓风动能减小，燃烧带缩短，中心气流得到抑制而边缘气流发展。在实际生产中，使用不同风口直径的风口，调整鼓风动能，是控制燃烧带的一个重要手段。 在喷吹燃料情况下，在喷吹燃料情况下，E与喷吹燃料状况有很大关系。喷吹燃与喷吹燃料状况有很大关系。喷吹燃料后，料后，E明显增大，

13、因而燃烧带扩大。这是因为喷吹燃料有明显增大，因而燃烧带扩大。这是因为喷吹燃料有一部分在风口内燃烧，使温度升高，体积增加。一部分在风口内燃烧，使温度升高，体积增加。2022-3-719 第四节第四节 风口前理论燃烧温度风口前理论燃烧温度 Raceway theory flame temperature一、理论燃烧温度及其计算一、理论燃烧温度及其计算 Theory flame temperature and its calculate理论燃烧温度：理论燃烧温度：是指在与周围环境绝热的条件下，所有由燃料和鼓风带入是指在与周围环境绝热的条件下，所有由燃料和鼓风带入的物理热以及碳素燃烧放出的化学热，全部

14、传给燃烧产物（炉缸煤气）时，的物理热以及碳素燃烧放出的化学热，全部传给燃烧产物（炉缸煤气）时，煤气所能达到的温度。煤气所能达到的温度。根据定义，理论燃烧温度t理的计算公式为 t理理=（QC+Q风风+Q燃燃Q水水Q分分）/V.CP上式中，QC风口区碳素燃烧成CO放出热量，KJ/T-P； Q风鼓风带入物理热，KJ/T-P； Q燃燃料（焦炭）带入物理热，KJ/T-P； Q水鼓风和喷吹燃料中水分分解热，KJ/T-P； Q分喷吹燃料分解热，KJ/T-P； V煤气体积，m3/T-P； CP煤气平均热容量，KJ/m3.2022-3-720 由理论燃烧温度定义： 理论燃烧温度高，表明同样体积煤气具有较多热量传

15、给炉料，有利炉料加热。 但理论燃烧温度过高，将引起煤气体积膨胀，增大了对料柱的阻力，同时也会引起SiO大量挥发，不利高炉顺行。 理论燃烧温度过低，不利炉料加热，特别在喷吹燃料情况下，将影响喷吹燃料效果。2022-3-721二、影响理论燃烧温度的因素二、影响理论燃烧温度的因素 Influence factors of theory flame temperature 影响理论燃烧温度的主要因素：风温、富氧程度、鼓风湿度、影响理论燃烧温度的主要因素：风温、富氧程度、鼓风湿度、喷吹燃料量及喷吹燃料种类。喷吹燃料量及喷吹燃料种类。理论燃烧温度不等于燃烧温度，要比燃烧焦点温度低。理论燃烧温度不等于燃烧温

16、度，要比燃烧焦点温度低。理论燃烧温度与炉缸温度有一定关系，但不是严格的依存关系，理论燃烧温度与炉缸温度有一定关系，但不是严格的依存关系，因此，理论燃烧温度不能作为炉温的标志，但它仍是高炉操作因此，理论燃烧温度不能作为炉温的标志，但它仍是高炉操作特别是喷吹时的重要参数之一。特别是喷吹时的重要参数之一。2022-3-722 第五节第五节 喷吹燃料在风口前燃烧喷吹燃料在风口前燃烧 The burning of injection fuel at tuyere 一、燃烧反应一、燃烧反应 Burning reaction 喷吹燃料：气体燃料（天然气）、液体喷吹燃料：气体燃料（天然气）、液体燃料（重油）、

17、燃料（重油）、 固体燃料（煤粉）。固体燃料（煤粉）。 气体燃料：如天然气，以气体燃料：如天然气，以CH4为主。为主。在高温下先分解后燃烧。 CH4 = C + 2H2 Q2022-3-723 分解出C、H2与O2反应生成CO2、H2O，并和未分解CH4以及焦炭中C反应，最终形成CO和H2。 液体燃料液体燃料：主要为重油，其成分为CnH2n+2。燃烧过程分三个阶段：先蒸发气化、分解和燃烧，最终生成CO、H2。 固体燃料：固体燃料：如煤粉，燃烧分为三个阶段：加热和挥发份气化、挥发份着火燃烧、固体C燃烧。2022-3-724 喷吹燃料燃烧基本特点：喷吹燃料燃烧基本特点： 1、燃烧产物为、燃烧产物为CO、H2，并提供热量，是降，并提供热量，是降焦的主要途径。焦的主要途径。 2、因分解吸热，、因分解吸热，H/C比值越高，分解热越大，比值越高，分解热越大，故燃烧放热较少（与焦炭比）。故燃烧放热较少（与焦炭比）。 3、喷吹燃料带入到风口前的物理热少（与、喷吹燃料带入到风口前的物理热少（与焦炭比）。焦炭比）。 4、由于风速在、由于风速在100m/S以上，因此喷吹燃料以上，因此喷吹燃料需在很短时间内完成燃烧，否则会被气流