第六章 風(fēng)口前燃料燃燒與爐缸工作

第六章風(fēng)口前燃料燃燒與爐缸工作風(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)風(fēng)口前燃料燃燒反應(yīng)一、燃燒反應(yīng)特點(diǎn)：在空氣量一定而存在過(guò)剩碳的條件下進(jìn)行的。燃燒反應(yīng)式：

C焦+O2=CO2+395KJ/mol2C+O2=2CO+114.4KJ/mol由于爐缸存在過(guò)剩C且在高溫下進(jìn)行，因此反應(yīng)生成CO2最終會(huì)生成CO：CO2+C焦=2CO—166.2KJ/mol2/4/20231因?yàn)楣娘L(fēng)中含有一定水分：

H2O+C=H2+CO—133.1KJ/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(jì)算）：

VCO=[（100—f）×0.21+0.5f]×2（米3）

VN2=（100—f）×0.79（米3）

VH2=f（米3）煤氣總體積V總：

V總=VCO+VN2+VH22/4/20232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(lèi)及噴吹量、鼓風(fēng)濕度。三、爐缸煤氣成分沿徑向分布情況2/4/20233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2/4/20234第二節(jié)燃燒帶（回旋區(qū)）及其對(duì)冶煉影響一、燃燒帶與回旋區(qū)基本概念燃燒帶：固體碳素被O2或CO2氧化的區(qū)域，又稱(chēng)氧化帶。燃燒帶大小確定：燃燒帶邊界應(yīng)由CO2消失時(shí)的位置來(lái)確定。因在實(shí)際中CO2完全消失距風(fēng)口很遠(yuǎn)，因此一般以CO2含量為1~2%的位置來(lái)確定燃燒帶大小。回旋區(qū)：指焦炭在氣流作用下作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。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(yùn)動(dòng)中完成燃燒過(guò)程。燃燒帶與回旋區(qū)關(guān)系：燃燒帶比回旋區(qū)大（CO2大量消失是在回旋區(qū)之外），不過(guò)，燃燒帶大小主要取決于回旋區(qū)大小。2/4/20235風(fēng)口前回旋區(qū)與徑向煤氣分布2/4/20236二、燃燒帶（回旋區(qū)）大小對(duì)高爐冶煉影響爐缸工作均勻、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(duì)爐料和煤氣的運(yùn)動(dòng)和分布，對(duì)爐缸工作的均勻化和爐況順行都有很大影響。1、對(duì)煤氣流分布的影響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）。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(shí)，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。2/4/20237但若燃燒帶過(guò)長(zhǎng)，則爐缸中心氣流過(guò)分發(fā)展，產(chǎn)生中心“過(guò)吹”；若燃燒帶過(guò)短，則造成中心堆積，邊緣氣流過(guò)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(guò)分沖刷，影響高爐壽命。2、對(duì)爐缸工作的影響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。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、直徑和每個(gè)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量所決定。2/4/20238

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?？s小風(fēng)口直徑或增加風(fēng)量，可使燃燒帶變長(zhǎng)，氣流向中心發(fā)展。燃燒帶向爐缸中心伸長(zhǎng)，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。2/4/20239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。3、對(duì)爐料下降的影響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(jiàn)，燃燒帶對(duì)高爐冶煉過(guò)程影響重大。第三節(jié)燃燒帶（回旋區(qū)）大小的控制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(dòng)能和爐料分布狀況。爐料分布影響主要表現(xiàn)在：爐缸中心料柱緊密時(shí)，燃燒帶縮短；爐缸料柱疏松時(shí)，燃燒帶伸長(zhǎng)。2/4/202310一、鼓風(fēng)動(dòng)能與燃燒帶（回旋區(qū)）大小的關(guān)系鼓風(fēng)動(dòng)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。鼓風(fēng)動(dòng)能（E）與回旋區(qū)長(zhǎng)度或燃燒帶長(zhǎng)度（L）基本成直線關(guān)系：

L=0.0118E+0.77（m）在一定的冶煉條件下，存在著一個(gè)適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能，在這個(gè)鼓風(fēng)動(dòng)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(dòng)能主要與以下因素有關(guān)：1）冶煉強(qiáng)度：冶強(qiáng)低時(shí)，宜采用較大的鼓風(fēng)動(dòng)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(dòng)能。3）爐缸中心料柱疏松程度。2/4/202311二、鼓風(fēng)動(dòng)能（E）的計(jì)算2/4/202312三、影響鼓風(fēng)動(dòng)能的因素從以上計(jì)算公式可以看出，鼓風(fēng)動(dòng)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(shí)，擴(kuò)大風(fēng)口直徑，鼓風(fēng)動(dòng)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(shí)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(dòng)能，是控制燃燒帶的一個(gè)重要手段。在噴吹燃料情況下，E與噴吹燃料狀況有很大關(guān)系。噴吹燃料后，E明顯增大，因而燃燒帶擴(kuò)大。這是因?yàn)閲姶等剂嫌幸徊糠衷陲L(fēng)口內(nèi)燃燒，使溫度升高，體積增加。2/4/202313第四節(jié)風(fēng)口前理論燃燒溫度一、理論燃燒溫度及其計(jì)算理論燃燒溫度：是指在與周?chē)h(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，全部傳給燃燒產(chǎn)物（爐缸煤氣）時(shí)，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(jì)算公式為

t理=（QC+Q風(fēng)+Q燃—Q水—Q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.℃2/4/202314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給爐料，有利爐料加熱。但理論燃燒溫度過(guò)高，將引起煤氣體積膨脹，增大了對(duì)料柱的阻力，同時(shí)也會(huì)引起SiO大量揮發(fā)，不利高爐順行。理論燃燒溫度過(guò)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。二、影響理論燃燒溫度的因素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(lèi)。理論燃燒溫度不等于燃燒溫度，要比燃燒焦點(diǎn)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，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(shí)的重要參數(shù)之一。2/4/202315第五節(jié)噴吹燃料在風(fēng)口前燃燒一、燃燒反應(yīng)噴吹燃料：氣體燃料（天然氣）、液體燃料（重油）、固體燃料（煤粉）。氣體燃料：如天然氣，以CH4為主。在高溫下先分解后燃燒。

CH4=C+2H2—Q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：主要為重油，其成分為CnH2n+2。燃燒過(guò)程分三個(gè)階段：先蒸發(fā)氣化、分解和燃燒，最終生成CO、H2。固體燃料：如煤粉，燃燒分為三個(gè)階段：加熱和揮發(fā)份氣化、揮發(fā)份著火燃燒、固體C燃燒。2/4/202316噴吹燃料燃燒基本特點(diǎn)：1、燃燒產(chǎn)物為CO、H2，并提供熱量，是降焦的主要途徑。2、因分解吸熱，H/C比值越高，分解熱越大，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