煤气燃烧对火焰高度影响的研究.doc

煤气燃烧对火焰高度影响的研究王晓婷 严文福（安徽工业大学，马鞍111 243002）1 煤气燃烧1.1煤气的燃烧过程煤气的燃烧过程分为3个阶段一是煤气和空气的混合，属于物理过程，需要 消耗一定的动力和时间来完成；二是将可燃混合物加热至着火温度；三是可燃物与 氧发生化学反应进行连续稳定的燃烧，动力学化学过程决定于反应物的浓度并与温 度冇关燃烧是一个复杂的物理化学过程，而当可燃物和氧已经加热到着火温度时, 化学反应进行得快，这时混合过程起决定因素1.2煤气燃烧的分类煤气燃烧有两种方式，即动力燃烧和扩散燃烧1） 动力燃烧（无焰燃烧）可分为两个阶段，即煤气和空气均匀混合后在燃 烧室燃烧该法燃烧速度快、燃烧完全、火焰短且集中、温度高通常加热炉和锅 炉等均采用此方式2） 扩散燃烧（有焰燃烧）煤气和空气分别送入燃烧室，在对流扩散的作 用下边混合边燃烧由丁•燃烧室温度高，故可燃混合物加热到着火温度并进行燃烧, 化学反应是在瞬间进行的，因而煤气的燃烧速度取决于可燃物与空气分了相互接触 的物理过程（边混合边燃烧）该法火焰长、温度均匀，焦炉立火道中煤气的燃烧 过程就是典型的同轴流扩散燃烧这有利于焦饼高向加热的均匀性和降低能耗。

2 焦炉立火道内燃烧火焰高度的计算根据扩散燃烧动力学的反应物质量衡算，扩散燃烧火焰高度可用下式计算:畑2 \心r \ • nr W■o rsin^re式中的y为火焰高度，rn； 5为煤气中可燃成分初始浓度，%； C2为空气中氧的初始浓度，％; i为每一份可燃气体所需的理论氧量（由燃烧反应表得到）；r 为煤气流的当量半径（烧嘴半径），由设计图纸查得，取0.025m; Ro为立火道当量 半径，m; W为气体流速,m/s ; K为扩散系数,m2/s; c0=Ci+（c2/i）2.1高炉煤气火焰高度的计算分了的方均根速率:=1 184m/sa/SKT /9x014 5x1 923V irM 3.14x29.046x10-3分子平均自由程叫1, KpT= 138x10-^x1 923 VT x3J4x7.4x 10\(13^1010)2 =4.31xl0-7m扩散系数：K 二 15\禺鼻•入=15x1 184x43 lx IO7V ttM=7.65x10 m?/sec式中的T为废气绝对温度，K; M为高炉煤气的平均分了量，计算得到为 29. 046X 10-3kg/mol; R为理想气体常数；d为分子冇效直径，m; P为高炉煤气压 力，Pa; Ko为玻耳兹曼常数,1.38X1023J/Ko（1）无废气循环时火焰高度的计算co 二Ci+^/i)二0. 309+(0. 21/0. 1545)=1. 668W=0. 434/1.5=0. 289 m/s式中的0.434为冇废气循环时废气的流速，m/s ; 1.5为废气循环量，是废气量的L5倍。

hlfi it i 0・2] 0.025 |2 ()」54 5x1.668 0.212sinO.O25tt"212 *尸 2.77m2）有废气循坏时火焰胡度计算cF0309/15=0206心吟7206+巖亍1.565W=0.434ni/s将数据代入公式计算可得：y=4.23叽2.2焦炉煤气火焰高度的计算K= 15僧匸.A= 15x伸巫IE】」92] % V ttM V 3.14x10.81 IxlO34.31xlO-7=12.55x!O-W/sec式中的M为焦炉煤气的平均分子量,10.811X10-3kg/mol o(1)无废气循环时火焰高度的计算co =c】+(C2/i)=0・ 924+(0. 21/0. 9183)=1. 153W=0. 434/1.5=0. 289 m/sh! i n I 0a21 0.025-2 0.918 3x1.153 0.212=sinO.O25ir 2】2y=l・61m(2) 有废气循环时的火焰高度ct= 0. 924/1. 5=0. 616co 二Ci+^/i)二0. 616+(0. 21/0. 9183)=0. 845W=0. 434 m/s将数据代入公式计算可得：y二2. 94m。

通过上述两组数据，可以明显发现，两种不同加热煤气的火焰高度不同，同时 废气循环，通过改变气体流速和可燃成分含量的变化，也可明显影响火焰高度3 影响焦炉高向加热的因素分析炭化室向高度方向发展是实现焦炉大型化的主要标志，特大型7. 63m焦炉在我 国已有多座投产，因此解决焦炉高向加热更为重要这对焦饼的均匀成熟、捉高焦 炭强度和块度、降低推焦电流与炼焦耗热量均十分重耍，以卜•从两方面加以分析 3.1从炉体结构设计上解决焦炉高向加热(1) 采用废气循环上述计算表明，采用废气循环不论高炉煤气或焦炉煤气 加热均可大幅拉长火焰，以改善焦炉的高向加热2) 采用分段加热7. 63m焦炉采用此结构，空气分段进入立火道，使混合 过程减慢而拉长火焰3) 采用高低灯头4. 3m以上焦炉均采用此结构，这使燃烧点上移而拉长火 焰，同时由于喷嘴直径缩小而提高了喷射力，使废气循环量加大而拉长火焰4） 选择适宜加热水平这方而走过不少弯路，尚需继续研究如6m大容积 焦炉冃而加热水平为900nini,但炉顶空间温度过高，结石墨严重等5） 立火道当量半径立火道当量半径增人可以增加扩散所需的时间，从而 增加火焰高度，但同时也会降低气体流速，从而降低对火焰长度的影响。

3.2从操作上分析影响火焰高度的因素（1） 扩散系数扩散系数越大，火焰高度就越短，呈反比关系同时，K-1/M05 （M为燃料平均分了量），高炉煤气中主耍含CO,分了量大，扩散系数小，火焰高 度长，而焦炉煤气中主要含氢气和甲烷，分子量较小，故扩散系数大，火焰高度短2） 可燃成分的初始浓度可燃成分初始浓度与火焰高度呈反比关系，在高 炉煤气中，惰性成分含量高，可燃成分少，火焰高度长在实际生产中，采用煤气 贫化及废气循环就是利用这个原理，使可燃成分的初始浓度降低，从而增加火焰高 度3） 气体流速煤气和空气在斜道口或烧嘴处以层流状态流出，废气在立火 道中的流动也是层流因此，焦炉火道中煤气和空气的燃烧属于层流状态下的扩散 燃烧，故当气体流速加快，空气和煤气混合速度减慢时，火焰高度就拉长4） 空气系数空气系数降低，氧供应减少，致使燃烧速度因氧的减少1何下 降，而使火焰拉长故可控制不同空气系数来调节焦饼沿高向加热的均匀性5） 缩短周转时间缩短周转时间可使单位时间内供入煤气与空气量增加， 使气流速度增加，混合速度减慢而使火焰拉长4 结论1） 焦炉立火道内煤气燃烧是在层流条件下的扩散燃烧，扩散燃烧可以拉长火 焰，有利于改善焦炉高向加热，对提高焦炭质量和降低能耗均有利。

2） 首次运用扩散燃烧火焰高度的计算公式对两种不同加热煤气与冇无废气循 环对火焰高度的影响进行计算与分析比较3） 从焦炉结构和操作两方面分析影响火焰高度的因索，以改善焦炉高向加热201010212）。