第八章.焦炉内煤气燃烧.ppt

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第十一章第十一章炼焦炉内煤气的燃烧及热工评定炼焦炉内煤气的燃烧及热工评定一、几种煤气的组成一、几种煤气的组成第一节第一节炼焦炉加热用煤气炼焦炉加热用煤气当设计焦炉进行热工计算时，煤气的组成必须确定，因此规当设计焦炉进行热工计算时，煤气的组成必须确定，因此规定热工计算时煤气的组成如下表所示：

定热工计算时煤气的组成如下表所示：

热工计算用煤气组成热工计算用煤气组成名称名称组成（体积组成（体积%）低热值低热值KJ/nM3H2CH4COCmHnCO2N2O2焦炉煤气焦炉煤气59.525.56.02.22.44.00.417900大型高炉煤大型高炉煤气气1.50.226.813.957.20.436400中型高炉煤中型高炉煤气气2.70.228.011.057.80.339200发生炉煤气发生炉煤气9.01.0528.05.156.450.449100以上两表中的煤气组成均为干基（干煤气），而煤以上两表中的煤气组成均为干基（干煤气），而煤气一般都是被水饱和的，进行各种计算时，必须考虑煤气一般都是被水饱和的，进行各种计算时，必须考虑煤气中的水分含量，并以下式进行换算：

气中的水分含量，并以下式进行换算：

X湿湿=X干干/（1+M干干），），%或者：

或者：

X干干=X湿湿/（1-M湿湿），），%式中：

式中：

X干干、X湿湿干、湿基煤气组成，干、湿基煤气组成，%M干干、M湿湿干、湿基煤气的水分含量，干、湿基煤气的水分含量，m3/m3，其数值由下表查取。

其数值由下表查取。

如如焦焦炉炉煤煤气气的的饱饱和和温温度度为为20，由由表表6-2查查得得1m3干干煤煤气气在在20oC时时的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽含含量量为为0.0236m3m3，则则湿湿煤煤气气中中组组分分的含量以氢为例可换算如下：

的含量以氢为例可换算如下：

由此方法将表由此方法将表6-2干煤气组成换算成表干煤气组成换算成表6-4湿煤气组成。

湿煤气组成。

气气体体燃燃料料的的发发热热值值是是指指单单位位体体积积的的气气体体完完全全燃燃烧烧时时所所放放出出的的热热量量（kgkgmm33）。

燃燃烧烧产产物物中中水水的的状状态态不不同同时时，发发热热值值有有高高低低之之分分。

燃燃烧烧产产物物中中水水蒸蒸汽汽冷冷凝凝，呈呈00液液态态水水时时的的发发热热值值称称为为高高发发热热值值（QQ高高），燃燃烧烧产产物物中水呈汽态时的发热值称为低发热值中水呈汽态时的发热值称为低发热值（QQ低低）。

各各种种气气体体燃燃料料的的发发热热值值可可用用仪仪器器直直接接测测定定，也也可可以以根根据据其其组组成成按按加和法进行计算。

加和法进行计算。

二、煤气的发热值二、煤气的发热值煤气中各可燃成分的低发热值煤气中各可燃成分的低发热值（kJkJmm33）为：

为：

COCO1272812728；HH221084410844；CC22HH443584035840；CCmmHHnn7117971179。

按按焦焦炉炉煤煤气气的的组组成成及及上上述述数数据据，可可计计算算焦焦炉炉煤煤气气的的低低发发热值：

热值：

=17920=17920kJ/mkJ/m33由由于于焦焦炉炉煤煤气气可可燃燃成成分分多多，且且含含有有大大量量发发热热值值高高的的CHCH44，其发热值约为高炉煤气的其发热值约为高炉煤气的55倍。

倍。

煤煤气气的的密密度度是是指指每每立立方方米米煤煤气气的的质质量量，记记为为（kg（kgmm33），每每mm33煤煤气气在在标标准准状状态态下下的的密密度度则则记记为为00。

它它和和其其它它混混合合气气体体一一样样，可可以以根根据据组成按加和法计算。

组成按加和法计算。

标准状态下煤气的密度可按煤气组成用加和性计算：

标准状态下煤气的密度可按煤气组成用加和性计算：

0=0.01MiXi/22.40=0.01MiXi/22.4，kg/m3kg/m3式中：

式中：

MiMi煤气中煤气中ii成分的分子量；成分的分子量；XiXi煤气中煤气中ii成分的体积成分的体积%。

三、煤气的密度三、煤气的密度按表按表6-26-2所列焦炉煤气的组成计算其密度为：

所列焦炉煤气的组成计算其密度为：

OO=0.451kg0.451kgmm33式式中中22、1616、2828分分别别为为HH22、CHCH44、COCO的的分分子子量量，CCmmHHnn中中按按8080的的CC22HH44和和2020CC66HH66计算。

计算。

饱和温度为饱和温度为2020ooCC时的湿焦炉煤气的密度为：

时的湿焦炉煤气的密度为：

=0.459=0.459kg/mkg/m33四、煤气的加热特性四、煤气的加热特性焦焦炉炉煤煤气气可可燃燃成成分分浓浓度度大大，发发热热值值高高，提提供供一一定定热热量量所所需需煤煤气气量少，理论燃烧温度高。

量少，理论燃烧温度高。

此此外外用用焦焦炉炉煤煤气气加加热热时时，炼炼焦焦耗耗热热量量低低，且且当当增增减减煤煤气气流流量量时时对对焦焦炉炉燃燃烧烧温温度度的的变变化化比比较较灵灵敏敏，一一般般需需要要2233小小时时炉炉温温即即可可反反映映出来。

出来。

焦焦炉炉煤煤气气在在回回收收车车间间净净化化不不好好时时，煤煤气气中中萘萘、焦焦油油和和焦焦油油渣渣增增多多，容容易易堵堵塞塞管管道道及及管管件件，煤煤气气中中氨氨、氰氰化化物物、硫硫化化物物等等对对管管道道和和设设备备腐腐蚀蚀严严重重。

当当焦焦炉炉压压力力制制度度不不当当，炭炭化化室室负负压压操操作作时时，煤煤气气中中N2N2、C02C02、0202含含量量增增加加，发发热热值值降降低低且且会会波波动动，因因此此炼炼焦焦车车间间和和回回收收车间的操作状况对焦炉加热用煤气质量影响很大。

车间的操作状况对焦炉加热用煤气质量影响很大。

高高炉炉煤煤气气中中不不可可燃燃成成分分占占7070，故故发发热热值值低低，提提供供一一定定热热量量所所需需煤气量多，产生的废气量也多。

煤气量多，产生的废气量也多。

高高炉炉煤煤气气中中可可燃燃成成分分主主要要是是COCO，且且不不到到3030，燃燃烧烧速速度度慢慢，火火焰焰长长，高高向向加加热热均均匀匀，可可适适当当降降低低燃燃烧烧室室的的温温差差。

但但高高炉炉煤煤气气不不预预热热时时，理理论论燃燃烧烧温温度度低低，因因此此，必必需需经经蓄蓄热热室室预预热热到到10001000oCoC以以上上，才才能能满满足足燃烧室温度的要求。

燃烧室温度的要求。

用用高高炉炉煤煤气气加加热热时时，由由于于煤煤气气和和废废气气的的密密度度较较高高，废废气气量量也也多多，故故耗耗热热量量高高，加加热热系系统统阻阻力力大大，约约为为焦焦炉炉煤煤气气加加热热时时阻阻力力的的二二倍倍以以上上。

当当增增减减煤煤气气流流量量时时，温温度度变变化化反反映映较较慢慢，炉炉温温需需66个个小小时时才才能能反反映映出出来。

来。

用于焦炉加热的煤气有富煤气（焦炉煤气）、贫煤气（高炉煤用于焦炉加热的煤气有富煤气（焦炉煤气）、贫煤气（高炉煤气和发生炉煤气），它们的加热特性如表所示。

气和发生炉煤气），它们的加热特性如表所示。

贫煤气富化：

贫煤气中加入部分富煤气，以提高贫煤气贫煤气富化：

贫煤气中加入部分富煤气，以提高贫煤气的热值。

富煤气的贫化：

富煤气中加入部分贫煤气，以降的热值。

富煤气的贫化：

富煤气中加入部分贫煤气，以降低富煤气的热值。

低富煤气的热值。

第二节第二节煤气的燃烧煤气的燃烧11、燃烧反应和燃烧极限、燃烧反应和燃烧极限煤气中的可燃成分具有和空气中的氧发生下列反应的能力。

煤气中的可燃成分具有和空气中的氧发生下列反应的能力。

（1）燃燃烧烧反反应应是是指指煤煤气气中中的的各各可可燃燃成成分分与与氧氧所所进进行行的的伴伴有发光发热的剧烈的氧化反应。

有发光发热的剧烈的氧化反应。

（2）燃燃烧烧极极限限是是指指能能稳稳定定燃燃烧烧时时可可燃燃混混合合物物中中可可燃燃气气体体的的体体积积浓浓度度范范围围，称称为为燃燃烧烧极极限限。

较较低低的的浓浓度度称称为为下下限限，较较高的浓度称为上限。

高的浓度称为上限。

燃烧的条件：

燃烧的条件：

可燃成份、氧、一定的温度可燃成份、氧、一定的温度燃烧极限的本质：

燃烧极限的本质：

反应反应（燃烧燃烧）速度与浓度的关系速度与浓度的关系:

燃烧反应燃烧反应:

mF+nO:

mF+nO22=CO=CO22+H+H2200燃烧速度燃烧速度:

r=:

r=kFkFmmOOnn而而F+Air=100%F+Air=100%O=0.21AirO=0.21Air代入上式得代入上式得:

r=kF:

r=kFmm0.21Air0.21Airnn=k=kFFmmAirAirnn=kF=kFmm1-F1-Fnn所以，当所以，当FF变大或变小时，变大或变小时，rr均变小。

当均变小。

当FF达到一个临界值达到一个临界值时，反应速度小得反应无法进行，该临界值就是燃烧时，反应速度小得反应无法进行，该临界值就是燃烧极限。

极限。

表6-6某些空气可燃混合物在常压下的燃烧极限对于混合气体的燃烧极限，随其组成而变，可用下式估算：

对于混合气体的燃烧极限，随其组成而变，可用下式估算：

（体积体积%）%）（8-18-1）式中式中LL可燃气体混合物的燃烧可燃气体混合物的燃烧（或爆炸或爆炸）极限极限（上限或下限上限或下限）；PP11PP22在气体混合物中，各组分的体积百分含量，；在气体混合物中，各组分的体积百分含量，；NN11NN22纯组分的相应极限浓度纯组分的相应极限浓度（上限或下限上限或下限），体积。

，体积。

上上式式只只适适用用于于不不含含惰惰性性气气体体的的气气体体混混合合物物，对对含含有有C0C022、NN22等等惰惰性气体的可燃混合物需用下式校正：

性气体的可燃混合物需用下式校正：

（8-2）（8-2）式中式中可燃气体中惰性气体的含量（体积分数），。

可燃气体中惰性气体的含量（体积分数），。

着着火火温温度度是是使使可可燃燃混混合合物物开开始始正正常常稳稳定定燃燃烧烧的的最最低低温温度度。

着着火火温温度度并并非非是是一一个个物物理理常常数数，它它与与可可燃燃混混合合物物的的成成分分、燃燃烧烧系系统统的的压压力力、燃烧室的类型和大小有关。

燃烧室的类型和大小有关。

表表8-78-7几种可燃气体在标准状态下的着火温度几种可燃气体在标准状态下的着火温度名称H2COCH4C2H4C6H6焦炉煤气高炉煤气发生炉煤气着火温度/oC580590644658650670542547740600650700640680二、着火温度二、着火温度（11）点火）点火可燃混合气体靠火星、灼热物体等火源形可燃混合气体靠火星、灼热物体等火源形成火焰中心，然后经火焰传播使可燃混合气燃烧，叫成火焰中心，然后经火焰传播使可燃混合气燃烧，叫点火燃烧。

点火燃烧。

点火燃烧要有两个条件：

点火燃烧要有两个条件：

一是有一定能量的火源一是有一定能量的火源二是能进行火焰传播二是能进行火焰传播三、点火与爆炸三、点火与爆炸（22）爆炸）爆炸在密闭容器中可燃混合气，在燃烧极限内达到着火温度在密闭容器中可燃混合气，在燃烧极限内达到着火温度或点火时，由于绝热压缩作用，可燃混合气因急剧反应使温度和或点火时，由于绝热压缩作用，可燃混合气因急剧反应使温度和压力急剧升高，这时火焰的传播速度可达每秒几公里整个容器内压力急剧升高，这时火焰的传播速度可达每秒几公里整个容器内的可燃混合气将同时急剧反应而产生极大的破坏力并引进爆炸。

的可燃混合气将同时急剧反应而产生极大的破坏力并引进爆炸。

爆爆炸炸与与燃燃烧烧的的不不同同点点是是：

燃燃烧烧是是稳稳定定的的连连锁锁反反应应，主主要要依依靠靠温温度度的的提提高高，使使反反应应加加速速；而而爆爆炸炸是是不不稳稳定定的的连连锁锁反反应应，主主要要依依靠压力的提高，使活性分子浓度急剧提高而加速反应。

靠压力的提高，使活性分子浓度急剧提高而加速反应。

煤煤气气的的燃燃烧烧过过程程比比较较复复杂杂，根根据据