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1、第六章 焦炉内煤气燃烧,第一节 焦炉加热用煤气 第二节 煤气的燃烧计算,第一节 焦炉加热用煤气,一、煤气的组成、热值和密度 1、几种加热煤气的组成见表6-1 煤气中的H2、CH4、CO和不饱和烃(主要是C2H4)为可燃成分。由表列数据可知,焦炉煤气的可燃成分在90以上，主要是H2和CH4，高炉煤气和发生炉煤气中含有大量的N2，可燃成分仅占30左右，主要是CO。煤气组成是决定煤气燃烧特性的基本因素，各种煤气组成因原料的性质、设备和操作条件的不同而异。,2、煤气热值 气体燃料的发热值是指单位体积的气体完全燃烧时所放出的热量(kgm3)。燃烧产物中水的状态不同时，发热值有高低之分。燃烧产物中水蒸汽冷
2、凝，呈0液态水时的发热值称为高热值(Q高)，燃烧产物中水呈汽态时的发热值称为低热值(Q低)。实际燃烧时，不论在何种热工设备中进行，燃烧时废气的温度都较高，水蒸汽不可能冷凝，所以有实际意义的是低发热值。各种气体燃料的发热值可用仪器直接测定，也可以根据其组成按加和法进行计算。,煤气中各可燃成分的低发热值(kJm3)为： CO-12728；H2-10844；CH4-35840；CmHn-71179。 则煤气的低发热值： 由于焦炉煤气可燃成分多，且含有大量发热值高的CH4，其发热值约为高炉煤气的4倍。,3、煤气密度 煤气的密度是指每立方米煤气的质量，记为(kgm3)，煤气在标准状态下的密度则记为0。它
3、和其它混合气体一样，可以根据组成按加和法计算。,二、煤气的燃烧,1、燃烧反应 煤气的燃烧是指煤气中的可燃成分和空气中的氧在足够的温度下所发生的剧烈氧化反应。燃烧需要有三个条件，即：可燃成分、氧、一定的温度，缺少一个条件也不会引起燃烧。 煤气中各可燃成分的燃烧反应如下： H2+O2H2O CO+ O2CO2 CH4+2O2 CO2+2H2O C2H4+3O22CO2+2H2O C6H6+O26CO2+3H2O 完全燃烧时，可见到火苗明亮，没有烟。如果火苗暗红并带有黑烟就是燃烧不完全。在焦炉加热中，应当使煤气完全燃烧，这样才能有效地利用煤气的热能，提高热效率，降低耗热量。,2、燃烧极限 可燃气体与
4、空气或氧所组成的混合物，只有可燃气体在一定浓度范围内和在着火温度下才能进行稳定的燃烧，这种极限浓度称为燃烧极限。当低于下限或高于上限浓度时，均不能着火燃烧。可燃气体的燃烧极限随混合物的温度和压力增加而加宽，同时可燃气体与氧的混合物比与空气的混合物燃烧极限要宽得多。某些可燃气体在常压下的燃烧极限见表6-3 。,表中可燃气体的浓度高于上限或低于下限时，就不能燃烧。上限愈高，下限愈低，燃烧范围就愈宽。同样的可燃气体当与纯氧组成可燃混合物时，燃烧范围比上表所列数据大为加宽。如H2和O2的混合物中，下限为9.2，上限值为91.6，燃烧范围达82.4。因此，可燃混合物的存在并达到一定的比例极限是燃烧能否发
5、生的内因，温度、压力增加时，燃烧范围将加宽，而加入惰性组分则使燃烧范围变窄。,2、动力燃烧和扩散燃烧 煤气的燃烧过程比较复杂，根据上述内容，在一定的条件下，燃烧过程可分为三个阶段： 煤气和空气混合，并达到极限浓度。 将可燃混合气体加热到着火温度或点火燃烧使其达到着火温度。 可燃物与氧气发生化学反应而进行连续稳定的燃烧，此过程取决于化学动力学的因素，即主要和反应的浓度和温度有关。 根据煤气和空气的混合情况，煤气燃烧有两种方式，即动力燃烧和扩散燃烧。动力燃烧是煤气和空气在进入燃烧室前先均匀混合，然后再着火燃烧的方法，其燃烧速度取决于化学动力学因素(化学反应速度)，故称动力燃烧。扩散燃烧是煤气和空气
6、分别送入燃烧室后，依靠对流扩散和分子扩散作用，边混合、边燃烧的方法，其燃烧速度取决于可燃物分子和空气分子相互接触的物理过程。这种方法也叫有焰燃烧，焦炉立火道内煤气的燃烧属于扩散燃烧。,3、着火温度、点火与爆炸 （1）着火温度 可燃混合气体在适当温度、压力下靠本身化学反应自发着火的最低温度。 （2）点火 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，叫点火燃烧。 （3）密闭容器中的可燃混合气，在一定的浓度极限范围（爆炸极限）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压力和温度迅速升高，这时火焰的传播速度（燃烧速度）可达到每秒几公里，整个容器
7、内的可燃混合气体同时剧烈燃烧而产生极大的破坏力，从而产生爆炸。 爆炸与燃烧其本质是一样的，必须具备必要的极限浓度和火源，因此各种可燃混合物的燃烧极限也即是该混合物的爆炸极限。爆炸与燃烧的不同点是：燃烧是稳定的连锁反应，主要依靠温度的提高，使反应加速；而爆炸是不稳定的连锁反应，主要依靠压力的提高，使活性分子浓度急剧提高而加速反应。可燃气体的爆炸极限介于燃烧极限之间。,第二节 煤气的燃烧计算,以煤气和空气燃烧时的化学反应为基础，通过物料平衡和热量平衡的计算来讨论燃烧特性。 一、燃烧计算 1.空气过剩系数 为使燃烧时可燃物能够充分利用，要求与氧完全作用，当燃烧产物中只有CO2、H2O、N2和O2等，
8、不再含有可燃成分，这样的燃烧叫完全燃烧，否则是不完全燃烧。引起不完全燃烧的根本原因是空气供给不足、燃料和空气混合不好或高温下燃烧产物中的H2O和CO2分解产生了CO和H2等。通常热分解造成的不完全燃烧可以忽略不计。,的定义 的选择对焦炉加热的意义： 不足，煤气燃烧不完全，可燃成分随废气排出， 过大，废气量大，废气带走的热量也增多， 不足和过大均会增加煤气耗量，同时值还对高向加热均匀性也有影响，一般地，焦炉煤气加热时， = 1.201. 25；高炉煤气加热时， = 1.151.20 值通过废气分析，可按下式计算（推导） 其中O2，CO，CO2干废气中各成分体积含量，； VCO21m3煤气完全燃烧
9、时，按理论计算所生成CO2体积，m3； O2理燃烧1m3煤气理论上需要的氧气量，m3。 K是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气K=0.43，高炉煤K=2.5如果煤气成分波动较大时，应按煤气成分重新计算K值。,2空气需要量和废气生成量的计算燃烧的物料平衡 (1)理论空气量的计算 (2)废气量和废气组成的计算 废气中各组分的体积除以废气量，即得废气组成，,3.燃烧热衡算燃烧温度的计算（自学）,（1）实际燃烧温度实际燃烧温度就是炉内废气的实际温度。 煤气燃烧时产生的热量，除掉废气中O2和H2O部分离解所吸收的热量和传给周围介质的热量后，存余部分用来使废气升高温度，此时的温度称实际燃烧温度。,（2）理论
10、燃烧温度 假设：煤气完全燃烧，即QCO=0；废气不向周围介质传热，即Q效= Q损=0，这种条件下煤气燃烧使废气达到的温度叫理论燃烧温度。,燃料燃烧时产生的热量用于加热燃烧产物(废气)，使其达到的温度叫燃料的燃烧温度。,二、煤气的加热特性,焦炉煤气可燃成分浓度大，发热值高，提供一定热量所需煤气量少，理论燃烧温度高。由于H2占50以上，因此燃烧速度快，火焰短，煤气和燃烧产生的废气密度小，焦炉加热系统阻力小。因CH4占1/4以上，而且含有CmHn，故火焰光亮，辐射能力强。 高炉煤气中不可燃成分占70，故发热值低，提供一定热量所需煤气量多，产生的废气量也多。高炉煤气中可燃成分主要是CO，且不到30，燃
11、烧速度慢，火焰长，高向加热均匀，可适当降低燃烧室的温差。但高炉煤气不预热时，理论燃烧温度低，因此，必需经蓄热室预热到1000以上，才能满足燃烧室温度的要求。,思考题,1.燃烧与爆炸的异同点？ 2.焦炉煤气和高炉煤气的加热特性有何不同？ 3.煤气组成如下： CO2 O2 CO CH4 CmHn H2 N2 BFG: 10.86 0.68 22.34 1.00 0.12 1.96 55.84 100.00 COG: 2.45 0.98 6.67 22.46 2.20 62.52 2.72 100.00 现采用贫煤气富化加热方式，混入的COG为3.16%（体积），煤气t=29，空气t=19，相对湿度
12、=0.6，=1.27，求混合气体组成、发热量、密度，并列表进行燃烧计算。,焦炉煤气和高炉煤气的加热特性有何不同？ （1）相同点：均可作为焦炉的燃料燃烧，为焦炉生产提供热源。 （2）不同点：焦炉煤气可燃成分浓度大，热值高，提供一定热量的需要的煤气量少，产生的废气量也少，阻力小，理论燃烧温度高；由于氢气含量高，燃烧速度快，火焰短，煤气和废气的密度低；由于甲烷含量高，燃烧火焰明亮，辐射能力强；燃烧室温度变化灵敏，调火难度大。高炉煤气可燃成分浓度低，热值低，提供一定热量需要的煤气量多，产生的废气量多，燃烧系统阻力大；理论燃烧温度低，需要预热；由于可燃成分主要是CO，燃烧速度慢，火焰长，高向加热均匀性好，容易调节；煤气和废气密度大。,燃烧与爆炸的异同点： （1）相同点：燃烧与爆炸都是以一定的可燃混合物的浓度极限（燃烧极限）为前提，并要有火源或达到着火温度；他们的反应过程均为强烈的链锁反应，包括链的引发、支链反应、直链反应、气相销毁反应和碰壁销毁反应等反应历程。 （2）不同点：燃烧是在定压（低压）条件下进行的链锁反应，其支链反应速率不大，自由基增殖较慢，是在支链反应保持有限数量条件下的稳定链锁反应，火焰传播速度慢。爆炸是在定容条件下由于绝热压缩引起的高温高压所导致的急剧反应，其支链反应速率明显增大，自由基浓度无限增殖，火焰传播速度极快。,
