§ 11. Процессы сгорания топлива в горне доменной печи

Через фурмы доменной печи подают горячее воздуш­ное дутье при температуре 1000—1200 °С. Непосредст­венно перед фурмами печи происходит сгорание кокса,

Образуются окислитель­ные зоны. Кокс в этих зонах сгорает во взвешен­ном состоянии. Из рис. 36 видно, что вблизи фурм образуется полость, в ко­торой происходит вихре­вое движение газов, при­водящее к циркуляции кусков кокса. Куски кок­са переносятся потоками воздуха от фурм, а на их место попадают раска­ленные до 15000C другие куски кокса и здесь сгора­ют. При сгорании разви­ваются температуры до 20000C. Глубина зоны достигает 1500 мм. Во­круг зоны циркуляции располагается область, в газовой фазе которой со­держится CO2. Простран­ство перед фурмами, в котором происходит оки­сление углерода кокса кислородом дутья и CO2, называется окислительной зоной, схема которой представлена на рис. 37. Сердце­вину окислительной зоны составляет кислородная зона, вокруг нее расположена углекислотная зона.

A-A

Рие. 36. Схема циркуляции кокса у фурмы дощенной печи:

А — по вертикали; б — в плане

По мере удаления от фурм в условиях высокой тем­пературы и избытка углерода CO2 взаимодействует с углеродом и восстанавливается до СО. Если увеличи­вать давление дутья, повышать температуру и содержа­ние кислорода в воздухе, то размеры окислительной зо­ны будут уменьшаться. Сгорание кокса происходит на поверхности кусков в результате контакта с окислитель­ными газами. Суммарная реакция сгорания представле­на уравнением 2С+02 = 2С0—220500 Дж.

Рис. 37. Схема окислительной зоны перед фурмой доменной печи: /—кислородная зона: 2 — углекислотная зона

Рис. 38. Изменение состава газа и температуры в зоне горения у фурм домен­ной печи

При использовании сухого воздуха состав горнового газа будет следующим: 34,7 % СО; 65,3 % N2. Обогаще^ ние дутья кислородом способствует повышению СО в га­зе и соответственно восстановительное действие газа воз­растает. При увлажнении дутья происходит разложение H2O углеродом по реакции H2O+C = H2+ СО. При ис­кусственном увлажнении дутья до 3—4 % для интенси­фикации процесса содержание водорода в газах достига­ет 2—3 %.

81

При использовании природного газа содержание во­дорода и СО в доменном газе возрастает. Однако это не повышает температуру в фурменной зоне, так как обра­зующиеся при сгорании водорода и СО водяной пар и CO2 разлагаются углеродом до СО и H2 с затратой теп­ла. Незначительный приход тепла получается при сгора­нии углеводородов, например при сгорании метана: CH4+0,5 O2 = СО + 2Н2—76030 Дж, т. е. на 1 м3 метана

6—398

Выделяется 1658 кДж, в то время как при сгорании 1 кг углерода кокса выделяется 9220 кДж тепла.

Перед фурмами доменной печи состав газов изменя­ется примерно так, как показано на рис. 38. По мере удаления от торца фурм содержание кислорода непре­рывно уменьшается и на расстоянии 800—1250 мм он полностью исчезает. У самого устья фурмы в газе появ­ляется CO2. Содержание CO2 достигает максимума при расстоянии 500—800 мм; на расстоянии около 1500 мм CO2 полностью исчезает. Содержание СО увеличивается к центру печи не только вследствие сгорания кокса, но и в результате реакций восстановления оксидов. Средний состав горновых газов следующий: 35—45 % СО; 1— 12 % H2 и 45—64 % N2, температура газа составляет — 1600 0C. По мере того как газ поднимается вверх, он отдает свое тепло шихтовым материалам, СО и H2 рас­ходуются на восстановление оксидов, превращаясь в CO2 и H2O. Газы, выходящие из печи, содержат 18 % CO2, 20—30 % СО; 2—8% H2; 0,2—0,5% CH4; -50% N2.

При обогащении дутья кислородом содержание азо­та в газе понижается, а концентрация остальных состав­ляющих возрастает.