高炉煤气燃烧特性

   高炉煤气成分:CO 24.8%,  CO2  19%,   H2  3.1%,  N2   53.1% 含尘量10mg/Nm3。低发热值:3475KJ/Nm3 或830Kcal/Nm3 约为天然气的1/10,焦炉煤气的1/5。   

    高炉煤气的可燃成分主要是CO,其余可燃成分微不足道,所以高炉煤气着火温度的高低主要取决于CO含量的高低,为530℃~660℃,以660℃计,仍比挥发分为25%的烟煤着火温度(790℃),低130℃。

    CO在空气中的着火浓度极限为12.5%~75%,高炉煤气的着火浓度极限为35%~71%(以上述高炉煤气成分计),相应的空气过剩系数见下表:

    从表可以看出,在实验条件下高炉煤气在着火浓度极限范围内的空气过量系数比CO气体高,显然大量惰性气体使高炉煤气的可燃成分不能充分与空气混合导致了过量空气系数的提高,并可推断燃烧速度是在α=0.64~1之间。

    由于高炉煤气中含有大量的惰性气体,1Nm3高炉煤气的理论空气需要量仅0.6Nm3左右.所以组织燃烧时要求更有效的混合措施才能确保煤气的CO等可燃成分燃烧。

    高炉煤气虽然发热量低,理论燃烧温度低约为1200℃,低热值特性使高炉煤气火焰温度不高，惰性气体阻碍可燃成分与空气的充分混合，减缓燃烧化学反应速度和火焰传播速度，着火、稳定燃烧困难，但一旦具备了着火和稳燃条件，燃烧相当迅速，火炬很短。

    高炉煤气燃烧火焰传播速度取决于可燃成分、空气过量系数和炉膛温度，对于成分一定的高炉煤气来说，提高其火焰传播速度，主要靠改变空气过量系数和提高炉膛温度来为实现，过量空气系数为0.65~0.9时，火焰传播速度较大，由此可见火焰传播速度与空气过量系数密切相关，调整空气的供应量改变空气过量系数，使火焰传播速度处于上下限之间，是达到稳定燃烧的重要因素，另外炉膛温度也直接影响其着火。

    高炉煤气燃烧时，高炉煤气流速应低于25m/s。混合气出口流速35m/s左右。

    高炉煤气燃烧时，呈现火焰短、火焰中心温度较低、化学反应速度低的物理特性。燃烧时不易回火，但易脱火。由于高炉煤气的上述特性，高炉煤气燃烧器设计时应满足以下要求：

1）  要组织煤气与空气的良好混合，使混合气体中高炉煤气达到燃烧环境着火浓度，混合气在环境中的温度能迅速升高到着火温度。

2）  在燃烧区域，尽量提高其温度场温度，并给予高炉煤气足够的燃尽时间，以解决燃烧火焰的易稳定、易产生脉动、易脱火脱火等问题，确保燃烧安全。

    从燃烧计算可知,在15℃的冷煤气和冷空气状态下,按煤气着火温度700℃计算,得到1Nm3高炉煤气的着火热约为378Kcal/Nm3,相当于煤气本身燃烧热的40%~50%,也相当于0.08~0.095Nm3焦炉煤气的发热量,也就是说,我们可以通过少量的焦炉煤气来点燃高炉煤气,高炉煤气一旦被稳定点燃,其燃烧热可以通过火焰传播去点燃更多的高炉煤气。

    高炉煤气中的CO2,N2既不参与燃烧产生热量,也不能助燃,相反,还大量吸收燃烧过程产生的热量,导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。燃烧反应能够发生的另一条件是，气体分子间能够发生有效的碰撞，即拥有足够能量的相互间能够发生氧化反应的分子间发生的碰撞，大量的CO2,N2的存在，减少了分子间发生有效碰撞的几率，宏观上表现为燃烧速度慢，燃烧不稳定。

    高炉煤气中存在大量的CO2,N2，燃烧过程中基本上不参与反应，几乎等量转移到燃烧产生的烟气中，燃烧高炉煤气产生的烟气量大。