Процессы горения топлива в доменной печи - Производство и технологии контрольная работа

Главная

Производство и технологии
Процессы горения топлива в доменной печи

Главные функции, выполняемые горном доменной печи. Скорость реакции горения топлива, диффузия молекул кислорода в пограничный слой. Количество образующейся окиси углерода, температура и концентрация кислорода в газовой фазе. Окислительные зоны печи.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный профессионально-педагогический
Процессы горения топлива в доменной печи
Значение работы горна доменной печи можно себе представить, уяснив главные функции, выполняемые этой частью рабочего простра н ства печи.
Прежде всего от горения кокса на горизонте фурм зависит скорость опускания материалов, загружаемых на колошнике доменной печи. Далее при горении топлива образуется восстановительный газ, обрабатыва ю щий загруженные в печь окислы железа и других элементов.
В горне выделяется все или почти все тепло, необходимое для но р мального протекания доменного процесса. Здесь же находится область наиболее высокой температуры, создающей условия для осуществления эндотермических реакций при вос становлении трудновосстанов имых эл е ментов, и, наконец, горн выполняет функции металлоприемника.
Образовавшаяся в результате горения углерода кокса окись углерода (СО) играет роль восстановителя окислов железа в верхних гор и зонтах доменной печи. Продукты горения, нагретые до высоких температур, по д нимаются, фильтруясь между кусками материалов и отдавая тепло шихте.
Высокий слой раскаленного углерода в доменной печи вызывает неполное горение углерода в окись углерода, которое проходит последов а тельно четыре стадии:
а) горение в избытке воздуха по реакции
n С+ m(O 2 + 3,762 N 2 )= n С0 2 +( m -- n ) O 2 + m 3,762 N 2 ;
здесь в продуктах горения наряду со свободными кислородом и азотом находится двуокись углерода, объем которой равен объему кислорода, перешедшего в ее состав, а следов а тельно, и в газе на 79 об ъ емов азота приходится 21 объем кислорода и двуокиси у г лерода.
б) завершением процесса горения будет полное использование кислорода дутья
С+О 2 +3,762 N 2 =СО 2 +3,762 N 2 .
в) горение в двуокись и окись углерода, когда весь кислород дутья поглощен, а содержание СО 2 начинает уменьшаться от восстановления углеродом
п (СО 2 +3,762 N 2 )+ m С = ( n -- m ) С O 2 +2 m СО+ n З,762 N 2 .
В ходе этой реакции, сопровождающейся поглощением тепла, происходит локальное понижение температуры.
На стадиях а и б, наоборот, выделяется значительное количество тепла (410 МДж на 12 кг С) от образования двуокиси углерода. Соотве т ствующее повышение температуры продуктов горения достигает максимума на стадии б.
г) неполное горение с образованием окиси углерода из углерода топлива:
(СО 2 + 3,762 N 2 )+С=2СО+3,762 N 2 .
Таким образ о м, доля окиси углерода в горновом газе составляет для сухого атмосферного дутья, % (объемн.) : 2 : (2+ 3,762) =34,7, а доля азота 65,3.
Как только молекулы кислорода непосредственно воздействуют на наружную поверхность куска кокса, происходит горение содержащег о ся в коксе углерода по уравнению С+ О 2 = СО 2 , но при условии, что те м пература в месте соприкосновения достаточна для течения реакции. Молекулы двуокиси углерода вновь реагируют с молекулами углерода п о верхности, образуя окись углерода; снаружи, благодаря диффузии, в пограничный слой проникают новые молекулы кислорода, которые оки с ляют окись углерода и соединяются с углеродом поверхности.
Итак, поскольку в слое газа либо присутствуют молекулы кислор о да, либо они туда диффундируют, результатом процесса горения всегда будет двуокись углерода. Если же свободных молекул кислорода нет или мало, то наряду с двуокисью образуется окись углерода. Зону, где сущ е ствуют свободный кислород и двуокись углерода, называют окисл и тельной.
Скорость реакции горения определяется скоростью диффузии м о лекул кислорода в пограничный слой; количество же образующейся ок и си углерода, кроме того, зависит от температуры и концентрации кисл о рода в газовой фазе. Скорость реакции, выражаемая количеством угл е кислоты, образова вшейся на поверхности кокса за бесконечно малое время dф = d (СО 2 )/ dф , зависит от количества как диффундирующих мол е кул кислорода, так и молекул углерода, вступающих в реакцию на этой поверхности, если число соприкасающихся с поверхностью молекул кисл о рода больше числа реакционноспособных молекул углерода.
Выражение d(СО 2 )/dф изменяется, когда на наружной поверхности, кроме углерода, находятся другие элементы, которые, покрывая угл е род, сами с кислородом не реагируют. Если, например, количество золы на поверхности кокса увеличивается, то изменяется структурное расп о ложение молекул углерода, а затем и температура реакции; она будет тем ниже, чем в большем объеме происходит процесс горения, и наоб о рот. Если окислительные зоны малы, то поток расширяющихся газов ч е рез малое поперечное сечение окислительных зон в горне печи увелич и вает потерю напора между фурмами и колошником и вызывает нар у шение хода печи.
Первые исследования работы горна доменных печей проведены в 40-х годах XIX в. Р. Эбельманом (Франция). С тех пор выполнено много замеров окислительных зон печи.
Для определения развития зон горения в стороны от оси фурм применялись водоохлаждаемые трубы (рис. 1 ), один конец которых, находящийся внутри фурменного колена, сопла и фурмы, прямолинейный, другой, входящий в горн доменной печи, криволинейный. Поворачивая трубу вокруг ее оси и п е редвигая от устья фурмы в глубь г о рна, можно отбирать пробы газа из пространства, удаленного от оси фурм на расстояние H . Трубы устана в ливали в доменной печи перед загру зк о й в нее з адувочно й шихты.
Использование труб с различной длиной их криволинейной части позволило построить вертикальное и горизонтальное сечения зоны горения (рис. 2), в которых кислородная область (имеется свободный ки с лород) ограничена содержанием 1% О 2 , а углекислотная 2% СО 2 .
Рис. 1. Водоохлаждае мая труба для исследования объемного ра з вития окислительной зоны
Рис. 2. Вертикальное (а ) и горизонтальное (б) сечения зоны горения перед фурмой доменной печи
Зона горения в большей степени развита в вертикальном, чем в горизонтальном, направлении. С точки зрения улучшения работы печи желательно иметь обратное соотношение, поскольку расширение горизонтального сечения зоны горения способствует б олее равномерному сх о ду шихты и распределению газового потока.
Исследование зон горения на основе объемного изучения фурме н ных очагов 1 -- 9 показывает (р и с. 3 ), что последние не смыкаются в горне печи и не образуют сплошного периферийного активного кольца для схода материалов; это обстоятельство связано с расстоянием между фурмами по окружности горна.
Рис. 3 . Схематическое изображение зон горения в доменной печи (высов фурм 150 мм); АВ -- направление движения трубы
Увеличение числа фурм способствует смыканию фурменных очагов и созданию сплошного кольца в периферийной части с перекрытием у г лекислотных областей соседних фурм.
Образование сплошного, достаточно широкого периферийного кольца может обеспечить более плавный сход шихты по сечению печи.
На размеры окислительной зоны влияет ряд факторов. Прежде всего это относится к количеству дутья (при неизменной скорости его истеч е ния из фурм).
Изучение окислительных зон на одной фурме доменной печи завода «Запорожсталь», но в разное время, при изменяющемся от 1200 до 3400 м 3 /мин расходе дутья показало, что по мере уменьшения количества дутья граница исчезновения СО 2 приближалась к фурме, а при 1200 м 3 /мин находилась на расстоянии менее 800 мм от ее торца.
При большом количестве дутья содержание СО 2 увеличивается медленно, а на значительном расстоянии от торца фурмы остается почти неи з менным. Кривая изменения содержания СО 2 имеет размытый максимум; при сокращении расхода дутья приближающийся к фурме максимум содерж а ния СО 2 более отчетливый. Эта закономерность объясняется характером процесса горения, развивающимся на поверхности горючего. Чем больше дутья поступает через фурму, тем больше кокса требуется для полного ра с ходования кислорода. Так как горение происходит на поверхности горюч е го, то для увеличенного количества кислорода требуется больше кусков ко к са, занимающих соответственно большее пространство перед фурмами.
Влияние только скорости дутья на размеры окислительной зоны можно проследить по данным рис. 4. При увеличении диаметра фурм до 250 мм расход и температура дутья поддерживались почти на прежнем уровне. В случае уменьшения скорости истечения дутья от 111 до 75 м/с окислител ь ная зона сократилась с 150 0 до 1200 мм, а кислородная с 1300 до 8 5 0 мм, соответственно изменилось и удаление фокуса горения.
Таким образом, увеличение количества дутья при неизменной скор о сти, так же как и увеличение скорости дутья при постоянном его количестве, вызывает увеличение размер о в зоны горения и отдаление всех характе р ных точек зоны от торца фурмы. Одновременное же увеличение количества и скорости дутья действует в одном направлении, вызывая еще больший сдвиг ха рак терных точек зоны к центру горна. Это обстоятельство связ а но с кинетической энергией дутья mv 2 /2, учитывающей как массу, так и скорость газового потока. Чем больше кинетическая энергия дутья, тем протяженнее окислительная зона.
За пределами окислительной зоны температура газа постепенно падает в направлении к центру горна. Интенсивность снижения темпер а туры зависит от развития реакции прямого восстановления в зоне восст а новления и от количества газов, проникающих из окислительной зоны в центральный район горна; чем больше газа проходит к центру печи, тем меньше изменяется температура по радиусу горна и тем выше температ у ра в центре. При недостаточном или слабом движении газового потока в радиальном направлении температура в средней области горна низкая, а падение ее резкое.
Изменение температуры от окислительной зоны к центру печи тесно связано таким образом с содержанием окиси углерода за пределами этой зоны. В полном соответствии с изменением состава и температуры газа по радиусу горна должно находиться и статическое давление газового потока. Статическое давление достигает максимального значения на п е риферии горна и уменьшается в направлении к центру, причем , чем сил ь нее это снижение, тем меньше газа попадает к центру печи. Факторы, с о здающие сопротивление движению газового потока, обусловливают п о вышенные потери давления и снижение потока газа, проникающего к ц ентру печи.
Падение давления газового потока пропорционально длине пути, проходимого газом. Чем больше диаметр горна, тем длиннее путь до л жен преодолеть газ, чтобы от фурм попасть в центр печи. В связи с этим в большую печь необходимо подавать дутье с большей энергией, поддерживающей требуемую по условиям процесса температуру в центре горна, которая должна быть не ниже температуры, обеспечивающей д о статочную жидкоподвижность чугуна и шлака и хорошую дренажную способность горна. Иначе неизбежно образуется неплавкая, вязкая масса -- конгломерат тягучего шлака, перемешанного с чугуном и кусками кокса. Принято, что температура в центре горна должна быть не ниже 1350--1400°С для передельного и несколько выше для более кремнистых чугунов.
При непрочном коксе и вязких шлаках печь особенно сильно реагирует на колебания температуры в центре горна. В этом случае прих о дится уделять особое внимание прогреву центральной части столба м а териалов в горне.
Рис. 4. Изменение состава газа в горне доменной печи металлургического завода им. Дзержинского при диаметре фурмы 200 (а) и 250 мм (б)
Характер изменения температуры и давления газов по радиусу горна печей описан ниже . Давление газов в горне по радиусу печи измен я ется почти линейно; у оси горна статическое давление примерно на 20% ниже его давления на выходе из фурм. Менее равномерное распределение газового потока в горне приводит к образованию в центре печи малод о ступного для горячих газов и потому плохо прогретого «мертвого» столба материалов, так называемого «тотермана». При этом в срединных учас т ках печи газы испытывают при движении большое сопротивление, заме д ляющее процесс восстановления окислов в застывшей массе, создающее условия для похолодания всего горна, загромождения его непроница е мыми для жидкой фазы материалами и прекращения нормальной раб о ты печи. При достаточно высокой кинетической энергии струи дутья у фурм образуются полости с вихревым движением г азов. Вследствие этого куски кокса начинают двигаться по внешней поверхности зоны разры х ления (зоны циркуляции) (рис. 5).
Рис. 5. Схема циркуляции кокса перед фурмой доменной печи
Применение скоростной и стереоскопической киносъемок позволило установить характер движения кусков кокса, циркулирующих в пот о ке дутья и продуктов горения, когда опускающиеся сверху куски кокса подхватываются и вначале оттесняются потоком в глубь горна, затем поднимаются вверх или отходят в стороны и возвращаются обратно к фурме. При этом происходит частичный обмен кусков из окаймляющей эту зону малоподвижной части шихты.
При исследовании работы горна выявлено, что часть кусков кокса поступает в зону горения снизу вследствие выталкивания их гидрост а тическими силами образующегося слоя чугуна и шлака.
При меньшей кинетической энергии струи дутья циркуляционная зона может не образоваться, однако и в этих условиях слой кокса перед фурмами будет сильно разрыхлен.
В зависимости от условий работы печи протяженность кислородной области 800--1200 мм, углекислотной 1250--1800 мм. Фокус горения находится на расстоянии 800--1000 мм от торца фурмы.
С одержание кислорода в газе сначала резко понижается, затем несколько возрастает и в конце окислительной зоны снова резко уменьшае т ся. Содержание двуокиси углерода в газе изменяется соответственно и з менению содержания кислорода -- возрастает с понижением содержания кислорода и наоборот. На кривой содержания двуокиси углерода обр а зуются два максимума -- в начале и конце окислительной зоны; окись у г лерода появляется лишь в конце окислительной зоны при вторичном п о нижении содержания углекислоты. Такой характер изменения состава газа по радиусу горна объясняется образованием зоны циркуляции. Кокс с о средоточивается вблизи торца фурмы и на противоположном конце зоны циркуляции, у ее границы с уплотненной областью, поэтому наиболее интенсивно кислород расходуется, а двуокись углерода образуется вблизи торца фурмы и в конце циркуляционной зоны.
В самой зоне циркуляции концентрация взвешенных в газовой среде кусков кокса мала, что сопровождается повышенным содержан и ем кислорода и пониженным -- двуокиси углерода. Разложение углеки с лоты с образованием окиси углерода происходит в основном за пределами зоны циркуляции -- в уплотненной среде, граничащей с этой зоной.
Интерес к изучению положения и размеров зон горения обусловлен значительной ролью последних в организации движения газового потока и столба материалов в доменной печи.
Большое влияние на распространение зоны горения перед фурмами оказывают нагрев дутья, содержание в дутье кислорода, влаги, природн о го газа. Повышение температуры дутья способствует ускорению реакций горения, а следовательно, и сокращению объема окислительной зоны.
Аналогично нагреву дутья действует повышение концентрации к ислорода в воздухе. Обогащение дутья кислородом уменьшает соде р жание азота в единице дутья, в результате чего уменьшается объем газов в процессе горения углерода кокса, повышается температура и сокращ а ется зона горения. Увлажненное дутье обогащается кислородом, однако температура горения вследствие затрат тепла на разложение влаги понижается. Поэтому зона горения расширяется в глубь горна с одновреме н ным снижением температуры на всем протяжении этой зоны.
Вдувание природного газа через воздушные фурмы также сопр о вождается снижением температуры в зоне горения. Поэтому размеры зоны горения увеличиваются. На распространение зоны горения влияют размер кусков, пористость и реакционная способность кокса.
Мелкий кокс уменьшает величину зоны горения и затрудняет равномерное о мывание столба шихты нагретыми газами. Достаточное увеличение зоны горения может быть достигнуто соответствующим увелич е нием количества дутья. Наличие кокса в виде кусков одинаковой велич и ны приводит к равномерному их сгоранию и благотворно влияет на ход печи.
Увеличению размеров зоны горения благоприятствует уменьшение пористости кусков кокса, поскольку сокращается поверхность взаимоде й ствия кислорода и двуокиси углерода с твердым углеродом каждого ку с ка кокса. С увеличением реакционной способности кокса (скорости сг о рания углерода в токе углекислоты) объем зоны горения сокращается.
Размеры зоны горения зависят также от температуры кокса, поступающего в горн из верхних зон доменной печи. Более нагретый кокс с о кращает размеры зоны горения.
Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин. М е таллургия чугуна. Издательство «Металлургия», М.: 1978
Устройство, назначение и принцип действия доменной печи. Выбор и расчет гибких строп для капитального ремонта доменной печи. Расчет отводных блоков. Организация технического обслуживания, технология проведения и определение трудоемкости ремонта печи. курсовая работа [2,3 M], добавлен 23.05.2013
Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. Расчет процесса горения в печи. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки, эксергетического КПД процесса горения. курсовая работа [1017,0 K], добавлен 18.02.2009
Определение полезной тепловой нагрузки на выходе из печи. Расчет процесса горения: теплотворной способности топлива, теоретического расхода воздуха, состава продуктов горения. Коэффициент полезного действия печи и топки. Вычисление конвекционной секции. курсовая работа [155,1 K], добавлен 10.12.2014
Расчёт горения топлива (коксодоменный газ) и определение основных размеров печей. Теплоотдача излучением от печи газов к металлу, температура кладки печи, её тепловой баланс. Расчёт времени нагрева металла и определение производительности печи. курсовая работа [158,9 K], добавлен 27.09.2012
Теплотехнический расчет кольцевой печи. Распределение температуры продуктов сгорания по длине печи. Расчет горения топлива, теплообмена излучением в рабочем пространстве печи. Расчет нагрева металла. Статьи прихода тепла. Расход тепла на нагрев металла. курсовая работа [326,8 K], добавлен 23.12.2014
Объем воздуха, необходимый для горения топлива. Выход газообразных продуктов горения. Материальный баланс печи. Выход углекислого газа из сырья. Тепловой эффект клинкерообразования. Тепловой баланс теплового агрегата. Аэродинамический расчет печи. курсовая работа [114,1 K], добавлен 08.02.2013
Способы производства клинкера. Расчет горения топлива, выход газообразных продуктов горения. Определение материального баланса печи и теплового баланса холодильника. Технологический коэффициент полезного действия печи, газообразные продукты на выходе. курсовая работа [114,7 K], добавлен 26.01.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Процессы горения топлива в доменной печи контрольная работа. Производство и технологии.
Реферат по теме Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Курсовая Работа На Тему Специальная Психология Как Отрасль Психологической Науки
Реферат: Формирование имиджа как одна из задач public relations. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат На Тему Технологический Процесс Производства Ромовой Бабы
Настоящий Поэт Сочинение
Доклад по теме Обеспечение лазерной безопасности
Реферат по теме Водка на рынке алкогольной продукции
Реферат: The Pros And Cons Of Patents Law
Отчет по практике по теме Деятельность ЗАО 'Тандер'
Реферат по теме О фильме Александра Сокурова "Скорбное бесчувствие"
Реферат: Послеродовой период
Курсовая Работа На Тему Книжный Магазин
Сочинение по теме Душевная драма Катерины (по пьесе А.Н.Островского «Гроза»)
Реферат: Управление Web-сайтом. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная Работа 10 Многогранники
Практика По Хирургии Дневник Заполненный
Зарегистрироваться На Итоговое Сочинение 11
Мрэо Лабораторный График Работы
Курсовая работа по теме Основы проектирования автотранспортного предприятия
Диссертации Мягкая Сила
Мировые финансовые рынки - Международные отношения и мировая экономика реферат
Чайное дело и чайные традиции Викторианской Англии - Культура и искусство дипломная работа
Схема силового кулачкового контроллера ККТ 69А - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа