理论燃烧温度和炉热指数模型1

高炉理论燃烧温度计算的研究高炉的热状态，尤其是炉缸部位的热状态非常重要，因为它是决定高炉热量需求和吨铁燃料消耗的重要因素，而风口前理论燃烧温度（t1）是评价或衡量炉缸热状态的重要参数之一。

理论研究和生产实践表明，维持一定的 t 值对煤气和炉料的热交换、炉缸的热状态有着重要的影响，特别是对铁水温度的影响更为明显。

因而，可以通过考察理论燃烧温度来评价炉缸热状态，生产中也可以通过控制理论燃烧温度以稳定炉缸热状态。

理论燃烧温度(t1 )是绝热系统内燃烧产物获得全部燃烧生成热以及鼓风和燃料带入的物理热时所能达到的最高温度，而鼓风状况和喷吹燃料对理论燃烧温度有着重要的影响。

鼓风状况可由风量、湿度及风温水平表征，其受风机能力、气候条件以及热风炉装备水平等的影响，但近年来鼓风状况的变动较小。

然而，高炉喷吹煤粉技术得到了大规模发展，如当前世界上有多座高炉的喷煤量已达到 200kg／t或更高的水平。

因此，高炉喷吹煤粉对风口前理论燃烧温度的影响更为明显。

生产实践表明：随着喷煤量的增加，理论燃烧温度的计算值下降幅度很大，而实际高炉的炉况并没有出现反常现象。

这提示现有的理论燃烧温度计算方法在大量喷吹煤粉的条件下可能出现了偏差，一些研究者已开始考虑从不同的侧面对理论燃烧温度的计算方法进行修正。

本文全面系统地探讨理论燃烧温度的影响因素，完善绝热系统的内涵及相关参数的计算方法，并考察各个修正因素对理论燃烧温度计算值的影响，以便更为有效地指导高炉炼铁生产和丰富炼铁理论。

1 理论燃烧温度计算方法1.1 已有理论燃烧温度的计算式基于文献，理论燃烧温度的计算式如下：式中，t1为理论燃烧温度，℃ ；Q 为燃料中碳燃烧生成 CO 时放出的热量，kJ／t；Q1为焦炭进入燃烧带时所具有的物理热，kJ／t；Q f 为热风带入的物理热，kJ／t；Q s 为燃料和鼓风中水分分解耗热，kJ／t；Q n 为喷吹燃料热分解耗热，kJ／t；为炉缸煤气中 C O 和N2的平均比热容，kJ／( m ,℃)；为炉缸煤气中H2的平均比热容，kJ／( m 。

摘要对理论燃烧温度的通用计算式提出了修正。

认为理论燃烧温度的通用计算式未考虑风口前凝聚相反应产物对理论燃烧温度的影响，随着高炉喷吹物料种类的多元化和喷吹量的增加，其计算误差将越来越大，更重要的是难以体现喷吹不同物料的区别.为此，提出了理论燃烧温度的修正计算式。

关键词高炉喷煤理论燃烧温度1 理论燃烧温度的通用计算式高炉的理论燃烧温度是指燃料在风口区不完全燃烧，燃料和鼓风所含热量及燃烧反应放出的热量全部传给燃烧产物时所能达到的温度.理论燃烧温度是由风口局部区域的热平衡计算得出,计算的基准温度一般采用常温。

以常温为基准就不需考虑喷吹燃料及输送燃料的压缩空气所带人的显热。

因此,普遍采用的计算式为［1,2］：式中Q碳——风口前碳素燃烧生成CO放出的热量，kJ；Q风—-鼓风带入的物理热，kJ；Q焦——焦炭带人的物理热，kJ；Q水——鼓风中湿分分解耗热，kJ；Q分——喷吹燃料的分解耗热，kJ;C PL——高炉炉缸气体中C O、N2的平均热容，kJ／（m3·℃）；C P2——高炉炉缸气体中H2的平均热容，kJ／（m3·℃）;V CO、V N2、V H2——炉缸煤气中CO、N2、H2的体积，m3。

亦有学者在大喷煤量下，对理论燃烧温度的计算式进行了修正，主要包括：①热收入中增加了煤粉物理热；②将鼓风湿分的分解热改为水煤气反应热；③考虑不完全燃烧条件下煤粉在风口区的反应热［3]。

修正的理论燃烧温度计算式如下：式中Q R焦——焦炭燃烧生成CO放出的热量,kJ；Q R焦——燃料燃烧生成CO放出的热量,kJ；Q煤——煤粉带人的物理热，kJ；C PG——高炉炉缸气体的热容，kJ／（m3·℃）。

2 理论燃烧温度的修正计算式以上两式的计算方法基本类似,修正式只是把热收人和消耗项计算的更精确一些。

但以上两式都未完全符合理论燃烧温度的计算原理,只考虑了燃烧产物中的气体，而未考虑凝聚相产物。

实质上，焦炭和燃料中的灰分也是燃烧产物,其升温也需要消耗热量，尤其在风口喷吹含灰分高的燃料或熔剂时,其对理论燃烧温度的影响更大。

1、．高炉内型是指高炉冶炼的空间轮廓，由炉缸、炉腹、炉腰和 (D )五部分组成。

A．炉身及炉顶 B ．炉基及炉顶 C．炉身及炉基 D ．炉身及炉喉2 ．含铁矿物按其矿物组成可分为四大类：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和 ( D )。

A ．富矿 B．贫矿 C ．精矿 D ．菱铁矿3、无料钟高炉的炉顶温度控制在( C )。

A、 250℃B、300℃C、350 ℃D、400℃4、适合高炉冶炼合适的矿石粒度为( B )。

A．6— 12 ㎜ B.6—25 ㎜ C.6—20 ㎜ D.6 —40 ㎜5、从高炉解剖看，炉料在炉内分布基本上是按 ( C )层状下降的。

A ．矿先焦后B ．焦先矿后C ．装料顺序D ．焦矿混匀6.高炉休风时间超过( A )小时应停鼓风机。

A、4 小时B、 6 小时C、8 小时7、高炉内的( C )是热量的主要传递者。

A 焦炭B 烧结矿C 煤气D 铁水8、碱度为( C )的称为高碱度烧结矿。

A.1.0 ~ 1.1B.1.2 ~ 1.5C.1.5 ~ 3.5D.＞3.59、风温提高后，炉缸理论燃烧温度提高，炉顶温度 (B)。

A ．提高 B．降低 C ．不变 D ．大幅度提高10、高炉冷却水压低于正常 (C)时应立即休风。

A．70% B．60% C．50%11、要使炉况稳定顺行，操作上必须做到“三稳定” ，即( A )的稳定。

A ．炉温、料批、煤气流、B ．炉温、煤气流、碱度C．煤气流、炉温、料批 D ．煤气流、料批、碱度12、根据炼钢生铁的国家标准， L08 铁中[Si]含量范围为( A ) 。

A、＞0.45 ~0.85B、 0.45 ~0.85C、＞ 0.40~0.80D、 0.40~0.8013、残铁口位置选择的基本原则：一是保证残铁尽量 ( A ) ，二是保证出残铁安全方便。

A ．出净 B．多出 C ．少出 D ．出不净14、精料的内容概括为：高、稳、小、净、均。

其中小指的是 ( B )。

名词解释：活化能P86：表示燃料的反应能力。

绝大多数参与反应的分子能量处于平均水平，具有平均能量的分子转化为活化分子所需要的最低能量称为活化能。

活化能使参与化学反应的物质达到开始进行化学反应状态所需要的最低能量，用E1表示。

标准煤P26：安照规定，收到基发热量为29310kJ/kg的煤为标准煤。

可磨性系数P63：煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度称为煤的可磨性系数。

将质量相等的标准煤和实验煤由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时，消耗的能量的比值。

循环倍率P237：上升管中实际产生一公斤蒸汽需要进入多少公斤水，即K=G/D1、什么是煤的工业分析？化学分析？简述其中各成分对煤燃烧的影响（灰分、挥发份、水分、碳）。

P22-23 DP60元素（化学）分析：全面测定煤中所含全部化学成分。

包括：C H O N S A M工业分析：在一定的实验室条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发份、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数叫做工业分析。

碳：碳是煤中含量最多的可燃元素，发热量较大，其中包含挥发份和固定碳，固定碳燃点较高，不易着火和燃尽。

水分：水分增加会使锅炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。

（水分多，燃料燃烧有效放热量便减少；水分多，增加着火热，推迟着火；水分多，降低炉内温度，使着火困难，燃烧也不易完全，增加机械和化学不完全燃烧热损失；水分吸热变成水蒸气排出，增加排气量而使排烟热损失增大，降低锅炉热效率；同时为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件；水分增加，提高过热气温；会给煤粉制备增加困难；但水分多，水分蒸发后，会使煤粉颗粒内部的反应表面积增加，从而提高着火能力和燃烧速度。

）灰分：灰分的存在不仅使单位燃料量的发热量减少，而且影响燃料的着火和燃尽，也是造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。

（灰分增加，煤中可燃成分相对减少，降低发热量，且灰分熔融吸收热量，排渣带走大量热量；灰分多，在煤粒表面形成灰分外壳，妨害煤的燃烧，使煤不易燃尽，增加机械不完全热损失；灰分多，使炉膛温度下降，燃烧不稳定；灰分多，磨损受热面，受热面积灰，增加排烟温度，降低锅炉效率；灰分多，产生炉内结渣，腐蚀金属；增加煤粉制备的能量消耗；造成环境污染。

锅炉燃烧理论第一节 燃烧理论解决问题学习燃烧理论的目的是为了了解认识燃烧过程的本质，掌握燃烧过程的主要规律，以便控制燃烧过程的各个阶段，使其按照人们的要求的速度进行，燃烧理论解决的问题是：(1) 判断各种燃料的着火可能性，分析影响着火的内因条件与外因条件以及着火过程基本原理，保证燃料进入炉内后尽快稳定地着火，保证燃烧过程顺利进行。

(2) 研究如何提高燃料的燃烧速度，使一定量的燃料在有限的空间和时间内尽快燃烧，分析影响燃烧速度的内因条件与外因条件，以及燃尽过程的基本原理，提出加速燃烧反应，提高燃烧效率的途径。

(3) 燃烧理论来源于生产实践和科学试验。

反过来又指示出燃烧技术进步与发展的方向。

第二节 质量作用定律---化学反应速度1．质量作用定律燃烧是一种发光发热的化学反应。

燃烧速度可以用化学反应速度来表示。

在等温条件下，化学反应速度可用质量作用定律表示。

即反应速度一般可用单位时间，单位体积内烧掉燃料量或消耗掉的氧量来表示。

可用下面的式子表示炉内的燃烧反应：ａＡ＋ｂＢ==ｇＧ＋ｈＨ (5-1)(燃料)(氧化剂) (燃烧产物)化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆向反应速度来表示。

即 （5-2）(5-3)2. 质量作用定律的意义质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响。

其意义是：对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与 参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度的方次等于化学反应式中相应的反应系数。

因此，反应速度又可以表示为：(5-4)式中 ＣA, ＣB---反应物A,B的浓度a , b---化学反应式中，反应物A,B的反应系数；kA, kB---反应速度常数。

3．多相燃烧的化学反应速度对于多相反应，如煤粉燃烧，燃烧反应是在固体表面上进行的，固体燃料的浓度不变，即CA=1。

反应速度只取决于燃料表面附近氧化剂的浓度。

用下式表示：(5-5)式中 ＣB---- 固体燃料表面附近氧的浓度上式说明，在一定温度下，提高固体燃料附近氧的浓度，就能提高化学反应速度。

燃烧1、着火是指：燃料和氧化剂混合后，由无化学反应、缓慢的化学反应向稳定的强烈放热状态的过渡过程，最终在某个瞬间、空间中某个部分出现火焰的现象。

2、热自燃孕育期即为着火延迟期:它的直观意义是指可燃物质由可以反应到燃烧出现的一段时间，更确切的是在可燃物质已达到着火条件下，由初始状态到温度骤升的瞬间所需时间。

3、火焰传播是指：当混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量将加热临近层的可燃混合气，使其温度升高至着火燃烧，这样一层一层的着火燃烧，把燃烧逐渐扩展到整个可燃混合气的现象。

4、燃烧温度:燃料在炉内实际燃烧后烟气所达到的温度(有散热），它是在边燃烧边传热的情况下烟气达到的温度，在高度方向和炉膛截面的不同处，其燃烧温度是不相同的；此外还与燃烧完全程度及燃料是否热解有关。

5、理论燃烧温度(绝热燃烧温度):假定炉膛边界不传热（绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零）时炉内烟气所能达到的最高温度(不等于1,燃料和空气均可预热）。

理论燃烧温度是燃料燃烧的一个重要指标,为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算,都有实际意义。

6、理论发热温度:假定炉膛边界不传热(绝热系统）时，燃料完全燃烧（不完全燃烧热损失为零），燃料和空气均不预热时,空气消耗系数为1时，炉内烟气能达到的温度称为理论发热温度。

理论发热温度只和燃料性质有关，是从燃烧温度的角度评价燃料性质的一个指标。

7、均相燃烧：燃料和氧化剂的物态相同，如气体燃料在空气中的燃烧,燃料和氧化剂都是气体，属于同相燃烧。

8、异相燃烧:燃料和氧化的物态不同，如固体燃料在空气中的燃烧属于异相燃烧.9、动力燃烧：燃料与氧化剂混合时间远小于燃料与氧化剂的混合物为达到开始燃烧反应的温度时所需的加热时间和完成化学反应所需时间之和，扩散性能远远超过化学反应性能，燃烧速度取决于化学反应性能,而与扩散性能无关.此时，扩散性能很强，燃料表面有足够的氧气，阻碍燃烧的是不能迅速进行化学反应。

1.电站锅炉：所谓电站锅炉，是将媒或其他燃料的化学能转化为水、水蒸气的热能，向汽轮机发电机组提供蒸汽的工业装置。

其任务是燃烧燃料，生产一定数量和品质的蒸汽。

2.自然循环锅炉：所谓自然循环锅炉，是指蒸发系统内仅依靠蒸汽和水的密度差的作用，自然形成工质循环流动的锅炉。

3.型锅炉：型锅炉即从侧面看锅炉的形状呈现型，炉膛顶部通过折焰角连接水平烟道，之后垂直向下形成竖直烟道。

4.烟煤、贫煤：媒的干燥无灰基的挥发分含量之间的媒。

无烟煤：媒的干燥无灰基的挥发分含量的媒。

褐煤：媒的干燥无灰基的挥发分含量的媒。

5.媒的高位发热量：单位质量的媒完全燃烧时释放的全部热量包括燃烧产物中的水蒸汽全部凝结成水时所放出汽化潜热，称为媒的高位发热量。

6.媒的哈氏可磨系数：，其中是通过孔径为74μm的筛子的煤粉量。

7.灰媒的三个特性温度：DT - 变形温度，灰锥顶端开始变圆或弯曲的温度；ST - 软化温度，在灰锥的熔融过程中，煤灰的锥顶变至锥底或变成球形或高度等于或小于底长时所对应的温度；FT –流动温度，灰锥融化成液体或厚度在一下时对应的温度。

8.挥发分含量：失去水分的媒，在加热过程中有机质分解而析出的气体物质占媒粉样品的质量分数。

9.热有效系数：被污染受热管的传热系数与清洁管的传热系数之比。

10.（水冷壁）热有效系数：受热面的吸收热量与投射到炉壁上的热量之比。

11.直流煤粉燃烧器：煤粉气流和热空气从一系列矩形或圆形喷口射出后，形成直流射流的燃烧器。

12.水冷壁的截面含气率：汽水混合物中，管道断面上蒸汽所占的断面与总断面之比。

13.一次风：携带煤粉进入炉膛的热空气。

二次风：为补充燃料燃烧所需的氧，经燃烧器进入炉膛的纯净的热空气。

三次风：在中间储仓式制粉系统的热风送粉系统中，携带细粉的磨煤乏气由专门的喷口送入炉内燃烧，称为三次风。

14.结渣：结渣是指炉内软化或融化的灰粒膨胀并粘附在水冷壁和主要受热面上生成的渣层。

15.烟气走廊：在布置锅炉对流管束时,管束不应碰到炉墙,管束与炉墙之间留有一定的间隙,该间隙即所谓的烟气走廊。

1. 1. 说明煤的化学组成、挥发份及灰分、水分、碳分等对煤质特性的影响？煤的化学组成主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等元素组成：碳是煤中主要的可燃元素，在燃烧过程中放出大量的热；煤的炭化程度越高，含碳量就越大；含碳量高的煤难以着火与燃烬，但是发热量很高。

氢也是煤中主要的可燃元素，有效氢的发热量很高，是碳发热量的3～4倍，煤中氢含量先随着炭化程度的增加而增加，当煤中含碳量为85%时达到最大值，然后随着炭化程度的增加而下降。

氧是煤中有害的不可燃元素，煤中含氧量随着炭化程度的增加而下降，煤中氧含量的存在会使煤发热量降低。

氮是煤中的有害不可燃元素，其存在不但降低煤的发热量，而且会生成NOx等污染物；硫是煤中的有害元素，在煤燃烧过程中会生成SOx等有害污染物。

挥发分是煤在隔绝空气条件下加热到850℃时析出的气体。

挥发分含量多的煤，着火容易，着火温度低，燃烬容易；挥发分含量少的煤，着火温度高，着火困难，燃烬非常困难。

灰分是指煤中所含的矿物质在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成的一些固体残留物。

灰分含量高的煤不仅使煤的发热量减小，而且影响煤的着火与燃烧。

由于燃烧烟气中飞灰浓度大，使受热面易受污染影响传热、降低效率，并使受热面易磨损而减少寿命。

同时，对排烟中的含尘量必须采用高效除尘措施，使排烟中含尘降低到合格的排放指标。

在煤的使用过程中，一定要重视煤的灰熔点，否则容易造成结渣，不利于燃烧过程中空气的流通和气流均匀分布，破坏燃烧过程的稳定运行。

水分是煤中的不可燃成分，其存在不仅降低了燃料的可燃质含量，含水量大的燃料发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和将蒸发的水蒸气加热，降低燃烧室温度，使锅炉效率降低，并使排烟损失加大，还易在低温处腐蚀设备。

含水量大的煤使得制粉设备制粉困难，需要高温空气或烟气干燥。

同时，水分大的煤也不利于运输，并使成本增加。

但是，在高温火焰中水蒸气对燃烧具有催化、媒介作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，增加火焰及烟气的辐射放热强度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。

摘要对理论燃烧温度的通用计算式提出了修正。

认为理论燃烧温度的通用计算式未考虑风口前凝聚相反应产物对理论燃烧温度的影响，随着高炉喷吹物料种类的多元化和喷吹量的增加，其计算误差将越来越大，更重要的是难以体现喷吹不同物料的区别。

为此，提出了理论燃烧温度的修正计算式。

关键词高炉喷煤理论燃烧温度1 理论燃烧温度的通用计算式高炉的理论燃烧温度是指燃料在风口区不完全燃烧，燃料和鼓风所含热量及燃烧反应放出的热量全部传给燃烧产物时所能达到的温度。

理论燃烧温度是由风口局部区域的热平衡计算得出，计算的基准温度一般采用常温。

以常温为基准就不需考虑喷吹燃料及输送燃料的压缩空气所带人的显热。

因此，普遍采用的计算式为［1，2］：式中 Q碳——风口前碳素燃烧生成CO放出的热量，kJ；Q风——鼓风带入的物理热，kJ；Q焦——焦炭带人的物理热，kJ；Q水——鼓风中湿分分解耗热，kJ；Q分——喷吹燃料的分解耗热，kJ；C PL——高炉炉缸气体中C O、N2的平均热容，kJ／(m3·℃)；C P2——高炉炉缸气体中H2的平均热容，kJ／(m3·℃)；V CO、V N2、V H2——炉缸煤气中CO、N2、H2的体积，m3。

亦有学者在大喷煤量下，对理论燃烧温度的计算式进行了修正，主要包括：①热收入中增加了煤粉物理热；②将鼓风湿分的分解热改为水煤气反应热；③考虑不完全燃烧条件下煤粉在风口区的反应热［3］。

修正的理论燃烧温度计算式如下：式中 Q R焦——焦炭燃烧生成CO放出的热量，kJ；Q R焦——燃料燃烧生成CO放出的热量，kJ；Q煤——煤粉带人的物理热，kJ；C PG——高炉炉缸气体的热容，kJ／(m3·℃)。

2 理论燃烧温度的修正计算式以上两式的计算方法基本类似，修正式只是把热收人和消耗项计算的更精确一些。

但以上两式都未完全符合理论燃烧温度的计算原理，只考虑了燃烧产物中的气体，而未考虑凝聚相产物。

实质上，焦炭和燃料中的灰分也是燃烧产物，其升温也需要消耗热量，尤其在风口喷吹含灰分高的燃料或熔剂时，其对理论燃烧温度的影响更大。

理论燃烧温度与炉缸热状态和高炉上下部压差的关系研究竺维春，王冬青(北京，首钢技术研究院，100043)摘要：本文主要统计了首钢A．B两座高炉不同煤比时理论燃烧温度的控制范围；对风口前理论燃烧温度与铁水温度、铁水中[Si]的关系进行了分析，经过相关分析得出：A高炉风口前理论燃烧温度与铁水温度存在负的相关关系，皮尔森相关系数为﹣0．712，P=0．047，风口前理论燃烧温度与铁水中[Si]存在负的相关关系，皮尔森相关系数为﹣0．721，P=0．043；B高炉风口前理论燃烧温度与铁水温度和铁水中[Si]均不存在相关关系．另外经过相关分析，认为风口前理论燃烧温度与高炉上部压差与高炉下部压差也不存在相关关系．因此认为：风口前理论燃烧温度不能完全表征炉缸热状态，风口前理论燃烧温度高时铁水温度和铁水[Si]含量不一定很高，用铁水温度来表征炉缸热状态可能更合适。

另外，认为风口前理论燃烧温度作为高炉调剂的一个主要参数意义不大，没有必要将其作为高炉日常操作调剂的一个主要指标。

关键词：炉缸热状态；理论燃烧温度；铁水温度；下部压差前言高炉炼铁是钢铁联合企业生产的咽喉，其安全、稳定、顺行对整个物流的平衡极为重要。

高炉正常生产必须要遵行三个规律：①炉况稳定、顺行。

②煤气流分布合理。

③炉缸工作良好[1]。

而这三点之中炉缸的工作状态良好，对高炉稳定、顺行、优质、高产、低耗起着决定性作用。

高炉操作者期望稳定、高效的生产，而这又要求高炉炉缸能提供充足、稳定、沿炉缸径向及周向分布均匀的热量和还原气体，且大量的铁水要能从炉缸内顺利排出：生铁生产要具有竞争力，就必须做好炉缸热状态的研究工作[2]，有观点认为理论燃烧温度可以表征炉缸的热状态，理论燃烧温度低，高炉炉缸热量不足；高炉理论燃烧温度高，会使炉内软熔带上部和下部压差升高，料柱透气性变坏，本文主要以首钢某高炉为例，研究了风口前理论燃烧温度与高炉铁水温度，风口前理论燃烧温度与高炉上部和下部压差的关系。