[科普中国]-分解热

简介

由于焦煤资源日益短缺，炼焦工序污染严重以及昂贵的焦炭价格，高炉大量以煤代焦炼铁，有重大经济效益和社会效益。高炉富氧与喷煤有良好的技术互补性，二者相互配合克服了高炉单独富氧鼓风或单独喷煤(特别是大量喷煤条件下)的缺点，使高炉技术指标大幅度全面改善。喷入高炉的煤粉颗粒一旦进人直吹管的热风中，即暴露在氧化气氛中，快速加热条件下热解反应和燃烧反应快速进行。煤粉的分解是吸热的，煤粉挥发分越高其吸热越多，它是影响高炉炉缸理论燃烧温度的一个重要的因素1。

煤粉分解热与高炉风口燃烧温度喷入高炉的煤粉在风口前燃烧与煤在大气中或锅炉内的燃烧不同。在高炉的风口带碳多于带氧，温度较高，喷人的煤粉燃烧后最终氧化成CO, H₂, N₂，而不能像在大气中形成CO₂, H₂O,N₂。也就是说此时煤粉中的碳燃烧放出热量远远低于在大气中燃烧可放出的热量。H₂在风口带不能燃烧，不放出热量;相反煤中的有机物分解出来，还要吸热。煤粉分解热可以定义为每kg煤粉在高温惰性气体条件下分解为C, H, CO,N₂所吸收的热量，烟煤的分解热要大于无烟煤的分解热。

与焦炭在风口前燃烧相比，喷吹煤粉与鼓风中氧燃烧的最终产物仍然是CO,H₂和N₂，并放出一定的热量，这是两者相同之处。不同之处在于焦炭在炼焦过程已完成煤的脱气和结焦过程，风口前的燃烧基本上是碳的氧化过程。而喷吹煤粉却不同，煤粉要在风口前经历脱气、结焦和残焦燃烧3个过程，而且它要在从喷枪出口处到循环区内非常短的停留时间内完成燃烧全过程。碳氧化放出的热量，有部分被碳氢化合物分解为碳和氢的反应所吸收。

高炉风口循环区的理论燃烧温度是燃料在风口前燃烧时(不完全燃烧)所产生的热量、助燃热风含有的热量和焦炭带人的热量全部传给燃烧产物时达到的温度。它是高炉冶炼计算中的一个重要参数。理论燃烧温度也可以理解为炉缸煤气参与炉料热交换前的温度。影响理论燃烧温度的主要因素是鼓风湿度、风温、燃料喷吹量和焦炭热熔等。通常高炉具有一个上限的理论燃烧温度，超过这个温度将导致炉料中沉积过多的氧化物质并造成炉料的透气性恶化。理论燃烧温度上限，国外定为低于2 300-2 400℃，国内则倾向于不大于2 300℃。理论燃烧温度下限值一般认为不应小于2 050℃。

随着高炉喷煤量的不同，计算出的理论燃烧温度也会相应产生一定的误差，有时甚至误差很大。误差不是呈线性变化，没有一定的规律。其主要原因是:随煤粉分解热的增加，理论燃烧温度下降，但由于气体的比热容是温度的函数，随着温度的下降而降低，但这又会使理论嫌烧温度有所回升。两者综合影响结果，使理论燃烧温度的误差值无明显的规律2。

煤粉分解热的确定原理及方法煤粉分解热是指煤粉在隔离氧的高温条件下自身分解时所吸收的热量。在高炉风口区，煤粉分解为最终产物C,CO,H₂,N₂要吸收热量，同时煤中的少量水分与风口前碳反应，也要吸收一部分热量。因此严格来讲，煤粉分解热应包括煤粉中有机物以及少量水与碳反应所吸收的热量。在这里煤粉中的水随煤粉进入直吹管后，不会分解成H₂和O₂，这是因为水与碳的反应温度是500℃，而水分分解温度在1200℃左右3。

总结煤粉分解热是计算理论燃烧温度的一个重要参数，原有的数据已渐陈旧，随着高炉喷煤量的不断提高，这一参数显得日益重要。根据盖斯定律原理确定煤粉分解热新方法，可根据现有的热力学数据、煤粉的元素组成以及煤粉发热值的理论计算公式或氧弹的量热试验，即可确定出煤粉分解热数据2。