VoL23 No.4 张建良等：高炉喷煤过程煤粉分解热确定新方法 ·309年 ,(0c士0s士2-Ok-0煤) fe=(Coo-Voo+C+CnV) (1) 下自身分解时所吸收的热量.在高炉风口区，煤 其中：2c一每吨铁中碳燃烧成CO放出的热量， 粉分解为最终产物C,CO,H,N要吸收热置，同 kJt;2一每吨铁鼓风带人的热量，kJ作；2一 时煤中的少量水分与风口前碳反应，也要吸收 每吨铁然料带入的物理热，kJ作；2，一每吨铁 一部分热量.因此严格来讲，煤粉分解热应包括 喷吹然料分解热，kJ;Co-CO的比热容，kJ/ 煤粉中有机物以及少量水与碳反应所吸收的热 (m3.℃)；C一N2的比热容，kJ/(m3.℃)；C-H 量.在这里煤粉中的水随煤粉进入直吹管后，不 的比热容，J/(m3.℃)；Vco,V%,a一铁中CO,N 会分解成H,和O2,这是因为水与碳的反应温度 H2的质量体积，m北. 是500℃，而水分分解温度在1200℃左右. 从式(1)可知，煤粉的分解热值的精确度直 以1kg无水状态的煤粉（干燥基）为标准， 接影响到的确定，而是表征炉缸热状态的一 确定煤粉的分解热，此时： 个重要参数，通常是通过计算得到的.因此， Wc.+Wn+Wo.+Wx.+ws+w=100% (2) 2毋的正确与否直接影响到，准确性.分解热误 其中，WceWH.WoeWNaWsoW分别为无水煤粉中，C, 差为100kJkg时△与喷煤量的关系如图1. H,O,N,S及灰分的质量分数. 根据盖斯定律化学反应的热效应只与物质 40 的初始与终态有关，而不管它实现的途径.将盖 30 20 斯定律用于计算煤粉分解热2分，其原理如图2. 10 煤粉分解后的最终产物C,CO,H,N2,这些最终 产物完全然烧后生成CO2、H,O(蒸汽)和N,这部 -10 分热量可以通过热力学计算出来，记为2.而 -20 煤粉的低位发热量（即煤粉完全燃烧，生成CO, -30 H,O(蒸汽)，N2所产生的热量，记为2)，我们可 40L 50 100 150 200 250 以通过量热试验测量出1kg干燥煤粉的低位发 喷煤量/kgt 热量，根据盖斯定律2=2分+2M,即可计算出 图1分解热提差为100g时△，与喷煤量的关系 1kg干燥煤粉的分解热2.这里规定过程体系 Fig 1The relationship between At,and PCI rate(100 kJ/kg 吸热为正值，放热为负值 error of decomposition heat of coal) 从图1中可以看出，随着高炉喷煤量的不 煤粉 C0,HO(蒸汽)，N 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 2分 e. 化，没有一定的规律.其主要原因是：随煤粉分 C,C0,H2,N2/ 解热的增加，理论燃烧温度下降，但由于气体的 图1煤粉分解热确定原理图 比热容是温度的函数，随着温度的下降而降低， Fig.2 Principle of determining the decomposition heat of 但这又会使理论燃烧温度有所回升.两者综合 coal 影响结果，使理论燃烧温度的误差值无明显的 (I)2u计算.2a是指煤热解后的C氧化 规律. 成CO2、H2氧化成HzO(蒸汽)，C0氧化成CO2的 目前煤粉分解热的典型数据有王筱留提出 热量之和，即2u=2c+2co+QH,相关反应如下m: 的00kJkg、成兰伯提出的1005kJ/kg以及贺 C+02=CO2+AH:AH=-408.8kJ/mol 友多提出的300×418kJ/kg.在选取煤粉分解热 C0+1/202=C02+△H2△H2=-283.4kJ/mol 时，数据来源差别较大，煤种不同，煤粉分解热 H+1/202=H0+△H,△H3=-242.0kJ/mol 也有很大的差别.为此本文提出一种根据盖斯 煤粉的元素分析以干燥基为基准，根据煤 定律、适合于各类高炉喷吹用煤的煤粉分解热 粉的元素分析结果以及干燥基的灰分含量A°， 的确定方法 非常容易的计算出1kg干燥煤粉分解后可生成 的C,CO,H2,N2摩尔数. 2煤粉分解热的确定原理及方法 2eam=Qc+Qco+2h=△H1net△H2ncot△H,nu= 煤粉分解热是指煤粉在隔离氧的高温条件 △H1nc+△H2naot△H,nu (3)、 勺L口 洲陌月 张建 良等 : 高炉喷煤过程煤粉分 解热确定 新方法 3 09 . 。 = 瓮念攒韦兴 ) (l) 其中 : cQ 一每吨铁中碳燃烧成 c o 放 出的热量 , U 入; 么一每吨铁鼓风带人的热 t , U 入; .Q 一 每 吨铁燃料带人 的物理热 , U 介; 么 。 一每吨铁 喷吹燃料 分解热 , U 魔; 饰一C O 的 比热容 , 娜 (m 3 . ℃) ; q 一N Z 的比热容 ,娜 ( m 3 . ℃ ) ; 几一H : 的比热容 , klJ ’(m · ℃ ) ; 踢 , 入 , 汽一铁中 C O ,Nz , 玩 的质量 体积 , m J八 . 从式 (l) 可知 , 煤 粉的分解热值 的精确度 直 接影响到 tr 的确定 , 而 tr 是表征炉缸热状态的一 个重要参 数 , 通常 ’t 是通过计算 得 到的 . 因此 , Q 分 的正确 与否直接影 响到 ’t 准确性 . 分解 热误 差 为 l o ld k7 g 时 渐与喷煤量 的关系如 图 1 . 5 0 l 0() 150 20() 2 50 喷煤t / kg · t 一 , 圈 1 分解热误 差为 1佣 目抽电 时 灿 与咬焦 , 的关系 F抽 I T五e 碑 .I 山. 倒如b时 . . . 渐 二 d P C I . 城 1加 目抽嗯 e前 r o f d ~ 州阅枪如. 血.e t of .co 砂 从 图 1 中可 以看 出 , 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 . 目前煤粉分解热 的典 型数据有王筱 留提 出 的 9 0() U k/ 官 6 1 、 成兰 伯提 出的 l o 5 U 瓜召m 以及贺 友 多提 出的 3 0 x 4 . 18 kl/ 坷 们 . 在选取煤粉分解热 时 , 数据来源差别较 大 , 煤种不 同 , 煤粉 分解热 也有 很大 的差别 . 为此本文提 出一种 根据盖斯 定律 、 适 合 于各类 高炉喷吹用煤 的煤粉分 解热 的确定方 法 . 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 , C O , 凡 , 凡 要吸收热 t , 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 中的水随煤粉进人直吹管后 , 不 会分解成 H : 和 认 , 这是 因为水 与碳的反应温度 是 5 0 ℃ , 而水分分解温度 在 1 2 0 ℃左 右 . 以 I kg 无水状态 的煤粉 ( 干燥基 )为标准 , 确定煤粉 的分解热 , 此 时 : 城户w 叹+ 冼户脚户w 场+ 翎人 = 10 0% (2 ) 其中洲` 板 , 呱 , 板 ,w 匀叭分别为无水煤粉 中 , C , H , O , N , S 及灰分 的质量分数 . 根据 盖斯定律化学反应的热效应只与物质 的初始 与终态有关 , 而不管它实现的途径 . 将盖 斯定律用于计算煤粉分解 热汤 , 其原理如 图 .2 煤粉分解后 的最终产物 C , C O , 玩 , 姚 , 这 些最终 产物完全燃烧后生成 C认 、 玩o( 蒸 汽)和凡 , 这部 分热量可 以通过热力学计算 出来 , 记为 g 倒 . 而 煤粉的低 位发热量(即煤粉完全燃烧 , 生成 c oZ , 从O( 蒸 汽) , 从 所产生 的热量 , 记 为 C益) , 我们可 以 通过量热试验测量 出 I kg 干燥煤粉的低位发 热量 , 根据 盖斯定 律 口州= 玩 + C比 l , 即可计算 出 1掩 干燥煤粉 的分解热 口` . 这里规定过程 体系 吸热为正值 , 放热为 负值 . 4032100 -l02034 护、 ` 刁 煤粉 — — 一一一一吃0 2 , H 2 O( 燕汽) , N Z 伙 。 , 。 o , 、 , 、 F娘 . 2 户 C O . l 圈 2 焦粉分解热确 定原理 圈 P 对巨c iP .I of de et m 加恤 g ht . d侧泊. 脚. 相心. 加. t of 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 (l) Q画 计算 . C山 是指煤热解后 的 C 氧化 成 C q 、 瓦 氧化成 H 2 O( 蒸汽 ) , CO 氧化成 C认 的 热量之和 , 即 C 比 l = 认+ g 加+ 汤湘关反应如 下闭 : C ,心 2 = C 0 2+ 八阮 △私 = 一 40 .8 8 U Z山。 ! C O+ 12/ 认 = C O Z十入从 △从 = 一 2 83 . 4 以m/ 0 1 H Z+ l 2/ 0 2 = 玩 O咔入陇 △从 = 一 2 4 2 . o k J/ m o l 煤粉 的元素分 析以 干燥基为基准 , 根据煤 粉的元素分析 结果 以及干燥基 的灰分含量 刀 , 非常容易的计算出 I kg 干燥煤粉分解后可生成 的 c , c o , 凡 , 凡 摩 尔数 . C闷 = cQ + 区 。 + 么 = 八队 头+ 八陈 n co + 入陇 甄 = 八付i 头+ 八从 刀印十入从 n 、 (3 )