固体燃料燃烧（一）

   （一）燃烧反应及其热力学分析
    烧结用的燃料固定碳含量一般为68～80%当温度上升到700℃以上即可燃烧。烧结点火时，因为要使表面有一定的供热强度并形成一定低熔点的液相，所以点火温度应在1100～1200℃之间。由于抽风烧结不断供氧，空气中的氧与燃料中的碳发生如下反应：
    C+O₂=CO₂+33411kJ/kgC             ΔZ=-94200-0.2T                 (1)
    2C+O₂=2CO+9797kJ/kgC             ΔZ=-53400-41.9T                (2)
    CO₂+C=2CO+13816kJ/kgC           ΔZ=-13500+41.5T(2CO=CO₂+C)      (3)
    2CO+O₂=2CO₂+23616kJ/kgC             ΔZ=-40800+41.7T             (4)
    烧结过程中以上四种反应如何发展，取决于反应的等压位ΔZ的变化。当ΔZ＜0时，反应可以进行；当ΔZ=0时，反应达到平衡；当ΔZ＞0时，反应不能进行，或有利于逆反应。

    将上述方程绘于图1中，可以看到：
    反应(1)式基本上不随温度的变化而变化，由于ΔZ负值大，因此有利于反应的进行。反应(2)式，当温度越高, ΔZ负值就越大，因此反应易于进行。反应(3)式当T＞954K时, ΔZ正值增加，因此反应不易进行，但有利于逆反应，此式又称为贝-波反应，也称碳素损失反应。反应(4)式当温度升高, ΔZ正值增加，不利于反应的进行，而有利于逆反应进行。
    从以上反应看出，除反应(1)外，高温有利于CO生成，低温有利于CO₂生成。
    在实际烧结过程中易发生反应(1),在高温区有利于反应(2)进行。由于燃烧带窄，废气经过预热干燥带，温度很快下降，所以反应(2)受到限制。反应(3)的逆反应在烧结过程中能进行，但其反应是受限制的。反应(4)在烧结过程低温区易于进行。所以烧结废气中以CO₂为主，只有少量CO,还有一些自由氧。[next]
    图2是烧结迁安精矿自熔性烧结矿的废气成分的变化。

    废气成分的实际分析证明了以上的热力学分析。
    通常用燃烧比(CO/CO+CO₂)来衡量烧结过程中碳素的化学能的利用，以及用废气成分来衡量烧结过程的气氛。燃烧比大则碳素利用差，气氛还原性较强，反之碳素利用好，氧化气氛较强。
    影响燃烧比的因素有燃料的粒度、混合料中燃料含量及负压大小。图3表示它们之间的关系。

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    此外燃烧比与料层厚度的关系是：当料层厚度为250～300毫米，燃烧比达最大值。当返矿量增加而燃料量不变时，燃烧比降至最小值，然后朝着返矿平衡值方向变化。如图4所示。

    燃料粒度变细、燃料量增加和提高烧结温度，使燃烧比恶化，这是因为燃烧反应倾向于贝一波反应的结果，而料层的加厚和返矿的减少引起CO的增加是由于燃料分布密度增大、烧结时间延长和烧结温度提高的结果。提高负压引起CO有所增加。
   （二）燃烧反应的动力学分析
    燃料燃烧反应是一种气固相反应，它服从以下五个步骤：
    1)气体中氧分子扩散到固体燃料的表面；
    2)氧分子被固体燃料表面所吸附；
    3)被吸附的氧分子与碳发生反应形成中间产物；
    4)中间产物断裂，形成反应产物———气体，这种气体被吸附在炭粒表面；
    5)反应产物脱附，气体离开炭表面向气相扩散。
    其机理方程为：

    断裂:高温时,＞1600℃  C_xO_y3→nCO+mCO₂(n=2m)
    低温时,＜1300℃,由氧的撞击断裂  C_xO_y+O₂=nCO+mCO₂(n=m)
    中温时，两者反应都有,n:m=1/2 CO/CO₂=1/2
    因之整个燃烧反应速度，取决于燃烧的化学反应速度和扩散反应速度。