Основные отличия горения топлива при агломерации от горения в других топливосжигающих устройствах состоят в следующем.

Твердое топливо агломерационной шихты воспламеняется не в атмосфере воздуха, а в газе с небольшой концентрацией кислорода - до 1-3%. Экспериментально установлена следующая зависимость температуры воспламенения кокса от содержания кислорода в газе:

tB = 934 - 161 {lg02}, (4.13)

которая при агломерации составляет 700-850°С.

Горение углерода топлива в агломерируемом материале проходит в относительно небольшом по высоте слое. Для различных условий агломерации толщина зоны горения изменяется от 15 до 40 мм. Главным фактором, влияющим на толщину зоны горения, является размер частичек твердого
топлива (рис. 4.9). Для коксика фракции 0-3 мм толщина зоны горения составляет в среднем 20-30 мм.

частиц толли6о, нн

Рис. 4.9 Зависимость толщины зоны горения от размера частиц коксовой
мелочи: содержание углерода в шихте 3,5%, скорость фильтрации,
газа в слое 0,595 м/с

Причина такой нконцентрации” процесса горения в ограниченном по высоте слое заключается в исключительно высокой интенсивности теплообмена между газом и шихтой. Вследствие высокой удельной поверхности (при эквивалентном диаметре комочков агломерационной шихты

1,5 мм удельная поверхность 1 см3 шихты составляет не менее 35 см2) и высокой эффективной теплоемкости (с учетом затрат теплоты на испарение влаги) продукты горения очень быстро (в течение 0,01-0,02 с) охлаждаются до температур 700-800°С, ниже которых горение углерода становится невозможным даже при наличии в газе достаточно высокой концентрации кислорода.

Горение топлива в агломерируемом слое имеет двойственный характер.

С одной стороны, из-за небольшой концентрации (3-6% по массе или 12-20% по объему) частицы топлива разобщены негорючими материалами (руда, возврат, известняк): поэтому процесс горения топлива в слое аглошихты можно рассматривать как горение одиночных изолированных частиц топлива в потоке газа с непрерывно увеличивающимися температурой и содержанием кислорода. В момент воспламенения - при относительно низких температурах горящая частичка будет окружена газовой фазой с отношением СО:С02 примерно равным 2. В то же время на верхних горизонтах зоны горения температура поверхности коксовой частицы первышает 1600°С и
образующиеся первичные продукты горения будут состоять преимущественно из СО, при минимальном содержании С02.

С другой стороны, горение углерода при агломерации - это слоевой процесс. Об этом свидетельствуют непрерывное снижение количества кислорода в газе в направлении его движения по зоне горения и соответствующее увеличение в нем концентраций СО и С02. При этом первичные продукты горения при движении в высокотемпературном слое «изменяют» свой состав в результате протекания вторичной реакции догорания СО (см. реакцию 4.12).

Учитывая, что в большинстве случаев на практике в агломерационном газе содержится значительное количество кислорода (4-8%), восстановительная зона (по отношению к углероду) при агломерации отсутствует, и поэтому реакции (4.11) и (4.12) не имеют заметного развития.

Одна из особенностей горения твердого топлива при агломерации состоит в том. что в продуктах горения одновременно присутствуют и 02, и СО. Обусловлено это разобщенностью в слое частиц топлива. В высоко­

температурной зоне потоки газа с СО и 02 могут проходить раздельно, по соседним каналам. По выходе из зоны горения охладившиеся молекулы СО и 02, соприкасаясь, уже не могут реагировать друг с другом.

Горение частичек топлива начинается в слое твердой шихты, а заканчивается в зоне формирования агломерата, где имеется большое количество железистых расплавов. За счёт оставшегося углерода в этой зоне протекают реакции восстановления оксидов железа.

Значительная доля мелких частиц топлива шихты в процессе

окомкования закатывается внутрь гранул, что затрудняет диффузию к ним кислорода, но облегчает взаимодействие их с оксидами железа.

Наиболее сильное влияние на результаты горения топлива в

агломерируемом слое оказывает концентрация углерода в шихте. По мере увеличения его концентрации количество свободного кислорода в продуктах горения уменьшается.