Результаты лабораторных исследований

Таким образом, аналогично результатам лабораторных исследований получается, что при слоевом процессе и накоплении в газе продуктов восстановления, в особенности при умеренных температурах, кинетические преимущества водорода могут не проявляться. В. И. Логинов и др. выполнили исследование на металлургическим заводе им. Дзержинского, подобное описанному в работе.

По усредненным результатам вертикального зондирования получается, что отношение концентраций Ян2 при понижении температуры от 1150 до 700 800°С увеличивается от 0,270 до 0,625 и дальше остается неизменным. Вместе с тем отношение концентраций углеродсодержащих газов со непрерывно увеличивается по всей высоте вертикального элемента печи от 0,04 при 1150°С до 0,74 при 300°С. В нижней части этой вертикали, в области температур выше 700 800°С, водород используется лучше, чем СО.

В области более низких температур, напротив, лучше используется окись углерода. Это снова подтверждает, что в верхней части печи водород не участвует в восстановлении, а неизменность отношения концентраций водородсодержащих компонентов свидетельствует о существенном замедлении реакции водяного газа. Авторы приходят к обоснованному выводу о том, что в исследуемой доменной печи восстановления водородом магнитной окиси при температурах ниже 650°С и закиси железа при температурах менее 850°С не происходит.

Результаты отбора проб по радиусу печи на горизонте 5 ж ниже кромки большого конуса показывают, что в периферийной части -печи (при средней температуре 800°С) степени использования водорода и СО почти одинаковы (~ 30%). В области наиболее нагруженной рудой при температуре 600 700°С окись углерода используется полнее водорода (50 и 45% соответственно), а в осевой части с температурами в среднем 900°С, напротив, водород используется полнее (30 и 20% соответственно).

При температурах выше 750°С состав газов в слое шихты близок к равновесному для реакции водяного газа, а при более низких температурax он существенно отличается от равновесного. Опытные точки располагаются здесь ниже равновесной кривой, т. е. в газе имеется значительный избыток паров воды над равновесным. Следовательно, ниже 750°С реакция развита слабо и в газе сохраняется высокая концентрация паров воды, образовавшихся при более высоких температурах.

В исследовании А. Д. Готлиба и др. на доменной печи металлургического завода им. Петровского объемом 700 м3 отбирали пробы газа на трех горизонтах. На двух из них влажность определяли психрометром. По ряду причин работа газов по высоте и сечению печи - была крайне неустойчивой, что затрудняет выявление четких закономерностей. Окись углерода участвует в восстановлении по всей высоте шахты, а водород только до температур 700°С (средняя температура середины шахты).

По данным о температуре и составе газа в периферийной, наиболее нагруженной и осевой зонах на четырех горизонтах печи по уравнениям рассчитали равновесный состав газа для реакции в соответствующих точках отбора проб, полагая, что отношения А и В в фактическом и равновесном газе одинаковы. Из результатов расчета следует, что состав печного газа в различных точках слоя шихты не сильно отличается от равновесного для реакции.

Характер изменений по высоте и сечению печи как фактической, так и равновесной концентраций углеродсодержащих компонентов одинаков и подчиняется общеизвестным закономерностям: содержание CO2 в каждом вертикальном элементе слоя убывает от верхнего горизонта I к нижнему IV; на всех горизонтах наиболее нагруженным участкам радиуса печи (с минимальной температурой) отвечает максимум содержания CO2.

Для водородсодержащих компонентов такой четкой картины не получается. Однако и здесь характер изменения по сечению печи фактического и равновесного содержания компонентов совпадает. Например, содержание H2O (и фактическое и равновесное) в периферийной и наиболее нагруженной зоне горизонтов I и II почти одинаково, а в осевой части значительно ниже. Это связано с неравномерным распределением по сечению печи температуры и водорода.

На периферии, несмотря на плохое использование восстановителей (низкое значение В), но благодаря высокой температуре и высокой абсолютной концентрации водородсодержащих компонентов, содержание H2O в газе получается примерно таким же, как и в нагруженной зоне. Вместе с тем относительная концентрация H2O , н2 на периферии значительно няже, чем в нагруженной и осевой зонах. Содержание H2O (и фактическое и равновесное) по каждой вертикали понижается при переходе от I к IV горизонту в гораздо меньшей степени, чем содержание CO2 (в 1,5 2 и 5 15 раз соответственно).

Для равновесных концентраций компонентов это закономерно и объясняется различным характером изменения равновесных по отношению к реакции величин Псо и Ян2 по высоте печи. По ходу газа, во-первых, понижается температура и, во-вторых, благодаря косвенному восстановлению в газе накапливается кислород, растет отношение.

Оба фактора, влияют на величину Ясов одном направлении в сторону увеличения, а на величину Пц2 в противоположных направлениях: повышение В увеличивает, а понижение температуры уменьшает #н2. Аналогичный характер изменения по высоте и сечению печи фактической и равновесной концентрации водородсодержащих компонентов свидетельствует о том, что состав печных газов в значительной мере регулируется быстрой реакцией водяного газа.

В большинстве случаев эти отклонения не выходят за пределы погрешностей в расчетах и при психрометрических измерениях. Для температур выше 1050 1100°С такой характер отклонений находится в соответствии с лабораторными данными: на состав газа заметно влияет кинетика процессов газификации углерода, причем H2O взаимодействует с углеродом быстрее, чем CO2.

Поэтому получается некоторый избыток CO2 и недостаток H2O в сравнении с равновесными количествами по отношению к реакции водяного газа. Дефицит водяного пара при более низких температурах мог получиться только в результате того, что окись углерода участвовала в восстановлении полнее, чем водород. Это могло иметь место в наиболее нагруженном вертикальном элементе, в котором наблюдались наибольшие положительные отклонения в содержании СО?.

Такой вертикали соответствуют и наиболее низкие температуры газа, что значительно ограничивает участие водорода в восстановлении в особенности в присутствии повышенных концентраций паров воды, выносимых из нижележащих горизонтов, и двуокиси углерода. Содержание паров воды в печных газах определяли по балансу водорода. Учитывая неравномерное его распределение по сечению печи, эти данные менее надежны, чем в рассмотренных выше исследованиях. Между степенями использования окиси углерода и водорода в пробах газа, извлеченных из шахты печи, обнаруживается довольно тесная корреляция.

Причем коэффициент пропорциональности существенно зависит от температуры. Связь между равновесными степенями использования Нг и СО даже при постоянной температуре лишь приближенно можно считать линейной. Но и при таком допущении коэффициент пропорциональности, определяемый константой равновесия реакции, является функцией температуры.

Однако на исследуемой печи начало такого отклонения от равновесия наблюдается при значительно более низких температурах, чем в других исследованиях. Отличие заключается еще и в том, что подавляющее большинство опытных точек, в особенности для водорода, размещается ниже равновесных кривых в газе сравнительно мало CO2 и H2O. Все это свидетельствует о худшем использовании восстановительной способности газов, в особенности водорода, на печи Криворожского металлургического завода.

Иначе говоря, содержание паров воды в газе много выше равновесного для реакции водяного газа. При этих температурах она заторможена и не достигает равновесия со стороны водяного пара. Причем точки, относящиеся к шихте с высоким содержанием окатышей (50 70%), укладываются на равновесной кривой лучше и начинают располагаться гораздо ниже этой кривой при более низких температурах, чем точки, относящиеся к шихте из агломерата. Это согласуется с данными лабораторных исследований.

Из данных видно, как изменяется степень использования водорода по высоте доменных печей. Она растет по ходу газа от ничтожных величин при 1100°С до максимального значения при 800 900°С, после чего изменяется мало. Водород участвует в восстановлении при более высоких температурах. Известным подтверждением такой картины служат результаты наблюдений ; на ММК при плавках на обычном дутье различной влажности.

Предлагаем посмотреть другие страницы сайта:
← Анализ производственных данных | Восстановительная работа газов →

#РЕКОМЕНДУЕМОЕ:

#ПОДЕЛИТЬСЯ: