第五章煤粉燃烧理

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1、第五章第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备煤粉燃烧理论基础及燃烧设备第一节第一节 燃烧的基本理论燃烧的基本理论一、化学反应速度一、化学反应速度1、化学反应速度：可以用某一反应物浓度减少的速度表、化学反应速度：可以用某一反应物浓度减少的速度表示，也可以用生成物浓度增加的速度表示，其常用的单示，也可以用生成物浓度增加的速度表示，其常用的单位是位是 mol(m3s)。 C2H4+3O2=2CO2+2H2O bBaAhHgG dtdCAAdtdCBBdtdCGGdtdCHH2、影响化学反应因素（重要的条件）：反应物的浓度；温度; 活化能;压力; 是否有催化反应或连锁反应。1、浓度对化学反应速度的影响根据

2、质量作用定律，对于均相反应，在一定温度下化学反应速度与参加化学反应的各反应物的浓度成正比，而各反应物浓度项的方次等于化学反应式中相应的反应系数。 C+O2=CO2 bBaAACCkdtdCbBBBkCdtdC2、温度对化学反应速度的影响 阿累尼乌斯定律表示：RTEekk0RTEbBBeCkw03、活化能的影响：在一定温度下，活化能越大，活化分子数越少，则化学速度越慢；反之，若活化能越小，化学反应速度就越快。在相同条件下，不同燃料的焦碳的燃烧反应，其活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分煤的活化能较大。各类煤的焦炭按方程反应的活化能的值(MJ/kmol) 分别为：褐煤：92105；烟煤

3、：117134；无烟煤：1401474、压力对化学反应速度的影响 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意味着反应物浓度增加，从而使反应速度加快。化学反应速度与反应系统压力的次方成正比： nnAnRTPxk)(4、催化反应：催化剂可影响化学反应速度，但化学反应却不能影响催化剂本身。5、连锁反应：连锁反应可以使化学反应自动连续加速进行。二、煤的燃烧二、煤的燃烧 燃烧一般是指燃料与氧化剂进行的发热与发光的高速化学反应。燃烧是指燃料与氧的剧烈化学反应。燃料与氧化剂可以是同一形态的，如气体燃料在空气中的燃烧，称为单相（或均相）反应，燃料与氧化剂也可以是不同形态的，如固体燃料在空气中的燃烧，称为

4、多相（或异相）燃烧。 炭粒的燃烧速度是指炭粒单位表面上的实际反应速度。炭粒表面按完全燃烧反应的化学反应速度，氧向炭粒表面的扩散速度。当燃烧过程稳定时，氧的扩散速度与化学反应速度应该相等，并都等于燃烧速度，即 rksB00111CkCkzksr三、燃烧反应区域（阶段）三、燃烧反应区域（阶段） 炭粒的多相燃烧反应过程：炭粒的多相燃烧反应过程：（1）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到炭粒的反应表面；）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到炭粒的反应表面；（2）氧气被炭粒表面吸附；）氧气被炭粒表面吸附；（3）在炭粒表面进行燃烧化学反应；）在炭粒表面进行燃烧化学反应；（4）燃烧产物由炭粒解吸附；）燃烧产物由炭粒解吸

5、附；（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。 炭粒的多相燃烧反应区域：炭粒的多相燃烧反应区域： 1、动力燃烧区当温度较低时（1000），炭粒表面化学反应速度较慢，供应炭粒表面的氧量远大于化学反应所需的耗氧量。此时 ，燃烧速度 2、扩散燃烧区当温度很高时（1400），化学反应速度常数随温度的升高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这时，则 ， ksk0kCrzkk0kCr3、过渡燃烧区 介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应速度常数与氧的扩散速度系数处于同一数量级，因而氧的扩散速度与

6、炭粒表面的化学反应速度相差不多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。 在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外，大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。煤粉锅炉着火区是动力区。 因此煤粉锅炉提高炉膛温度和氧的扩散速度都可以强化煤粉的燃烧过程。 第二节第二节 煤粉气流的着火和燃烧一、煤粉气流的着火条件及其强化措施一、煤粉气流的着火条件及其强化措施 煤粉燃烧的三个阶段：着火阶段、燃烧阶段、燃尽阶段。1、着火（和熄火）的热力条件：

7、煤粉燃烧时的放热量：周围介质的散热量：rnORTEVQCekQ201)(02TTSQ结论：上图中散热曲线和放热曲线的切点2和4，分别对应于反应系统的着火温度和熄火温度。然而点2和点4的位置是随着反应系统的热力条件散热和放热的变化而变化的。因此，着火温度和熄火温度也是随着热力条件的变化而变化的，并不是一个物理常数，只是一定条件下得出的相对特征值。而且着火温度永远小于熄火温度。而且着火温度永远小于熄火温度。着火热近似按下式计算： kJ/kg （2）强化着火的措施：理论上可以从加强放热和减少散热两方面着手。在散热条件不变的情况下，可以增加可燃混合物的浓度和压力，增加可燃混合物的初温，使放热加强；在放

8、热条件不变时，则可采用增加可燃混合物初温和减少气流速度、燃烧室保温等减少放热措施来实现。 锅炉实际采取的措施：提高一次风温度（热风送粉）、降低一次风量（率）和风速（无烟煤w1=2025m/s）。)(100100(11ttMCMCCVQzhqargrkzh)100(2510)100(19.4)100(1zhqartCtMM2、影响煤粉气流着火的主要因素（1）燃料性质： 影响最大的是挥发分含量，煤粉的着火温度随的变化规律如图55所示。挥发分降低时，煤粉气流的着火温度显著提高，着火热也随之增大，将煤粉气流加热到更高的温度才能着火。 原煤水分增大时，着火热也随之增大，同时水分的加热、蒸发、过热都要吸收

9、炉内的热量，只是炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热也相应降低。 原煤灰分在燃烧过程中不但不能放热，还要吸热，而且影响氧与炭的接触，影响着火和燃烧。煤粉气流的着火温度也随煤粉的细度而变化，煤粉愈细，着火愈容易。 （2）一次风温 提高一次风温可减少着火热，从而加快着火。因此，在实践中燃用低挥发分煤时，常采用高温的预热空气作为一次风来输送煤粉，即采用热风送粉系统。（3）一次风量（率）一次风量越大，着火热增加的越多，将使着火推迟；但一次风量太小，着火阶段部分挥发分和细粉燃烧得不到足够的氧，将限制燃烧过程的发展。另外，一次风量还必须满足输粉的要求，否则会造成煤粉堵塞

10、。一次风量常用一次风率来表示，它是指一次风量占入炉总风量的质量百分比。对应煤种的推荐范围:无烟煤和贫煤：r1=2025%; 烟煤：乏气送粉r1=2530%; 热风送粉r1=3035%; 褐煤：乏气送粉r1=2530%；热风送粉r1=3040% 。（4）一次风速 一次风速对着火过程也有一定的影响。若一次风速过高，则通过单位截面积的流量增大，势必降低煤粉气流的加热速度，使着火距离加长。但一次风速过低时，会引起燃烧器喷口被烧坏，以及煤粉管道堵塞等故障，故有一个最适宜的一次风速，它与煤种及燃烧器形式有关，其推荐范围列于表54一、二、三次风速的推荐范围（m/s） （5）炉内散热条件从煤粉气流着火的热力条

11、件可知，如果放热曲线不变，减少炉内散热，在实践中为了加快和稳定低挥发分煤的着火，常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓卫燃带。但容易产生结焦，一般不采用。（6）燃烧器结构特性 影响着火快慢的燃烧器结构特性，主要是指一、二次风混合的情况。如果一、二次风混合过早，在煤粉气流着火前就混合的话，等于增大了一次风量，相应使着火热增大，推迟着火过程。因此，燃用低挥发分煤种时，应使一、二次风的混合点适当地推迟。直流燃烧器材用分级培锋，可以实现一、二次风混合推迟。 燃烧器的尺寸也影响着火的稳定性。燃烧器出口截面积愈大，煤粉气流着火时离开喷口距离就愈远，着火拉长了。从这一点来看，采用尺寸