耐火材料与燃烧概论15

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1、 固体燃料的燃烧通常可根据其燃烧时的特征和燃烧方式进行分类。固体燃料的燃烧通常可根据其燃烧时的特征和燃烧方式进行分类。15.1.1 15.1.1 按燃烧特征分类按燃烧特征分类 (1) (1) 表面燃烧表面燃烧。指在燃料表面进行的燃烧。这种燃烧现象常发生在几。指在燃料表面进行的燃烧。这种燃烧现象常发生在几乎不含挥发分的燃料中，例如在焦炭和木炭表面的燃烧，这时氧和乎不含挥发分的燃料中，例如在焦炭和木炭表面的燃烧，这时氧和COCO2 2通过通过扩散到达燃料表面进行反应。如在燃料表面尚不能完全燃烧，则不完全燃扩散到达燃料表面进行反应。如在燃料表面尚不能完全燃烧，则不完全燃烧产物烧产物( (如如COCO

2、等等) )在离开表面后，可再与在离开表面后，可再与O O2 2进行气相燃烧反应。进行气相燃烧反应。 (2) (2) 分解燃烧分解燃烧。这种情况常发生在热分解温度较低的固体燃料。这时。这种情况常发生在热分解温度较低的固体燃料。这时由热分解产生的挥发分在离开燃料表面后，再与由热分解产生的挥发分在离开燃料表面后，再与O O2 2进行气相燃烧反应。木进行气相燃烧反应。木材、纸张和煤挥发分的燃烧就属此类燃烧。材、纸张和煤挥发分的燃烧就属此类燃烧。 (3) (3) 蒸发燃烧蒸发燃烧。这种情况发生在熔点较低的固体燃料。燃料在燃烧前。这种情况发生在熔点较低的固体燃料。燃料在燃烧前先熔融成液态，然后再进行蒸发和

3、燃烧先熔融成液态，然后再进行蒸发和燃烧( (类似液体燃料类似液体燃料) )。石蜡等链烷烃系。石蜡等链烷烃系高级碳氢化合物的燃烧就属此类燃烧。在很多情况下，在进行蒸发燃烧的高级碳氢化合物的燃烧就属此类燃烧。在很多情况下，在进行蒸发燃烧的同时也可能进行分解燃烧。同时也可能进行分解燃烧。 (4) (4) 冒烟燃烧冒烟燃烧。对一些易热分解的固体燃料，当因温度较低而挥发分。对一些易热分解的固体燃料，当因温度较低而挥发分未能着火时，将会冒出大量浓烟，使大量可燃物散失在烟雾中。木材和纸未能着火时，将会冒出大量浓烟，使大量可燃物散失在烟雾中。木材和纸张在温度较低的条件下燃烧时，就易于产生冒烟燃烧。张在温度较低

4、的条件下燃烧时，就易于产生冒烟燃烧。 通过固体燃料的这几种燃烧现象可以看出：在分析固体燃料燃烧时，通过固体燃料的这几种燃烧现象可以看出：在分析固体燃料燃烧时，有时还需应用气体燃料和液体燃料的燃烧理论知识。有时还需应用气体燃料和液体燃料的燃烧理论知识。 火床式燃烧又称层状燃烧，它的特征是把燃料放置于炉篦上，空气通过火床式燃烧又称层状燃烧，它的特征是把燃料放置于炉篦上，空气通过炉篦下方炉篦孔穿过燃料层并和燃料进行燃烧反应，生成的高温燃烧产物离炉篦下方炉篦孔穿过燃料层并和燃料进行燃烧反应，生成的高温燃烧产物离开燃料层而进入炉膛。图开燃料层而进入炉膛。图15-115-1为几种典型的火床燃烧方式简图。在

5、已燃烧火为几种典型的火床燃烧方式简图。在已燃烧火床添加的新燃料床添加的新燃料( (小煤块小煤块) )由于受到已燃高温煤层和高温炉膛的加热而被点燃由于受到已燃高温煤层和高温炉膛的加热而被点燃燃烧。燃烧所需空气由火床下炉篦孔供入。煤层燃烧所生成的烟气进入炉膛，燃烧。燃烧所需空气由火床下炉篦孔供入。煤层燃烧所生成的烟气进入炉膛，其中尚未燃尽的可燃成分其中尚未燃尽的可燃成分( (如如COCO、H H2 2等等) )及由烟气从煤层带出的煤屑可再在炉及由烟气从煤层带出的煤屑可再在炉膛空间内与空气混合燃烧。故火床燃烧实际上是由两部分组成，但以火床上膛空间内与空气混合燃烧。故火床燃烧实际上是由两部分组成，但以

6、火床上的煤层燃烧为主，因此有人称火床燃烧为层状燃烧。经过炉篦，进入煤层供的煤层燃烧为主，因此有人称火床燃烧为层状燃烧。经过炉篦，进入煤层供燃烧的空气称一次风；在煤层上部，向炉膛送入的空气称二次风，它除了用燃烧的空气称一次风；在煤层上部，向炉膛送入的空气称二次风，它除了用于空间燃烧外，并用于形成炉内所要求的空气动力场。在总空气量中，一次于空间燃烧外，并用于形成炉内所要求的空气动力场。在总空气量中，一次风是主要的燃烧空气，其量约占总空气量的风是主要的燃烧空气，其量约占总空气量的80-100%80-100%，二次风则占总空气量，二次风则占总空气量的的0-20%0-20%。 燃料着火面炉排空气 灰渣燃

7、料着火面炉排空气燃料着火面链条活动炉排空气灰渣( a )( b( c )燃料着火面炉排着火面炉排燃料着火面燃料空气灰渣燃料空气燃料链条活动炉排空气灰渣 火床燃烧又可分为上饲式固定炉排燃烧、下饲式固定炉排燃烧及链条火床燃烧又可分为上饲式固定炉排燃烧、下饲式固定炉排燃烧及链条活动炉排燃烧等。由图活动炉排燃烧等。由图15-115-1可以看出，它们在燃煤及炉渣的运动方向、空可以看出，它们在燃煤及炉渣的运动方向、空气及烟气流动方向的差异。气及烟气流动方向的差异。 采用层状燃烧法时。固体燃料在自身重力的作用下彼此堆积成致密的料采用层状燃烧法时。固体燃料在自身重力的作用下彼此堆积成致密的料层。为了保持燃料在

8、炉篦上稳定，煤块的质量必须大于气流作用在煤块的动层。为了保持燃料在炉篦上稳定，煤块的质量必须大于气流作用在煤块的动压冲力，也就是要保证以下条件：压冲力，也就是要保证以下条件： 式中，式中， d d煤块直径；煤块直径； c c和和a a煤块和空气的密度；煤块和空气的密度； W Wa a空气的流速；空气的流速； C C阻力系数。阻力系数。232acaaw()642ddC 对于一定直径的煤块，如果气流速度太高，当煤块的质量和气流对煤对于一定直径的煤块，如果气流速度太高，当煤块的质量和气流对煤块的动压冲力相等的煤块。但另一方面，煤块越小，反应面积越大，燃烧块的动压冲力相等的煤块。但另一方面，煤块越小，

9、反应面积越大，燃烧反应越强烈。显然，应当同时考虑上述两个方面，确定一个合适的块度。反应越强烈。显然，应当同时考虑上述两个方面，确定一个合适的块度。 火床燃烧的优点是燃料的点火热源比较稳定，因此燃烧过程也比较稳火床燃烧的优点是燃料的点火热源比较稳定，因此燃烧过程也比较稳定。缺点是鼓风速度不能太大，而且，机械化程度低，因此燃烧强度不能定。缺点是鼓风速度不能太大，而且，机械化程度低，因此燃烧强度不能太高，只适用于中小型的炉子。太高，只适用于中小型的炉子。1232314abc15.1.2.2 15.1.2.2 火室式燃烧火室式燃烧 火室式燃烧是将煤磨成煤粉，使煤粉在炉膛空间以悬浮状态进行燃烧火室式燃烧

10、是将煤磨成煤粉，使煤粉在炉膛空间以悬浮状态进行燃烧过程，故又称悬浮燃烧。煤粉与燃烧所需空气可通过燃烧器上不同功能的过程，故又称悬浮燃烧。煤粉与燃烧所需空气可通过燃烧器上不同功能的喷口喷入炉膛，形成所需的燃烧空气动力场，以建立合适的燃烧条件。喷口喷入炉膛，形成所需的燃烧空气动力场，以建立合适的燃烧条件。 根据燃料的燃烧特性和对炉内燃烧组织的不同要求，燃烧器有直流式和根据燃料的燃烧特性和对炉内燃烧组织的不同要求，燃烧器有直流式和旋流式之分。前者的燃料流和空气流均不旋转，为直流射流，后者则为旋转旋流式之分。前者的燃料流和空气流均不旋转，为直流射流，后者则为旋转射流。直流式燃烧器常用在锅炉内形成射流。

11、直流式燃烧器常用在锅炉内形成U U型或型或W W型燃烧火焰，或用于组织四角型燃烧火焰，或用于组织四角燃烧火焰。旋流式燃烧器常用于在锅炉中组织燃烧火焰。旋流式燃烧器常用于在锅炉中组织L L型火焰。图型火焰。图15-215-2为这几种火为这几种火室炉炉膛内燃烧火焰的组织。室炉炉膛内燃烧火焰的组织。 煤粉在炉中随气流而快速运动，煤粉在炉内逗留时间很短，一般仅煤粉在炉中随气流而快速运动，煤粉在炉内逗留时间很短，一般仅2-3s2-3s，故需将煤粉磨得很细，使它来得及充分燃烧。对煤粉的要求为：颗粒平均直故需将煤粉磨得很细，使它来得及充分燃烧。对煤粉的要求为：颗粒平均直径为径为40-100m40-100m；