第六章 煤燃燒-提交版

1、第六章 煤的燃燒惠世恩惠世恩 西安交通大學(xué)？ 6.1 煤的燃燒過(guò)程特點(diǎn)及其熱解煤的燃燒過(guò)程特點(diǎn)及其熱解 6.1.1 煤的燃燒過(guò)程6.1.2 水分的蒸發(fā)過(guò)程及對(duì)燃燒的影響6.1.3 煤的熱解與揮發(fā)分的燃燒6.1.4 煤粒的著火6.1.5 煤粒燃燒的一些實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果6.1.6 影響煤粒著火的因素6.1.7 焦炭的燃燒特性6.1.1煤的燃燒過(guò)程 煤煤：復(fù)雜的固體碳?xì)淙剂纤炙?+ 礦物質(zhì)礦物質(zhì)+ 有機(jī)可燃有機(jī)可燃混合物混合物（由C、H、O、N和S等元素組成）。Wiser分子結(jié)構(gòu)模型煤的整個(gè)燃燒過(guò)程：煤的整個(gè)燃燒過(guò)程：揮發(fā)分析出加熱水分蒸發(fā)焦炭煤著火燃燒燃燒燃盡6.1.2水分的蒸發(fā)過(guò)程及對(duì)燃燒的影響

2、 不等溫加熱干燥階段 水分的平衡蒸發(fā)階段 影響 不利不利：吸收熱量 有利有利：爆烈、多孔結(jié)構(gòu)、H2O+C反應(yīng) 水分蒸發(fā)所需的時(shí)間：TqpqppBNurC1ln32206.1.3 煤的熱解與揮發(fā)分的燃燒煤的熱解：煤的熱解：煤被加熱到一定溫度時(shí)開(kāi)始分解，產(chǎn)生煤焦油和揮發(fā)分。揮發(fā)分：揮發(fā)分：可燃性氣體、二氧化碳和水蒸汽的混合物。可燃性氣體主要是碳?xì)浠衔?，還有一氧化碳和氫氣外，少量的酚和其它成分。主要化學(xué)反應(yīng)？主要化學(xué)反應(yīng)？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？ 影響因素？影響因素？ 如何燃燒的？如何燃燒的？ 如何描述？如何描述？ 煤熱解的主要化學(xué)反應(yīng) 裂解反應(yīng)：化學(xué)橋鍵斷裂，生成自由基 二次反應(yīng)：裂解反應(yīng)、脫氫反

3、應(yīng)、加氫反應(yīng)、縮合反應(yīng)、橋鍵分解 縮聚反應(yīng)：生成半焦和焦炭 煤的熱解現(xiàn)象與影響因素 固定床熱解法、熱重法、金屬網(wǎng)格加熱法、沉降反應(yīng)器法、熱解-色譜法等 匯合匯合 影響因素：壓力溫度、加熱速度、煤種及粒徑、反應(yīng)器的形式、空氣動(dòng)力條件等。 揮發(fā)分的燃燒揮發(fā)分的燃燒 揮發(fā)分的含量高低對(duì)煤的著火和穩(wěn)定燃燒有顯著的影響。通常用揮發(fā)分(工業(yè)分析)的高低來(lái)判斷其著火特性和燃燒特性。 一般認(rèn)為揮發(fā)分含量高的煤著火和燃燒都比揮發(fā)分含量低的煤要好。碳化程度淺的煤，其揮發(fā)分比碳化程度深的煤多，而且揮發(fā)分的活性也較強(qiáng)，所以著火也容易。 煤熱解的數(shù)學(xué)描述 Badzioch最早提出的單方程模型： RTEmmkdtdmVi

4、VVexp0Stickler兩個(gè)平行反應(yīng)方程模型： C k1 k2 揮發(fā)份1Vm+剩余殘?zhí)?pm 揮發(fā)份2Vm+剩余殘?zhí)?pm 1 11 2 12 CoalmkkdtdmdtdmdtdmVVV221121煤粒的著火 非均相著火 均相著火 聯(lián)合著火 在低加熱速率下，小顆粒煤粉以非均相方式著火，而大顆粒以均相方式著火。加熱速率升高時(shí)，煤粒向聯(lián)合著火方式（即揮發(fā)分火焰直接引燃碳骸）轉(zhuǎn)變。如：煤粉爐爐膛內(nèi)。 煤粒的熱平衡方程式：34401QTTSTTSQdtdTcmppppppP內(nèi)能增加非均相反應(yīng)熱 外部加熱對(duì)流散熱 輻射散熱煤粒的著火現(xiàn)象與影響因素 揮發(fā)分燃燒時(shí)，煤粒直徑幾乎不變，煤粒表面局部有時(shí)有

5、揮發(fā)物噴流，膨脹特性差別很大 。焦炭燒完，變成極小的粒子。影響因素：影響因素：燃料的性質(zhì)(包括燃料水分、灰分、揮發(fā)分)煤的粒徑熱力條件空氣動(dòng)力參數(shù)等 在T1200K，CO20.23 kg/m3環(huán)境里，d0750um褐煤粒的四個(gè)燃燒段時(shí)間為：預(yù)熱及揮發(fā)分著火：1.146s ；揮發(fā)分的燃燒：0.3s ； 焦炭預(yù)熱著火：0.35s；焦炭燃燒燃盡 ：4.6s。 6.2 碳燃燒化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程碳燃燒化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程 6.2.1 碳燃燒化學(xué)反應(yīng)的步驟6.2.2 碳燃燒過(guò)程中的吸附和解吸6.2.3 碳燃燒過(guò)程中的擴(kuò)散6.2.1 碳燃燒化學(xué)反應(yīng)的步驟n碳的燃燒是一種氣固兩相間在碳的表面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)(非均相化學(xué)

6、反應(yīng))。n包括如下步驟： O21：O2擴(kuò)散到達(dá)碳球表面并被吸附2：在碳表面上進(jìn)行反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物3：反應(yīng)產(chǎn)物從碳球的表面解吸，向外擴(kuò)散碳球碳球整個(gè)反應(yīng)的速度取決定于這3步中最慢的一步。6.2.2 碳燃燒過(guò)程中的吸附和解吸 O2碳球碳球表面上吸附了氧的面積份額為A，表面覆蓋分?jǐn)?shù)，表面覆蓋分?jǐn)?shù) ，即：A吸附了分子的表面積碳的總表面積Ajkw1解吸的速率常數(shù)AOxckw121吸附速率常數(shù) 吸附和解吸平衡時(shí)，A將不再變化： BcckckckooooA2222111 討論1：11kkBBcckkwooAAA22BkkA2okcw 當(dāng)BCO2時(shí) 一級(jí)反應(yīng) 222oAooAcBkBcckw222oAooA

7、cBkBcckw令當(dāng)B90.1190.90.10.90.1mSzlk2OCC顆粒直徑dpmSzlk 向動(dòng)力區(qū)移動(dòng)；當(dāng)T 向擴(kuò)散區(qū)移動(dòng)；當(dāng)相對(duì)速度Re 向動(dòng)力區(qū)移動(dòng)；)exp(RTEmSzlkmSzlk6.4 碳的燃燒化學(xué)反應(yīng)碳的燃燒化學(xué)反應(yīng) 6.4.1 碳的晶格結(jié)構(gòu)6.4.2 碳與氧的反應(yīng)機(jī)理6.4.3 碳和二氧化碳的反應(yīng)機(jī)理6.4.4 碳與水蒸汽的反應(yīng)6.4.5 表面反應(yīng)的碳球燃燒速度6.4.6 二次反應(yīng)對(duì)碳燃燒過(guò)程的影響6.4.7 具有空間二次反應(yīng)的碳球燃燒速率煤揮發(fā)分揮發(fā)分焦炭焦炭(固定碳固定碳)礦物雜質(zhì)礦物雜質(zhì)析出析出灰分灰分碳的燃燒碳的燃燒碳燃燒釋熱的化學(xué)反應(yīng)為碳燃燒釋熱的化學(xué)反應(yīng)為

8、222COCO409MJ2CO2CO245MJ實(shí)際上，碳與氧相遇后實(shí)際上，碳與氧相遇后首先首先發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是2222COCO2O23CCO2CO2O34C或或初次反應(yīng)初次反應(yīng)二次化學(xué)反應(yīng)二次化學(xué)反應(yīng)異相氣化反應(yīng)異相氣化反應(yīng)2CCO2CO 16.2MJ氣相燃燒反應(yīng)氣相燃燒反應(yīng)222COO2CO57.1MJ2222COCO2O23CCO2CO2O34C初次化學(xué)反應(yīng)初次化學(xué)反應(yīng)在燃燒過(guò)程中同時(shí)交叉和平行地進(jìn)行著在燃燒過(guò)程中同時(shí)交叉和平行地進(jìn)行著如果如果水蒸氣水蒸氣存在存在222H2COOH2C22HCOOHC42CHH2C決定于燃燒過(guò)程的決定于燃燒過(guò)程的具體條件具體條件6.4.1

9、碳的晶格結(jié)構(gòu)兩種晶格結(jié)構(gòu)兩種晶格結(jié)構(gòu)金剛石金剛石石石 墨墨碳原子排列緊密、鍵結(jié)合力碳原子排列緊密、鍵結(jié)合力很大，對(duì)燃燒技術(shù)沒(méi)意義很大，對(duì)燃燒技術(shù)沒(méi)意義石墨的晶格結(jié)構(gòu)由石墨的晶格結(jié)構(gòu)由六角形六角形組成的基面疊結(jié)而組成的基面疊結(jié)而成，基面內(nèi)成，基面內(nèi)碳原子碳原子分布在邊長(zhǎng)為分布在邊長(zhǎng)為1.41A的正的正六邊形的六邊形的頂點(diǎn)頂點(diǎn)上上基面是彼此平行重疊的，各基面間相距基面是彼此平行重疊的，各基面間相距3.445A的，緊鄰的兩個(gè)基面錯(cuò)開(kāi)的，緊鄰的兩個(gè)基面錯(cuò)開(kāi)1.41A晶格內(nèi)部每個(gè)碳原子的晶格內(nèi)部每個(gè)碳原子的三個(gè)價(jià)電子三個(gè)價(jià)電子在基在基面與相鄰碳原子形成穩(wěn)固的鍵，面與相鄰碳原子形成穩(wěn)固的鍵，第四個(gè)第四個(gè)價(jià)

10、電子價(jià)電子則分布在基面之間的空間內(nèi)則分布在基面之間的空間內(nèi)6.4.2 碳與氧的反應(yīng)機(jī)理（一次反應(yīng)）n當(dāng)T1300，C表面O2的分壓（濃度）很小，發(fā)生反應(yīng)C+2O2=C3O4 由于此時(shí)溫度不很高，此時(shí)C3O4比較穩(wěn)定，當(dāng) 有 能 量 高 的 O2分 子 撞 擊 時(shí) ， 發(fā) 生 如 下 離 解 反 應(yīng) ：C3O4+C+O2=2CO2+2CO（此反應(yīng)與O2有關(guān)故為n=1級(jí)反應(yīng)）此時(shí)產(chǎn)物中CO/ CO2=1；n當(dāng)T1600，由于溫度高，碳氧反應(yīng)是通過(guò)晶格邊緣棱角的C原子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)3C+2O2=C3O4，進(jìn)而發(fā)生反應(yīng)C3O4=2CO+CO2（此分解反應(yīng)與O2濃度無(wú)關(guān)，是自行熱分解，是n=0級(jí)反應(yīng)）此時(shí)

11、CO/ CO2=2n當(dāng)T=13001600時(shí)，若碳表面O2濃度不很大，燃燒反應(yīng)接近于1級(jí)反應(yīng)。一般情況下，煤和焦碳都在常壓或增壓下進(jìn)行燃燒，著火后碳表面的溫度都在13001600范圍內(nèi)，所以燃燒速度可按1級(jí)反應(yīng)來(lái)表示。6.4.3 碳與二氧化碳的氣化反應(yīng)機(jī)理2CCO2CO 16.2MJCO2吸附吸附絡(luò)合物形成絡(luò)合物形成 絡(luò)合物分解絡(luò)合物分解 一氧化碳解吸一氧化碳解吸絡(luò)合物自動(dòng)分解絡(luò)合物自動(dòng)分解二氧化碳分子二氧化碳分子撞擊下解析撞擊下解析0.60.81.01.2-6-226100C+CO2C+O2KT/)101(3kln氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)氣化反應(yīng)氣化反應(yīng)速度快？速度快？RTEkkexp0E2E115

12、001200氣化氧化kk)3010(氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，自我促進(jìn)；氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，自我促進(jìn)；氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，自我抑制。氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，自我抑制。6.4.4 碳與水蒸汽的反應(yīng)機(jī)理 是水煤氣發(fā)生爐中的是水煤氣發(fā)生爐中的主要反應(yīng)主要反應(yīng)反應(yīng)性質(zhì)與碳與二氧化碳的反應(yīng)性質(zhì)與碳與二氧化碳的氣化反應(yīng)氣化反應(yīng)十分相似十分相似反應(yīng)是反應(yīng)是一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)反應(yīng)的活化能是碳與氧的反應(yīng)的活化能是碳與氧的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)的的1.6倍倍C+H2O = CO+H2131.5103 kJ/mol C+2H2O = CO2+2H290.0103 kJ/mol 6.4.5 表面反應(yīng)的碳球燃燒速度 假設(shè)：假設(shè)：n燃燒反

13、應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)燃燒，即碳球表面燃燒反應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)燃燒，即碳球表面O2濃度很濃度很低，低，CO20n碳球表面進(jìn)行氧化一次反應(yīng)碳球表面進(jìn)行氧化一次反應(yīng)C+O2=CO2，生成物生成物CO2向外擴(kuò)散，沒(méi)有氣化反應(yīng)向外擴(kuò)散，沒(méi)有氣化反應(yīng)CO2+C=2CO發(fā)生發(fā)生n碳球相對(duì)運(yùn)動(dòng)碳球相對(duì)運(yùn)動(dòng)Re=0(與周圍氣體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)與周圍氣體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))n碳球周圍氣體濃度分布均勻碳球周圍氣體濃度分布均勻ddddp)(226.4.5 表面反應(yīng)的碳球燃燒速度 （1）碳球的擴(kuò)散燃燒速度為：pzlcdDccw2n單位時(shí)間內(nèi)燒掉的C量應(yīng)為：2dwcn同時(shí)，燃燒使半徑減小 d 碳球的表面積碳球的表面積d 燃料密度燃料密度半徑減小

14、率半徑減小率d(d)=2dwc dDcwdddppc142設(shè)設(shè)C等均不變等均不變22pddK比例常數(shù)比例常數(shù)8pDCK 碳球燃燒的碳球燃燒的直徑平方直徑平方-直線定律直線定律 ddpdd)(dDcp04積分積分ppDcdd4222碳球的燃盡時(shí)間碳球的燃盡時(shí)間2pkdK碳球的碳球的燃盡時(shí)間燃盡時(shí)間與其直徑的與其直徑的平方成正比平方成正比燃燒效率燃燒效率煤粉磨細(xì)煤粉磨細(xì)或霧化小油滴，采用更小的剩留量或霧化小油滴，采用更小的剩留量R90提高煤粉或油滴的提高煤粉或油滴的均勻性指數(shù)均勻性指數(shù)n（2）碳球的動(dòng)力燃燒速度為：n單位時(shí)間內(nèi)燒掉的C量應(yīng)為：2dwcn同時(shí)，燃燒使半徑減小 d d d(d)RTEk

15、ckcwcexp0（3）過(guò)渡燃燒時(shí)： zlPkCddd1126.4.6 二次反應(yīng)對(duì)碳燃燒過(guò)程的影響 考慮二次反應(yīng)考慮二次反應(yīng)(2CO+O2 =2CO2及及C+CO2=2CO)時(shí)，針對(duì)時(shí)，針對(duì)Re數(shù)和溫度區(qū)間分別討論。數(shù)和溫度區(qū)間分別討論。（1）靜止空氣中（或碳球與空氣之間相對(duì)速度的）靜止空氣中（或碳球與空氣之間相對(duì)速度的Re100）T12001300（2）流動(dòng)介質(zhì)中（碳球與空氣之間相對(duì)速度）流動(dòng)介質(zhì)中（碳球與空氣之間相對(duì)速度Re100） 碳球周圍燃燒變的很不均勻碳球周圍燃燒變的很不均勻 T1200，迎著氣流的部分，反應(yīng)速度很高，火焰發(fā)亮 火焰鋒面COCOO2CO2O2O2O2O2CO2O2O2

16、O2O2后部回流區(qū)反應(yīng)很弱，拖著較長(zhǎng)的蘭色火焰尾跡。6.4.7 具有二次反應(yīng)的碳球燃燒速率 1) 當(dāng)T12001300 ，此時(shí)溫度很高， CO2=0 n3C+2O2=CO2+2CO nCO2+C =2COn總反應(yīng)式為n4C+2O2=4COn=(412)/(232)=0. 75 n火焰鋒面上CO2 濃度最高。并向兩側(cè)擴(kuò)散，向內(nèi)供給氣化反應(yīng)所需的CO2 。向外則擴(kuò)散到遠(yuǎn)處。n碳球表面因?yàn)榈貌坏絆2只能發(fā)生氣化反應(yīng)。氣化反應(yīng)所需的吸熱由CO燃燒的放熱供給。nCO與O2在空間發(fā)生反應(yīng)，并把向碳球表面擴(kuò)散的O2完全消耗掉?；鹧驿h面以外沒(méi)有CO。而火焰鋒面以內(nèi)沒(méi)有O2。6.5多孔性碳球的燃燒多孔性碳球的燃

17、燒 n焦炭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于多孔性，即使對(duì)于比較緊密的無(wú)煙煤，焦炭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于多孔性，即使對(duì)于比較緊密的無(wú)煙煤，也存在大量?jī)?nèi)孔，不同煤種的焦炭?jī)?nèi)部孔隙率很不相同。單也存在大量?jī)?nèi)孔，不同煤種的焦炭?jī)?nèi)部孔隙率很不相同。單位體積的內(nèi)部表面積估算數(shù)據(jù)如下：位體積的內(nèi)部表面積估算數(shù)據(jù)如下： 木炭電極炭無(wú)煙煤內(nèi)比表面積Sn（m2/m3） (0.571.14)104(0.75) 104(13)104n焦炭燃燒的異相反應(yīng)不僅能在外表面上進(jìn)行，同樣焦炭燃燒的異相反應(yīng)不僅能在外表面上進(jìn)行，同樣能在內(nèi)表面與進(jìn)行。能在內(nèi)表面與進(jìn)行。所以，內(nèi)反應(yīng)不能忽視。這就所以，內(nèi)反應(yīng)不能忽視。這就是多孔性燃燒的特點(diǎn)。是多孔性燃燒的特

18、點(diǎn)。 反應(yīng)總表面積n外表面積 n內(nèi)表面積n總表面積SnpSd361npSdS361nnpnpSSSdSSdS161613滲入深度滲入深度 反應(yīng)總表面積相當(dāng)于乘上了一個(gè)因數(shù)反應(yīng)總表面積相當(dāng)于乘上了一個(gè)因數(shù) 包括炭球內(nèi)、外表面反應(yīng)的速度常數(shù) nnpbSkSdk161討論：n在低溫下化學(xué)反應(yīng)速度慢，內(nèi)表面上的O2濃度就等于外表面O2濃度； n隨著溫度T的化學(xué)反應(yīng)速度，以至O2的擴(kuò)散跟不上內(nèi)表面的化學(xué)速度，此時(shí)內(nèi)表面O2濃度到0。當(dāng)反應(yīng)溫度從低溫當(dāng)反應(yīng)溫度從低溫高溫高溫 n反應(yīng)總面積的倍數(shù)從 1n反應(yīng)交換常數(shù)b從 k nnpbSkSdk161 nnpbSkSdk1616.6 灰分對(duì)焦炭燃燒的影響灰分對(duì)

19、焦炭燃燒的影響 6.6.1 碳粒燃燒過(guò)程的物理模型6.6.2 不同燃燒溫度下灰分對(duì)燃燒的影響6.6.3 灰分對(duì)焦炭燃燒的其他影響灰分主要成分包括灰分主要成分包括SiO2、Al2O3、TiO2等酸性氧化物和等酸性氧化物和Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等堿性氧化物。等堿性氧化物。 6.6.1 碳粒燃燒過(guò)程的物理模型 均勻反應(yīng)模型 不均勻反應(yīng)模型 6.6.2 不同燃燒溫度下灰分對(duì)燃燒的影響1）當(dāng)燃燒溫度低于灰的軟化溫度時(shí)，燃煤碳粒的外表形成松）當(dāng)燃燒溫度低于灰的軟化溫度時(shí)，燃煤碳粒的外表形成松積灰層（見(jiàn)不均勻燃燒模型），且隨著燃燒的進(jìn)行，灰層的積灰層（見(jiàn)不均勻燃燒模型），且隨著燃燒的進(jìn)

20、行，灰層的厚度不斷增加。雖然灰層的堆積較為松散，不能完全阻止氧厚度不斷增加。雖然灰層的堆積較為松散，不能完全阻止氧氣向碳粒與灰層界面的擴(kuò)散，但由于灰層的存在，給氧氣擴(kuò)氣向碳粒與灰層界面的擴(kuò)散，但由于灰層的存在，給氧氣擴(kuò)散增加了額外的阻力?；覍訑U(kuò)散的大小取決于灰層的厚度、散增加了額外的阻力?；覍訑U(kuò)散的大小取決于灰層的厚度、密度等物理因素。密度等物理因素。 2）當(dāng)燃燒溫度高于灰的熔化溫度時(shí)，燃燒產(chǎn)生的不再是松積）當(dāng)燃燒溫度高于灰的熔化溫度時(shí)，燃燒產(chǎn)生的不再是松積的灰層，而是產(chǎn)生具有一定流動(dòng)性的熔渣。的灰層，而是產(chǎn)生具有一定流動(dòng)性的熔渣。 6.7 煤粉的燃燒煤粉的燃燒6.7.1 煤粉氣流的輸送與分配

21、6.7.2 煤粉氣流的著火6.7.3 旋轉(zhuǎn)射流中煤粉的著火6.7.4 直流射流中煤粉的著火6.7.5 煤粉氣流的燃盡過(guò)程6.7.1 煤粉氣流的輸送與分配 1） 靜止流體中的顆粒沉降速度當(dāng)力平衡時(shí)（即Fi=0），顆粒勻速下降。此時(shí)的速度稱顆粒沉降速度2461612233xdppppwdgdgd重力重力 浮力浮力 阻力阻力 式中阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定的表達(dá)式Recn w 時(shí)，顆粒以 wf - w （相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度）向上運(yùn)動(dòng)n當(dāng) wf w 時(shí)，顆粒以 wf - w 向下運(yùn)動(dòng) n對(duì)于等粒徑的顆粒，在垂直管內(nèi)的斷面上的濃度分布與速度分布相似n即中心濃度大，邊壁濃度小n并隨著wf 的增大中心高濃度區(qū)的范圍擴(kuò)大

22、。6.6.1 煤粉氣流的輸送與分配 2)顆粒在水平管內(nèi)的輸送n當(dāng)氣流脈動(dòng)速度wy 沉降速度w 時(shí)，顆粒懸浮在管中隨氣流流動(dòng)n當(dāng)氣流脈動(dòng)速度wy 沉降速度 w 時(shí)，則沉積堵粉wx w yw x y 一般一般 11()57yxww3)顆粒在水平管內(nèi)的濃度分布n湍流引起質(zhì)量擴(kuò)散量 kg/(m2s)其中：Dt湍流擴(kuò)散系數(shù) m2/sr顆粒密度 kg/m3v顆粒體積混合比 m3/m3 rtdGDdy n自由沉降量 kg/(m2s)其中：wq顆粒群沉降速度 m/s顆粒群的沉降速度與單顆粒的沉降速度可認(rèn)為：rqvGw2(1)qww湍流引起質(zhì)量擴(kuò)散量自由沉降量 n積分區(qū)間y ：從 0 yn ：從0 n積分方程左

23、邊0yttwwdyyDD 222(1)(1)1(1)rtrtdDwdywdddddyDn積分方程右邊0000000200ln(1)1ln11111111()lnexp()lnexp()(1)11111ddddd 相加0000011lnexp()lnexp()1111lnlnlnlnttyDppwppyD 即 0exp()tpwypDp是隨增大而增大的遞增函數(shù)1exp()11p水平直管和彎管內(nèi)固體顆粒的分布 垂直方向 彎曲水平面 6.7.2 煤粉氣流的著火 1) 零維系統(tǒng)的熱平衡分析 n熱工況：討論氣流溫度在某一系統(tǒng)中如何變化的問(wèn)題。n溫度和燃燒反應(yīng)速度這兩個(gè)因素相互促進(jìn)。燃燒加強(qiáng)以后使溫度升高

24、，溫度升高以后更使燃燒加強(qiáng)但是有時(shí)條件不利的話，也可能使這兩個(gè)因素相互促退 零維系統(tǒng)：也稱為“強(qiáng)烈攪拌的模型”假設(shè)某一空間，例如一個(gè)爐膛，內(nèi)部的氣體極強(qiáng)烈地?fù)交煲灾翣t內(nèi)溫度T、濃度C等物理參數(shù)非常均勻進(jìn)口體積流量：qV氣流溫度：T0燃料或氧的濃度：C0體積：V溫度：T濃度：C出口溫度：T濃度：Cn爐膛容積中的產(chǎn)熱率 n按氣流可燃成分的消耗率計(jì)算 消去C就得到Q：燃料與空氣混合物的發(fā)熱量：氣流的密度10exp()EQk CVQRT10()VQqCC QvvvqVk)RTE(QCq)RTE(-Vk-C)Q(CCQq-C)Q(C)RTE(-VkCQQ1exp1exp11exp10000001n如把產(chǎn)

25、熱率分?jǐn)偨o每1m3流過(guò)爐膛的的氣體，則得單位產(chǎn)熱量01100exp()1vC QQqEqRTk單位產(chǎn)熱量q1與溫度T的關(guān)系停留時(shí)間0 = V/qVn氣流所帶走的散熱量：n每1m3氣體的單位散熱量 ：220()pVQqc TTq20()VpQqcTTTT0q2單位散熱量q2與溫度 T 的關(guān)系n)如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2I位置，氣流熄火n）如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2III氣流正常燃燒n）如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2II位置，氣流可能熄火，也可能正常燃燒零元系統(tǒng)的燃燒熱工況na)如果交點(diǎn)是A，氣流熄火，這是個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)nb）如果交點(diǎn)是C，氣流正常燃燒，這也是個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)nc）如果交點(diǎn)是B，

26、是個(gè)不穩(wěn)定點(diǎn)，如果溫度脈動(dòng)向低溫方向，則交點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，發(fā)生熄火；如果溫度脈動(dòng)向高溫方向，則交點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，正常燃燒零元系統(tǒng)的燃燒熱工況6.7.2 煤粉氣流的著火 2) 一維系統(tǒng)的熱平衡分析 n一維系統(tǒng)：系統(tǒng)中在氣流的橫截面上溫度、濃度等參數(shù)是均勻的，僅沿氣流方向這些參數(shù)才有變化，可以對(duì)氣流燃燒過(guò)程進(jìn)行計(jì)算 。n例如：將煤粉氣流從燃燒器噴口噴出的氣流近似的按一元系統(tǒng)來(lái)處理。加熱煤粉氣流及對(duì)煤粉中的水分進(jìn)行蒸發(fā)和過(guò)熱所需的著火熱為： 04110100100100100TTMcqcrVBQzhardkrrzh100251010010025101000TcMMMTcMBqmfmfarzhqarr n

27、著火熱隨燃料性質(zhì)(著火溫度，燃料水分、灰分、煤粉細(xì)度)和運(yùn)行工況(煤粉氣流初溫、一次風(fēng)率和風(fēng)速)的變化而變化，當(dāng)煤粉與一次風(fēng)通過(guò)對(duì)流與輻射傳熱獲得的熱量等于或大于著火熱時(shí)，再過(guò)了孕育時(shí)間，它就著火了。 04110100100100100TTMcqcrVBQzhardkrrzh100251010010025101000TcMMMTcMBqmfmfarzhqarr 6.7.3 旋轉(zhuǎn)射流中煤粉的著火 煤粉燃燒的方式：旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒、直流燃燒器煤粉燃燒的方式：旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒、直流燃燒器四角切圓燃燒。四角切圓燃燒。 旋轉(zhuǎn)射流通過(guò)各種型式的旋流器來(lái)產(chǎn)生；旋轉(zhuǎn)射流通過(guò)各種型式的旋流器來(lái)產(chǎn)

28、生；具有軸向速度，和較大的切向速度；具有軸向速度，和較大的切向速度；的流動(dòng)過(guò)程形成中心負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生高溫?zé)煔獾幕亓?。的流?dòng)過(guò)程形成中心負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生高溫?zé)煔獾幕亓鳌?旋流燃燒器出口的氣流速度分布 煙氣回流卷吸和煤粉著火過(guò)程 n煤粉與一次風(fēng)氣流噴入爐膛后與回流區(qū)流來(lái)的回流氣體混合，并受到火焰的輻射，同時(shí)二次風(fēng)與一次風(fēng)混合，增大了著火所需熱量；在這三個(gè)因素作用下煤粉與一次風(fēng)氣流升溫到著火溫度而著火。n著火后部分煤粉與一次風(fēng)氣流轉(zhuǎn)而流入回流區(qū)，其他部分繼續(xù)與二次風(fēng)混合而燃燒，并向下游流去。 一次風(fēng)著火點(diǎn)著火點(diǎn)著火溫度著火溫度Tzh回流煙氣回流煙氣特征長(zhǎng)度 l二次風(fēng)二次風(fēng)著火過(guò)程的物理模型 0VrecQQQQc煤粉氣流從卷吸煙氣中得到的對(duì)流吸熱量和爐膛煙氣輻射吸熱量；QV煤粉氣流以及煙氣升溫所需的吸熱量，包括一次風(fēng)和混入的二次風(fēng)氣流以及煙氣的顯熱等；Qre煤粉氣流中的化學(xué)反應(yīng)放熱量，包括揮發(fā)分和焦炭的燃燒放熱以及其它化學(xué)反應(yīng)的放熱量。 6.7.4 直流射流中煤粉的著火 直流燃燒噴出的煤粉氣流一般在爐內(nèi)呈切圓布置，形成切向燃燒（四角或四墻切圓燃燒）n直流燃燒器的煤粉一次風(fēng)氣流所獲得的對(duì)流傳熱來(lái)自爐內(nèi)正在旋轉(zhuǎn)的火焰，其中尤