固體燃料燃燒

1、固體燃料燃燒第1頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.1煤的燃燒過程 煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 煤是由很多不同結(jié)構(gòu)的含C、H、O、N、S的有機(jī)聚合物粒子和礦物雜質(zhì)混合而成，各種有機(jī)聚合物粒子之間常由不同的碳?xì)渲ф溸B結(jié)成更大的粒子。 煤的燃燒過程：引言干燥熱解及揮發(fā)分析出揮發(fā)分燃燒焦炭燃燒第2頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.1煤的燃燒過程煤的熱解過程當(dāng)煤加熱到足夠高的溫度時(shí)，煤先變成塑性狀態(tài)，失去棱角而使其形狀變得更接近于球形，同時(shí)開始釋放揮發(fā)份。 揮發(fā)份釋放后留下的是一多孔的炭。熱解過程中不同的煤有著不同程度的膨脹。第3頁，共101頁，2022年，5月

2、20日，9點(diǎn)43分，星期二9.1煤的燃燒過程煤的熱解過程 加熱速率對揮發(fā)份析出的速率及其成分有很大的影響；慢速加熱時(shí)大部分轉(zhuǎn)化成碳，而快速加熱時(shí)則得到很小，甚至無碳。煤粒終溫對揮發(fā)分析出的最終產(chǎn)量影響很大：隨著熱解溫度的提高，揮發(fā)分產(chǎn)量可高達(dá)70%以上，即揮發(fā)分并不是一個(gè)確定不變的常數(shù)。800K38.3%1390K48%1720K60%2170K71%第4頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.1煤的燃燒過程煤的燃燒過程 揮發(fā)份的燃燒 焦炭的燃燒焦炭含量占5597%，燃燒時(shí)間占90%，發(fā)熱量占6095%第5頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2

3、固體碳粒的燃燒氣固兩相燃燒反應(yīng)過程兩相反應(yīng)的特點(diǎn)：物質(zhì)在相的分界表面上發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)的一般步驟：以上步驟依次發(fā)生。整個(gè)反應(yīng)過程的快慢取決于各步中最慢的一步。反應(yīng)分子擴(kuò)散到表面分子在表面發(fā)生吸附作用被吸附的分子在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成物從表面解吸生成物擴(kuò)散離開表面第6頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論假設(shè)碳與氧燃燒的生成物只有二氧化碳，并仿照傳熱學(xué)中對流換熱系數(shù)的概念引入對流擴(kuò)散系數(shù)，則氧從周圍向單位碳粒表面的擴(kuò)散量可以寫為 氧在碳表面處的反應(yīng)的速度（單位碳粒表面、單位時(shí)間燃燒掉的氧量）可表示為在穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時(shí)，向碳粒擴(kuò)散的氧量應(yīng)等于

4、碳粒燃燒所消耗的氧量。因此第7頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論表觀速度常數(shù) 多相燃燒反應(yīng)阻力 第8頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論多相燃燒反應(yīng)阻力： 燃燒反應(yīng)的化學(xué)阻力氧氣擴(kuò)散過程中的物理阻力根據(jù)多相燃燒反應(yīng)的化學(xué)阻力與物理阻力的對比，可將多相燃燒反應(yīng)分為三類：動(dòng)力燃燒、擴(kuò)散燃燒、過渡燃燒第9頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論動(dòng)力燃燒：當(dāng)化學(xué)阻力比物理阻力大得多時(shí)，燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，故稱為動(dòng)力燃燒

5、。 碳表面上氧氣濃度接近于周圍氣流中氧的濃度。這種情況相當(dāng)于較低溫度下的燃燒情況。此時(shí)由于化學(xué)反應(yīng)速度很低，從遠(yuǎn)處擴(kuò)散到碳表面的氧消耗得很少，從而使得碳表面氧的濃度等于遠(yuǎn)處環(huán)境中氧的濃度 。第10頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論擴(kuò)散燃燒：當(dāng)化學(xué)阻力比物理阻力小得多時(shí)，燃燒速度取決于氧分子擴(kuò)散速度，故稱為擴(kuò)散燃燒 碳表面上氧氣濃度接近于零。這相當(dāng)于在高溫下的燃燒情況。此時(shí)由于溫度很高，化學(xué)反應(yīng)能力已大大超過擴(kuò)散能力，使所有擴(kuò)散到碳表面的氧立即全部反應(yīng)掉，從而導(dǎo)致碳表面的氧濃度為零 。第11頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)

6、43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論過渡燃燒：當(dāng)化學(xué)阻力與物理阻力在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，兩者均不可忽略，燃燒工況處于擴(kuò)散控制與動(dòng)力控制之間，故稱為過渡燃燒 第12頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論溫度對碳燃燒速率及碳表面氧濃度的影響碳燃燒速率隨溫度的變化1、動(dòng)力燃燒區(qū) 2、過渡燃燒區(qū)3、擴(kuò)散燃燒區(qū) 碳燃燒時(shí)其表面氧濃度分布1動(dòng)力區(qū)；2，3過渡區(qū)；3擴(kuò)散區(qū)第13頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論碳燃燒狀態(tài)的判別準(zhǔn)則謝米諾夫準(zhǔn)則：氧的濃度比：動(dòng)力燃燒過渡燃燒擴(kuò)散燃燒

7、9.00.119.00.90.10.90.1第14頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.2 固體碳粒的燃燒氣固兩相反應(yīng)理論兩相反應(yīng)的級(jí)數(shù)吸附理論在固體燃料表面，兩相反應(yīng)的級(jí)數(shù)01級(jí)。很小很大中值一級(jí)反應(yīng)0級(jí)反應(yīng)n=01第15頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)碳與氧的反應(yīng)碳粒燃燒的三種模型：一般認(rèn)為碳的氧反應(yīng)首先生成碳氧絡(luò)合物，碳氧絡(luò)合物進(jìn)一步反應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。寫成化學(xué)式即為二氧化碳是初次反應(yīng)產(chǎn)物的模型；一氧化碳是初次反應(yīng)產(chǎn)物的模型；二氧化碳、一氧化碳同時(shí)是初次反應(yīng)產(chǎn)物的模型第16頁，共101頁，2022年，5

8、月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)碳與氧的反應(yīng)溫度不同時(shí)，由于反應(yīng)機(jī)理上的區(qū)別，生成物中一氧化碳和二氧化碳的比例也不相同。比值n/m隨溫度上升而增大。絡(luò)合離解總的簡化反應(yīng)式在1300以下或碳表面氧的分壓很低、濃度很小的情況下氧分子溶入碳的晶體內(nèi)構(gòu)成固溶絡(luò)合物第17頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)碳與氧的反應(yīng)絡(luò)合離解總的簡化反應(yīng)式在1600以上：碳氧反應(yīng)機(jī)理逐步轉(zhuǎn)為由化學(xué)吸附引起，絡(luò)合物不待氧分子撞擊就自行熱分解第18頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)碳與二氧化碳的反應(yīng)吸附到碳的晶

9、體上形成絡(luò)合物，然后絡(luò)合物分解成，并解吸離開碳表面。由于的化學(xué)吸附活化能比氧的溶解活化能大得多，因此只有在溫度很高時(shí)，這一反應(yīng)才顯著起來。第19頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)碳與水蒸氣的反應(yīng)與碳的氣化反應(yīng)十分類似，同樣為吸熱反應(yīng)。反應(yīng)級(jí)數(shù)為一級(jí)，活化能比氣化反應(yīng)的活化能大，約為。反應(yīng)進(jìn)行過程中水蒸氣也是經(jīng)過吸附、絡(luò)合與分解一系列環(huán)節(jié)才完成水煤氣的生成的。第20頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.3碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)一氧化碳的分解反應(yīng)一氧化碳的分解反應(yīng)是碳的氣化反應(yīng)的逆反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致碳的析出，因而也是一個(gè)重要問題

10、。第21頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.4多孔性碳粒的燃燒實(shí)際上碳是一種多孔性物質(zhì)，因此反應(yīng)不僅在外表面進(jìn)行，而且在碳的內(nèi)部也進(jìn)行。這些數(shù)據(jù)表明，內(nèi)部表面對反應(yīng)的影響是不可忽視的。木炭內(nèi)部的反應(yīng)表面積為57114電極碳為70500無煙煤為100第22頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.4多孔性碳粒的燃燒多孔性碳粒燃燒速率若每單位體積碳粒所含內(nèi)部孔隙的表面積為，則對半徑為r的碳粒球體，其內(nèi)外表面積之和為：碳球的總反應(yīng)速率為：式中為包括了對應(yīng)內(nèi)表面的碳球的總反應(yīng)速度常數(shù) 當(dāng)溫度較低時(shí)內(nèi)表面上各處的氧濃度都相同，且等于碳粒外表面的氧濃度第23頁

11、，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.4多孔性碳粒的燃燒多孔性碳粒燃燒速率當(dāng)碳球溫度很高時(shí)，內(nèi)表面上氧濃度接近于零，亦就是碳球內(nèi)表面停止了碳和氧的一次反應(yīng)。只有碳球外表面能和氧發(fā)生反應(yīng)。于是氧在碳表面上的總反應(yīng)速度就變成第24頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.4多孔性碳粒的燃燒多孔性碳粒燃燒速率稱為反應(yīng)的有效滲透深度低溫時(shí)高溫時(shí)令：第25頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.4多孔性碳粒的燃燒多孔性碳粒燃燒速率總反應(yīng)速度常數(shù)：總反應(yīng)速度：考慮碳粒內(nèi)外擴(kuò)散作用，同時(shí)又考慮了內(nèi)外表面上化學(xué)反應(yīng)影響的化學(xué)反應(yīng)速度第26頁，共1

12、01頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響碳粒燃燒的一次反應(yīng)與二次反應(yīng)第27頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響溫度低于800時(shí)碳粒周圍的燃燒情況第28頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響溫度在8001200時(shí)靜止碳粒燃燒情況第29頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響溫度大于12001300時(shí)碳粒周圍的燃燒情況第30頁，共101頁，

13、2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響碳粒燃燒隨溫度變化1、氧化反應(yīng)動(dòng)力區(qū)2、氧化反應(yīng)擴(kuò)散區(qū)3、還原反應(yīng)動(dòng)力區(qū)4、還原反應(yīng)擴(kuò)散區(qū)第31頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.5二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響流動(dòng)條件下的碳粒燃燒碳粒表面附近的燃燒情況1-迎風(fēng)面；2-背風(fēng)面；3-回流區(qū)；4-火焰鋒面第32頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率近似算法（穩(wěn)定燃燒）：Stefan流不是很大時(shí)：傳熱與傳質(zhì)完全可以類比，Le=1第33頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期

14、二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率當(dāng)Stefan流的影響不可忽略時(shí)：擴(kuò)散方程：能量方程：假設(shè)沒有空間氣相反應(yīng)，則在任何半徑上的總質(zhì)量流均應(yīng)相等：第34頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率第35頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率第36頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率由能量方程亦可求得：由阿累尼烏斯定律亦可求得：第37頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，

15、星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃燒速率第38頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃盡時(shí)間第39頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃盡時(shí)間當(dāng)燃燒為純擴(kuò)散燃燒時(shí)，碳粒燃盡時(shí)間：碳粒進(jìn)行擴(kuò)散燃燒時(shí)，碳粒燃盡時(shí)間與碳粒直徑的平方成正比。第40頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒碳粒燃盡時(shí)間當(dāng)燃燒處于動(dòng)力燃燒狀態(tài)：第41頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.6 擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表

16、面燃燒碳粒燃盡時(shí)間當(dāng)燃燒處于動(dòng)力燃燒狀態(tài)：碳粒進(jìn)行動(dòng)力燃燒時(shí)，碳粒燃盡時(shí)間與碳粒直徑成正比。第42頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.7 灰分對碳燃燒的影響灰分對碳板燃燒過程的影響燃燒過程是一維穩(wěn)定過程；灰分在碳板中均勻分布；燃燒時(shí)的含灰碳板的溫度為定值；燃燒反應(yīng)只在灰層和碳板的界面上進(jìn)行，不考慮內(nèi)部燃燒假設(shè)：在穩(wěn)定燃燒情況下，單位時(shí)間通過單位面積的氧擴(kuò)散量等于碳反應(yīng)的消耗量：第43頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.7 灰分對碳燃燒的影響灰分對碳板燃燒過程的影響反應(yīng)物質(zhì)交換總阻力外部擴(kuò)散阻力灰層擴(kuò)散阻力化學(xué)反應(yīng)阻力第44頁，共101頁，20

17、22年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.7 灰分對碳燃燒的影響灰分對碳板燃燒過程的影響碳板的燃盡速率：第45頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.7 灰分對碳燃燒的影響灰分對球形碳粒燃燒過程的影響第46頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.7 灰分對碳燃燒的影響灰分對球形碳粒燃燒過程的影響擴(kuò)散控制動(dòng)力控制第47頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置固體燃料的燃燒方式層燃燃燒懸浮燃燒沸騰燃燒第48頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層

18、燃燃燒逆流式（上飼式）順流式（下飼式）交叉式（前飼式）燃燒狀態(tài)：大部分燃料在爐柵上燃燒，可燃?xì)怏w及一小部分細(xì)屑燃料則在燃燒室空間內(nèi)呈懸浮燃燒 第49頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒固定火床燃燒過程第50頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒新燃料層：煤干燥、干餾，將水汽、揮發(fā)物等帶離煤層進(jìn)入爐膛空間，揮發(fā)分及CO與煤層著火燃燒；還原層：氣流中CO2與碳起還原反應(yīng)，即CO2 +C2CO，溫度越高，速度越快氧化層：主要進(jìn)行氧化反應(yīng)，末端氣體的溫度也達(dá)到最高冷空氣進(jìn)入

19、，爐柵和灰渣被冷卻，而空氣則被預(yù)熱燃燒過程：第51頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒如果燃燒層穩(wěn)定，氧化層的厚度幾乎不隨鼓風(fēng)量變化改變煤層的厚度還可以改變煙氣的成分 一次空氣主要是供給焦炭燃燒的需要，二次空氣則是供給揮發(fā)物、CO以及部分被氣流揚(yáng)起的細(xì)小煤粒等燃燒的需要；一般取空氣過剩系數(shù)1.31.7燃燒規(guī)律：第52頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒手燒爐的空氣供需狀況Ab進(jìn)入爐內(nèi)的總空氣量Cd 實(shí)際參與燃燒的有效空氣量Ef實(shí)際需要空氣量Gh焦炭燃燒所需空氣量第

20、53頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒鏈條爐中燃燒區(qū)段分布圖1預(yù)熱干燥區(qū)2揮發(fā)分析出與燃燒區(qū)3a焦炭氧化層區(qū)3b焦炭還原區(qū)4灰渣燃盡區(qū)第54頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置層燃燃燒鏈條爐原則性配風(fēng)方案盡早配風(fēng)法強(qiáng)風(fēng)后吹法推遲配風(fēng)法第55頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒燃燒狀態(tài)：將磨成微粒或細(xì)粉狀的燃料與空氣混合后從噴燃器噴出，在爐膛空間呈懸浮狀態(tài)時(shí)的一種燃燒。直流式（火炬式）旋渦式（旋風(fēng)式）特點(diǎn)：

21、燃燒速度快、燃燒效率高、燃燒溫度高、煤耗低、調(diào)節(jié)方便第56頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒燃燒過程：煤粉進(jìn)入到爐膛受到導(dǎo)熱、對流及輻射加熱、逸出揮發(fā)分，并升溫著火，形成著火區(qū)著火后煤粉與空氣強(qiáng)烈反應(yīng)，并放出大量的熱，構(gòu)成燃燒區(qū)當(dāng)溫度達(dá)到最大值后，燃燒過程已相當(dāng)完全，反應(yīng)減慢，這時(shí)放熱量小于散熱量，溫度下降，從而進(jìn)入燃盡區(qū)第57頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒（1）一、二次空氣的比例要合適，考慮兩個(gè)方面：（A）一次風(fēng)攜帶煤粉噴入燃燒室或窯爐并供逸出的揮發(fā)分燃

22、燒（B）煤粉制備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及窯爐的特點(diǎn)。（2）一、二次空氣的溫度一次風(fēng)的溫度150，以防止煤粉發(fā)生爆炸；二次風(fēng)的溫度不受限制（盡量高）。（3）控制適當(dāng)?shù)倪^剩空氣系數(shù)水泥回轉(zhuǎn)窯的過?？諝庀禂?shù)一般為1.051.15。（注意：若為滿足烘干機(jī)對煙氣溫度的要求而需摻入冷空氣時(shí)，則應(yīng)在煤粉基本燃燼之后的地段再摻入）。燃燒規(guī)律：第58頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒（4）控制合適的一次風(fēng)噴出速度（5）制備細(xì)度合格、粒度均勻的煤粉5070m。揮發(fā)分高的煤或質(zhì)地疏松的煤，其粒度可以稍大些；無煙煤或硬質(zhì)煤，粒度就要小些。煤粉細(xì)度一般控制為0

23、.08mm方孔篩篩余8%15%左右。（6）保持較高的爐膛溫度（7）使用合適的煤粉燒嘴（8）爐膛空間的大小和形狀要適當(dāng)使煤粉在其中有足夠的停留時(shí)間以保證其能充分燃燼。燃燒規(guī)律：第59頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒煤粉燃燒器：直流煤粉燃燒器旋流煤粉燃燒器第60頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮燃燒1溫度2飛灰含碳量3CO2濃度4氧濃度、著火區(qū)、燃燒中心區(qū)、燃盡區(qū)第61頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置懸浮

24、燃燒旋風(fēng)爐第62頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置沸騰燃燒空氣速度與煤粒存在狀態(tài)：速度低：碎煤顆粒靜止在布風(fēng)板上；速度達(dá)某值：煤粒被風(fēng)托起，顆粒之間的空隙加大，顆粒在一定高度內(nèi)上下翻騰，煤顆粒能懸浮在空氣中，受熱完成干燥、預(yù)熱、干餾、揮發(fā)分逸出及燃燒、焦炭的燃燒及燃燼等燃燒過程流速過快：煤不完全燃燒。第63頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置沸騰燃燒沸騰燃燒室的底部安裝有布風(fēng)板爐柵，塊煤經(jīng)錘鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)破碎后，其粒度在0.510mm之間，碎煤經(jīng)喂煤口投放到布風(fēng)板爐柵上，布風(fēng)板下為

25、風(fēng)室，空氣由此向上吹送。 第64頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.8 固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置沸騰燃燒A、煤粒與空氣之間能充分混合?？諝膺^剩系數(shù)小，燃燒速度非常迅速B、熱效率高，可達(dá)95%以上C、燃燒溫度穩(wěn)定，可保持在9601050范圍內(nèi)D、可充分利用各種劣質(zhì)燃料E、沸騰燃燒室結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、易于調(diào)節(jié)、自動(dòng)化程度高及操作環(huán)境好F、空氣動(dòng)力消耗大，煙氣中飛灰量較多G、操作不當(dāng)時(shí)，不完全燃燒造成的熱損失大H、煤的結(jié)焦性強(qiáng)時(shí)，排渣困難沸騰燃燒的特點(diǎn)：第65頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒煤漿燃料煤漿燃料是煤粉與液體如水

26、、油或甲醇混合而成的燃料。種類以煤與何種液體相混合來命名有：（1）油煤漿（COM或COD）油與煤粉混合，可以包含10%的水（2）煤油水漿（COW）和煤水油漿（CWO）：水含量大于10%（3）水煤混合燃料煤與水的混合物，CWF水煤燃料，CWS水煤漿（4）煤甲醇水混合物（5）油石油焦?jié){（6）水石油焦?jié){第66頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿（1）用于工業(yè)蒸汽鍋爐（2）用于電站鍋爐（3）用于各種工業(yè)窯爐（4）用于內(nèi)燃機(jī)（5）用于燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)（6）用于煤粉鍋爐的點(diǎn)火燃料水煤漿是近十幾年發(fā)展起來的一種新型燃料，它由煤粉、水和少量化學(xué)添加劑組成。水煤漿

27、的用途可以代油：第67頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的種類煤漿特征使用方式特點(diǎn)用途50%煤 / 50%水管道運(yùn)輸降低運(yùn)輸費(fèi)用舊和新設(shè)計(jì)燃煤鍋爐70%煤 / 29%水/ 1%添加劑直接燃用燃料費(fèi)用低于燃油、民用燃料舊的燃油設(shè)計(jì)鍋爐60%煤 / 40%水管道運(yùn)輸直接燃用過程費(fèi)用降低舊和新設(shè)計(jì)燃煤鍋爐超細(xì)煤漿直接燃用燃料減小降負(fù)荷燃油和燃?xì)忮仩t水焦?jié){直接燃用燃料降低燃料費(fèi)用船用鍋爐，燃油鍋爐油焦?jié){直接燃用燃料降低燃料費(fèi)用燃油鍋爐超細(xì)、超凈煤漿替代燃料替代油內(nèi)燃機(jī)直接燃用超凈煤漿直接燃用燃料減小降負(fù)荷燃油和燃?xì)忮仩t第68頁，共101頁，2022年，

28、5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的要求與特點(diǎn)非牛頓流體，一種高濃度煤粉顆粒在水中的懸浮混合物可以泵送與霧化噴入爐中需有穩(wěn)定的剪切應(yīng)力和良好的穩(wěn)定性（抵制煤粉顆粒沉積）低粘度和很好的流變特性霧化水煤漿時(shí)要求其顆粒容易分離水煤漿在制造過程中進(jìn)行凈化處理，處理以后可除去原料煤中灰分的50%75%和黃鐵礦（硫）的40%90%，并回收原料煤熱值的90%98%。煤礦可以用水力開采，并把原煤的洗選和水煤漿的制造過程結(jié)合起來，水煤漿的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更高。第69頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的制作濕磨 將原料煤濕磨至需要的顆粒尺寸，一般為5

29、0200m。浮選凈化 含有合格煤粉的煤漿被送到浮選凈化段，通過浮選工藝除去其中大部分灰分和硫分。過濾和脫水 從浮選段出來的煤漿送至一過濾器（常用真空濃縮過濾器），把水煤漿制成相對干燥和清潔的煤餅狀，以使最終的水煤漿產(chǎn)品達(dá)到所要求的固體濃度?；旌虾蛢?chǔ)存 由濃縮過濾器出來的清潔煤漿的濾餅被送到連續(xù)攪拌的混合器，在混合器中加入化學(xué)添加劑，以滿足所需要的水煤漿特性。當(dāng)混合過程完成以后，水煤漿就制備好了，可以泵送去儲(chǔ)存或直接輸送到用戶。制造水煤漿主要包括以下幾個(gè)部分：第70頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的制作第71頁，共101頁，2022年，5月20

30、日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的霧化水煤漿良好的霧化特性是使其穩(wěn)定著火和燃燒并保證高的燃燒效率的的首要因素。霧化不好不僅會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定和燃燒損失增加，而且還會(huì)造成爐膛結(jié)渣。因此，水煤漿霧化噴嘴是關(guān)鍵的燃燒設(shè)備。由于水煤漿在常溫下的工作粘度一般為0.31Pas，比燃料油在運(yùn)行時(shí)的工作粘度大得多，所以，水煤漿多用空氣或蒸汽霧化噴嘴。一個(gè)良好設(shè)計(jì)的水煤漿噴嘴應(yīng)能達(dá)到以下要求：具有良好的霧化性能，能得到盡可能細(xì)的水煤漿液滴。希望霧化炬的平均液滴直徑在75m，這樣才能保證良好的燃燒。霧化介質(zhì)（壓縮空氣或蒸汽）和水煤漿的流量比為0.10.25，這樣經(jīng)濟(jì)上才合理。由于水煤漿中含有70%7

31、5%的固體顆粒，因此，從結(jié)構(gòu)和材料上，要使噴嘴具有防磨損的功能。采用碳化硅或陶瓷作為噴口材料，可使噴嘴的工作壽命在2000小時(shí)以上。噴嘴不會(huì)被水煤漿堵塞，并能承受燃燒器重復(fù)啟停所產(chǎn)生的熱應(yīng)力第72頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的霧化圖為以煙煤為原料煤制成的水煤漿，當(dāng)采用空氣霧化噴嘴，空氣壓力為1.2105Pa，空氣和水煤漿的流量比分別為10%、20%、30%、40%和50%時(shí)，水煤漿的水分含量和霧化液滴的質(zhì)量平均直徑的關(guān)系。 第73頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的霧化空氣霧化水煤漿噴嘴a

32、） T型噴嘴；b）標(biāo)準(zhǔn)Y型噴嘴；c）漸擴(kuò)Y型噴嘴1-碳化硅或陶瓷管第74頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的燃燒第75頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的燃燒水煤漿的燃燒過程，首先是通過噴嘴將其霧化成細(xì)滴，液滴在高溫爐膛中迅速蒸發(fā)掉水分，然后就像煤粉燃燒那樣，析出揮發(fā)分、著火和焦炭粒燃燒和燃盡。由于水煤漿的水分含量為2530%，因此其燃燒的首要問題是在燃燒器根部保證穩(wěn)定的著火。保證水煤漿的穩(wěn)定著火和燃燒，除了上述的正確設(shè)計(jì)噴嘴和保證霧化質(zhì)量外，還要能在燃燒器出口火焰根部維持一個(gè)高溫區(qū)，以保證水煤

33、漿霧化炬具有很高的升溫速率，以使水煤漿液滴中的水分能迅速蒸發(fā)和使揮發(fā)分析出并著火。第76頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿燃燒器旋流燃燒器第77頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的燃燒水煤漿燃燒過程分三個(gè)階段：（1）水分蒸發(fā)（2）揮發(fā)分析出和燃燒（3）焦炭燃燒第78頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿燃燒水煤漿的燃燒特點(diǎn)與一般煤粉燃燒相比，水煤漿燃燒的特點(diǎn)：水煤漿中含有30%40%的水分，在燃燒過程中首先必須有一個(gè)蒸發(fā)過程，使煤漿的著火熱增加，大約是同種煤粉

34、的66%87%。水煤漿以噴霧方式進(jìn)入燃燒區(qū)域，為達(dá)到良好的霧化，噴嘴出口速度往往高達(dá)200300m/s，而煤粉則以一次風(fēng)混合帶入，速度較低，一般為2030m/s。霧化過程不可能得到比原煤粉更小的液滴，在煤粉燃燒中，往往小顆粒煤粉在著火階段起主要作用，可以迅速加熱而著火，而對于煤漿，這些小顆粒都形成了較大的液滴。水煤漿霧滴中有多個(gè)煤粉顆粒，在水分加熱蒸發(fā)和揮發(fā)分析出過程中會(huì)產(chǎn)生二次破碎分離和結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，由于這種結(jié)團(tuán)引起焦炭顆粒明顯大于一般煤粉焦炭粒子而難于燃燒。水煤漿霧炬本身具有很高的動(dòng)量，這對燃燒室流場組織產(chǎn)生影響。第79頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.10 水煤漿

35、燃燒水煤漿單滴燃燒模型第80頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二液滴云的四種群燃燒方式：水煤漿群燃燒模型群燃燒數(shù)：第81頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二火焰的4個(gè)區(qū)域：揮發(fā)分析出區(qū)空氣不足未燃焦炭區(qū)焦炭燃燒區(qū)非燃燒區(qū)群燃燒三種模式：水煤漿群燃燒模型第82頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二水煤漿群燃燒模型群燃燒三種模式：帶缺氧焦碳粒子存在區(qū)的水煤漿霧群燃燒第83頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二群燃燒三種模式：水煤漿群燃燒模型不帶缺氧焦碳粒子存在區(qū)的水煤漿霧群燃燒第84頁，共101頁，2022年，5月

36、20日，9點(diǎn)43分，星期二群燃燒三種模式：水煤漿群燃燒模型顆粒揮發(fā)分析出和焦碳粒子燃燒的水煤漿霧群燃燒第85頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化煤的氣化煤的氣化是一個(gè)熱化學(xué)過程，即用氧或含氧化合物（如水蒸氣、二氧化碳）通過高溫的煤層或焦炭層，使燃料中的有機(jī)物氧化，并轉(zhuǎn)化生成含有H2、CO等可燃?xì)怏w的過程。根據(jù)所用氣化劑及煤氣成分、熱值的不同，生產(chǎn)的煤氣可分為：空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣以及半水煤氣等 。名稱氣化劑組成成分%低熱值KJ/m3用途H2COCO2N2CH4O2空氣煤氣空氣2.61014.772.00.50.237604600燃料混合爆氣空氣、水

37、蒸氣13.527.55.552.80.50.250005220燃料水煤氣水蒸氣48.438.56.06.40.50.21000011200燃料半水煤氣水蒸氣、空氣40.030.78.014.60.50.287709610合成氨原料氣第86頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化煤的氣化煤氣的氣化方法主要有兩種：一種是沸騰層氣化，以富氧空氣和水蒸氣為氣化劑連續(xù)地送入粉狀燃料層中，使燃料呈沸騰狀態(tài)氣化。這種方法氣化強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力大，但需使用氧氣，而且原料適用范圍狹窄（要求使用化學(xué)活性高的燃料制氣），故采用這種氣化方法的工廠不多。另一種是固定床氣化法，它是目前國

38、內(nèi)廣泛采用的一種制氣方法 第87頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化空氣煤氣氧化層還原層干餾層干燥預(yù)熱層氣化劑第88頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化空氣煤氣氧化層還原層干餾層干燥預(yù)熱層氣化劑熱值：氣化效率：第89頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化空氣煤氣影響制氣過程的因素：反應(yīng)溫度還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高反應(yīng)溫度有利于CO的生成反應(yīng)溫度過高，會(huì)使灰渣熔融，結(jié)成大塊，造成操作困難反應(yīng)溫度一般控制在10001200之間，應(yīng)低于所用燃料的灰熔點(diǎn)(2) 燃料性質(zhì)氣孔率(3) 鼓

39、風(fēng)速度煤氣產(chǎn)量與質(zhì)量第90頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化水煤氣 上述兩個(gè)都是吸熱反應(yīng)，如果連續(xù)地向發(fā)生爐內(nèi)通水蒸氣，則將導(dǎo)致燃料層迅速冷卻。為了能在燃燒料層中維持必要的溫度必須交替地向爐內(nèi)吹入空氣和水蒸氣。 第91頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化氣化工藝分類：按燃料與氧化劑經(jīng)氣化爐的流動(dòng)方式分類氣化爐氣流床流化床移動(dòng)床與煤粉燃燒類似與流化床燃燒器類似與層燃類似氣流床流化床移動(dòng)床燃料規(guī)格500m0.55mm550mm燃料滯留時(shí)間110s550s1530min氣體出口溫度9001400700900400500

40、第92頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化氣流床氣化爐在一臺(tái)氣流床氣化爐內(nèi)，粉煤或霧化油流與氧化劑（典型的氧化劑是氧）一起匯流。氣流床氣化爐的主要特性是其溫度非常高，且均勻（一般高于1000），氣化爐內(nèi)的燃料滯留時(shí)間非常短。第93頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化氣流床氣化爐煤被磨碎至100m并靠氮由風(fēng)力輸送到氣化爐。氣化爐結(jié)構(gòu)獨(dú)特，氣化爐本身與合成氣冷卻器結(jié)合。煤、O2和蒸氣一起經(jīng)裝在氣化爐下部的燃燒器給入。合成氣在1600的溫度下產(chǎn)生。但它在氣化爐出口借助再循環(huán)的潔凈合成氣淬冷，將其溫度減至大約800。然后合成氣向上流至一中心分配器管，并經(jīng)蒸發(fā)器段向下流動(dòng)，在大約380離開氣化爐。在氣化過程形成的熔渣在水槽內(nèi)淬冷，并通過閘斗倉裝置排出。 圖7 Prenflo R 氣化爐第94頁，共101頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)43分，星期二9.11 煤的氣化流化床氣化爐在一個(gè)流化床內(nèi)，固體（如煤、灰）懸浮在一般向上流動(dòng)的氣流中。在流化床氣化爐內(nèi)，氣體流包含氧化介質(zhì)（一般是空氣而非O2）。流化床氣化爐的重要特點(diǎn)（像流化床燃燒器一樣）是不能讓燃料灰過熱，以至熔化粘接在一起。假如燃料顆粒粘在一起，則流化床的流態(tài)化作用將停滯?？諝庾鳛檠趸瘎┑淖饔檬潜３譁囟鹊陀?000。這表