燃燒學(xué)講義2010-第五章固體

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院1第五章固體燃料燃燒5.1概述5.2異相化學(xué)反響及碳化學(xué)反響速度5.3碳球燃燒過(guò)程與燃盡時(shí)間5.4氣流燃燒的熱工況5.5煤粉的火炬燃燒西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院25.1概述煤的燃燒過(guò)程有自己的特點(diǎn)：氣態(tài)產(chǎn)物：揮發(fā)分V受熱裂解著火燃燒加熱剩余固態(tài)產(chǎn)物：焦炭C加熱著火燃燒供O2燃盡放熱Q煤西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院3可見(jiàn)：焦炭〔C〕無(wú)論在煤中的質(zhì)量百分比或燃燒放熱〔發(fā)熱量〕的百分比都是占主要地位。①煤中焦炭量占55-96.5%，發(fā)熱量占66-95%。②焦炭燃燒是異相化學(xué)反響，反響速度慢。焦炭燃燒的時(shí)間約占全部燃燒時(shí)間的90%，也就是說(shuō)，揮發(fā)分燃燒時(shí)間僅約10%。這也說(shuō)明了焦炭燃燒比氣體燃料燃燒要困難的多。③從提供熱量的角度，焦炭具有主要意義，∵它提供了大量的熱量。焦炭占可燃成分的質(zhì)量百分比，%焦炭發(fā)熱量占煤總發(fā)熱量的百分比，%無(wú)煙煤96.595煙煤57-7859.5-83.5褐煤5566泥煤3040.5木柴1520西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院4煤燃燒過(guò)程的特點(diǎn)總結(jié)揮發(fā)份的燃燒過(guò)程：先析出，然后遵循氣體燃料燃燒的規(guī)律。——類(lèi)似與液體燃料燃燒的過(guò)程，也存在一個(gè)“析出潛熱〞。煤的燃燒過(guò)程主要是焦炭燃燒——一個(gè)異相〔非均相〕化學(xué)反響過(guò)程。遵循固體燃料燃燒特有的規(guī)律。所以，本章重點(diǎn)討論焦炭的燃燒過(guò)程。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院5煤中碳的結(jié)構(gòu)特征1.41×10-10m3.345×10-10m第一層第二層第三層第四層在六角形基面中，碳原子間距1.41×10-10m，所以結(jié)合比較牢固。而六角形基面之間的距離較大，可達(dá)3.345×10-10m，故結(jié)合較弱，不能阻止其它原子〔如O原子〕的深入，而發(fā)生氧化反響。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院6煤中碳的結(jié)構(gòu)特征1.41×10-10m3.345×10-10m第一層第二層第三層第四層另外，六角形基面上的C原子都是以3個(gè)價(jià)電子與基面上其它C原子結(jié)合，結(jié)合緊密，反響活性就低。而周界和邊緣上的C原子的結(jié)合鍵要少，因此活性較好，但是活化能仍然較高。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院75.2異相化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)5.2.1異相化學(xué)反響根本步驟碳的燃燒是一種氣固兩相間在碳的外表上進(jìn)行的化學(xué)反響(非均相化學(xué)反響)。通常氣固異相反響包括如下步驟：西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院85.2.1異相化學(xué)反響根本步驟O2第一步：O2必須通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)碳的外表，并被碳外表吸附第二步：在碳外表上進(jìn)行碳—氧反響，并生成反響產(chǎn)物第三步：反響產(chǎn)物從碳的外表上脫離〔解吸〕，并從碳外表向外擴(kuò)散開(kāi)去碳球而整個(gè)碳外表上的反響速度決定于其中最慢的一步。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院9溫度與吸附的關(guān)系溫度條件吸附原理吸附的化學(xué)變化常溫主要是物理吸附，并隨T↑---吸附氣體脫離無(wú)化學(xué)變化中溫氣體分子溶入晶格基面之間----形成固溶絡(luò)合物發(fā)生化學(xué)變化（∵絡(luò)合物與原來(lái)的氣體--O2的性質(zhì)不同）高溫不存在物理吸附，僅有很少的固溶絡(luò)合物。主要是晶體周界和邊緣上的C原子對(duì)氣體（O2）的化學(xué)吸附，但吸附活化能很大?！嘀荒茉诤芨邷叵拢瘜W(xué)吸附才顯著。發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生新氣體?；瘜W(xué)吸附后的新氣體可能自動(dòng)或被撞擊而解吸。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院10焦炭反響活性由于碳晶體邊界與中心的活性不同〔鍵能低〕——邊界反響活性更好?；嫔吓c基面間的活性不同〔間隙大〕——基面間反響活性更好。內(nèi)、外外表積大小不同，活性不同——外表積大反響活性更好。所以不同的焦炭其化學(xué)反響速度相差甚大。一般密度小孔隙率高〔疏松〕的焦炭，粒徑小的焦炭〔比外表積大，內(nèi)空隙易暴露〕，反響活性更強(qiáng)。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院11對(duì)C+CO2=2CO反響的焦炭活性順序活性大活性小泥煤焦炭木炭褐煤焦炭煙煤焦炭無(wú)煙煤焦炭西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院125.2.2碳燃燒異相反響理論根據(jù)異相反響的步驟，首先需要建立的理論，是吸附〔解吸〕的理論O2第一步：O2必須通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)碳的外表，并被碳外表吸附碳球西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院13設(shè)碳外表上的吸附了氧的面積份額為q，那么

又稱外表遮蓋率。吸附了O2的碳外表上，不能再吸附新的O2分子，而只能把碳—氧反響產(chǎn)物解吸出去。因此，解吸的速率wj與碳外表上O2的吸附面積份額q成正比，即吸附面積率q愈大，反響物愈多，向外解吸速度wj愈快O2碳球或〔k-1——解吸的比例常數(shù)〕西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院14同樣，在碳外表上(1-q)的面積份額上沒(méi)有吸附O2，故碳外表附近的O2就有可能再吸附上去。吸附上去的速率wx決定于碳外表附近的O2濃度Cb和(1-q)的大小。O2碳球吸附與解吸的平衡或〔k1——吸附的比例常數(shù)〕當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡時(shí)即其中西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院15q與K及Cb的關(guān)系西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院16碳外表O2濃度很低的情況顯然：化學(xué)反響只能在吸附了O2的那一局部外表q上發(fā)生，因此q↑——發(fā)生碳燃燒反響的時(shí)機(jī)↑——燃燒速度↑。所以：碳燃燒化學(xué)反響速度 或討論：①當(dāng)碳外表附近O2濃度很低時(shí)，即，那么結(jié)論：a．化學(xué)反響速度wm與氧濃度Cb一次方成比例。反響級(jí)數(shù)為一級(jí)，n=1；b．，說(shuō)明碳外表吸附的O2很少，吸附能力很弱。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院17碳外表O2濃度很高的情況②當(dāng)碳外表O2濃度CO2很高，即，那么結(jié)論：a．此時(shí)wm與Cb的0次方成比例，與碳外表附近O2濃度無(wú)關(guān)。此時(shí)為0級(jí)反響n=0b．此時(shí)，q≈1說(shuō)明碳外表吸附O2的能力很強(qiáng)，幾乎到達(dá)了飽和，同時(shí)說(shuō)明解吸能力很弱。③當(dāng)碳外表O2濃度CO2中等時(shí)，可認(rèn)為

n=0～1即為分?jǐn)?shù)的反響級(jí)數(shù)。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院18溫度對(duì)化學(xué)反響因素的影響通常，在處理碳的燃燒反響時(shí)，有時(shí)為簡(jiǎn)化問(wèn)題起見(jiàn)，可以把它當(dāng)作n=1的一級(jí)反響處理。即溫度T碳表面O2濃度CO2吸附能力q反應(yīng)級(jí)數(shù)n＜800℃（低溫階段）CO2高q≈1，吸附強(qiáng)n=0＞1200℃（高溫階段）CO2低q<<1，吸附弱n≥1800℃～1200℃中等q=0～1n=0～1西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院195.2.3碳燃燒異相化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)氧從遠(yuǎn)方向單位碳外表積單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散的流量qm〔mol/m2·s〕為：質(zhì)量交換系數(shù)遠(yuǎn)方O2濃度碳外表O2濃度O2碳球擴(kuò)散到碳外表的O2與碳發(fā)生化學(xué)反響，當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡時(shí)，消耗的O2量就是qm單位時(shí)間，單位碳外表積上燃燒消耗的氧量，mol/m2·s把此兩式消去Cb

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院20當(dāng)溫度T很低時(shí)很小

結(jié)論：①此時(shí)，燃燒反響速度決定于化學(xué)反響常數(shù)k(T)——稱為動(dòng)力燃燒〔區(qū)〕〔或動(dòng)力燃燒控制〕；②由于k很小，化學(xué)反響很慢，碳外表上的Ｏ2消耗不掉，∴外表上的Ｏ2濃度=C∞化學(xué)反響速度與Ｏ2濃度無(wú)關(guān)，即為0級(jí)反響。③舉例：氣體燃料燃燒的全預(yù)混火焰中，燃料氣與Ｏ2均勻充分混合在一起，只要火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)來(lái)，通過(guò)導(dǎo)熱就能把燃料混合物加熱升溫——著火燃燒掉，∴預(yù)混火焰燃燒屬動(dòng)力燃燒控制——即企圖↑燃燒化學(xué)反響的唯一措施就是↑T〔即↑k〕西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院21當(dāng)溫度T很高時(shí)很大

結(jié)論：①此時(shí)燃燒反響速度完全決定于擴(kuò)散〔αzl〕——稱為擴(kuò)散燃燒〔區(qū)〕〔或擴(kuò)散燃燒控制〕②此時(shí)，碳外表化學(xué)反響很快，∴Ｏ2一擴(kuò)散到碳外表就完全燃燒掉，∴燃燒決定于Ｏ2供給的多少，決定于碳外表的Ｏ2濃度，即為≥1級(jí)反響。③舉例：氣體燃料的擴(kuò)散火焰中，只要Ｏ2一到火焰鋒面就很快消耗掉。因此，強(qiáng)化燃燒唯一的方法就是增加擴(kuò)散供Ｏ2，即↑αzl西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院22當(dāng)T適當(dāng)，k≈αzl時(shí)——過(guò)渡區(qū)總之：當(dāng)處于動(dòng)力區(qū)時(shí)〔n=0級(jí)〕，強(qiáng)化燃燒的措施是↑T而不是強(qiáng)化通風(fēng)；當(dāng)處于擴(kuò)散區(qū)時(shí)，n≥1級(jí)，強(qiáng)化燃燒的措施就是強(qiáng)化湍流混合——送風(fēng)；當(dāng)處于過(guò)渡區(qū)控制時(shí)〔n=0～1〕，分別↑T和↑αzl都能起到強(qiáng)化燃燒的效果。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院23判斷燃燒區(qū)的謝苗諾夫準(zhǔn)那么Sm和濃度準(zhǔn)那么動(dòng)力燃燒區(qū)過(guò)渡區(qū)擴(kuò)散燃燒區(qū)謝苗諾夫準(zhǔn)則>90.11～9<0.11濃度準(zhǔn)則>0.90.1～0.9<0.1討論：①顆粒直徑δ0↓↑→向動(dòng)力區(qū)移動(dòng)；②當(dāng)T↑↓→向擴(kuò)散區(qū)移動(dòng)；③當(dāng)相對(duì)速度Re↑↑→向動(dòng)力區(qū)移動(dòng)；↑西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院24粒徑對(duì)進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)溫度的影響設(shè)煤的E=126～168kJ/mol進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)的溫度Tδ0=10mm↓δ0=0.1mm≥1200K≥2000K西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院25思考題前面已經(jīng)討論過(guò)，比外表積大的細(xì)小煤粉反響活性好。家用煤球爐在800多℃就能穩(wěn)定燃燒，而大型煤粉爐卻在1200℃以上才能穩(wěn)定燃燒。這與“煤粉反響活性好〞的結(jié)論矛盾嗎？大容量鍋爐為什么要使用煤粉燃燒的方式？西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院265.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理根本的宏觀反響1、一次反響——指碳與氧之間的直接反響C+O2=CO2+409MJ2C+O2=2CO+245MJ2、二次反響——指一次反響的產(chǎn)物在碳外表或空間的再反響2CO+O2=2CO2+571MJ〔放熱反響〕CO2+C=2CO-162MJ〔吸熱反響〕一次反響和二次反響是碳燃燒過(guò)程中的根本反響，實(shí)際過(guò)程中交叉平行進(jìn)行著。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院275.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理CO2COO2CO2C反響機(jī)理1CO2或CO反響機(jī)理2O2西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院285.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理溫度不太高，氣化反響尚不能發(fā)生，CO也不能與O2在空間發(fā)生反響。反響式為：4C+3O2=2CO2+2COCO2和CO由外表向遠(yuǎn)處擴(kuò)散，濃度也是一路遞減。O2濃度由遠(yuǎn)處向近處一路遞減，直到碳球外表。o火焰鋒面cO2CO濃度CO2x溫度低于700℃西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院295.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理溫度還不夠高，氣化反響仍不能發(fā)生。反響式仍為：4C+3O2=2CO2+2COCO2

濃度高于CO濃度。O2濃度由遠(yuǎn)處向近處一路遞減，只有和CO反響后剩余的O2才能擴(kuò)散到碳球外表。但是，CO可以與O2在空間發(fā)生反響?；鹧驿h面以外沒(méi)有CO。o火焰鋒面cO2CO濃度CO2x溫度在800~1200℃之間西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院305.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理溫度已足夠高，碳球外表發(fā)生氣化反響：C+CO2=2CO火焰鋒面上CO2濃度最高。并向兩側(cè)擴(kuò)散，向內(nèi)供給氣化反響所需的CO2。向外那么擴(kuò)散到遠(yuǎn)處。碳球外表因?yàn)榈貌坏絆2只能發(fā)生氣化反響。氣化反響所需的吸熱由CO燃燒的放熱供給。CO與O2在空間發(fā)生反響，并把向碳球外表擴(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。o火焰鋒面cO2CO濃度CO2x溫度高于1200℃西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院315.2.4碳燃燒化學(xué)反響機(jī)理3、其它反響——在碳燃燒過(guò)程中如果有水蒸汽〔這是經(jīng)常普遍存在的〕還會(huì)發(fā)生其他反響C+H2O=CO+H2〔吸熱〕C+2H2O=CO2+2H23C+4H2O=2CO+CO2+4H2

以上反響究竟哪些是主要的，這需要看具體情況。實(shí)際上，一次反響只表示了反響的反響物和最終的生成物及其物質(zhì)平衡及熱平衡關(guān)系，并未說(shuō)明碳和氧的燃燒反響的具體過(guò)程，因此應(yīng)進(jìn)一步研究。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院32碳與氧燃燒的化學(xué)反響〔一次反響〕機(jī)理各國(guó)許多學(xué)者的研究由于實(shí)驗(yàn)條件的差異，結(jié)論是不盡相同。大致有三種觀點(diǎn)：1、二氧化碳學(xué)說(shuō)：CO2是一次反響的產(chǎn)物，而CO只是CO2+C的二次反響產(chǎn)物2、一氧化碳學(xué)說(shuō)：CO是一次反響的產(chǎn)物，在碳外表附近CO+O2才生成了CO23、兩步反響說(shuō)：第一步生成絡(luò)合物xC+y／2O2=CxOy〔碳氧絡(luò)合物〕。第二步絡(luò)合物的分解CxOy=mCO2+nCO其n／m隨溫度T升高而升高三種觀點(diǎn)至今尚未統(tǒng)一，不過(guò)普遍接受第三種觀點(diǎn)——即碳氧反響先生成碳氧絡(luò)合物，然后絡(luò)合物再同時(shí)生成CO2和CO結(jié)論：C與O2的異相化學(xué)反響過(guò)程是經(jīng)歷吸附—絡(luò)合—熱分解〔或離解—解吸〕一系列環(huán)節(jié)完成的。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院33碳和CO2化學(xué)反響機(jī)理

——又稱碳的氣化反響或CO2的復(fù)原反響這是一個(gè)吸熱的異相化學(xué)反響，所以在低溫下〔如＜800℃〕化學(xué)反響速度≈0，且活化能很高，因此這個(gè)反響只能在＞1300℃的高溫下才能進(jìn)行。煤的氣化反響常作為測(cè)定煤活性的根底。反應(yīng)進(jìn)程中的關(guān)鍵反應(yīng)級(jí)數(shù)nT＜700℃（1）固溶絡(luò)合+化學(xué)吸附表面（2）CO2濃度較高KbCO2與CCO2無(wú)關(guān)0級(jí)（3）CO生成很少，化學(xué)反應(yīng)速度很慢T＞950℃表面CO2濃度不高，決定于化學(xué)吸附KbCO2∝CCO21級(jí)西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院34C氣化和氧化反響的活化能〔E〕與溫度〔T〕的關(guān)系結(jié)論：①關(guān)于活化能特性氣化反響的活化能E2總是＞氧化反響的活化能E1對(duì)于同一種焦碳統(tǒng)計(jì)平均E2≈2.2E1②關(guān)于化學(xué)反響速度常數(shù)k的特性對(duì)同一種焦碳當(dāng)氣化反響的速度常數(shù)k2=氧化反響速度常數(shù)k1的臨界溫度T=2347℃T＜2347℃時(shí)，k2＜k1，氧化反響的速度大于氣化反響T＞2347℃時(shí)，k2＞k1，氣化反響的速度大于氧化反響在T=1200～1300℃區(qū)間k2=k1/10西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院35C氣化和氧化反響的活化能〔E〕與溫度〔T〕的關(guān)系結(jié)論：③氧化反響是放熱反響——自我促進(jìn)機(jī)制〔正反響〕促進(jìn)反響速度再↑氧化反響速度↑放熱↑溫度↑西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院36C氣化和氧化反響的活化能〔E〕與溫度〔T〕的關(guān)系結(jié)論：③氣化反響是吸熱反響——自我抑制機(jī)制〔負(fù)反響〕促進(jìn)反響速度↓氣化反響速度↑吸熱↑溫度↓西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院37C和水蒸氣的化學(xué)反響機(jī)理——水煤氣發(fā)生原理這也是一個(gè)異相吸熱化學(xué)反響C+H2O==CO+H2該反響與C+O2的氧化反響相比共同點(diǎn)：異相反響：吸附—絡(luò)合—熱解、離解—解吸過(guò)程反響級(jí)數(shù)：n=1不同點(diǎn)：EC+H2O≈1.6EC+O2西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院38C和水蒸氣的化學(xué)反響機(jī)理——水煤氣發(fā)生原理與C+CO2氣化反響相比EC+H2O≈0.73EC+CO2(∵EC+CO2≡2.2EC+O2)所以經(jīng)研究，水煤氣反響比氣化反響約快3倍。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院395.3碳球燃燒速度與燃盡時(shí)間5.3.1碳球的燃燒一、假設(shè)①燃燒反響在擴(kuò)散區(qū)燃燒，即C球外表O2濃度很低，Cb≈0②碳球外表進(jìn)行氧化一次反響C+O2=CO2，生成物CO2向外擴(kuò)散，沒(méi)有氣化反響CO2+C=2CO發(fā)生③碳球相對(duì)運(yùn)動(dòng)Re=0(與周?chē)鷼怏w之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))④碳球周?chē)鷼怏w濃度分布均勻西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院40二、碳球外表擴(kuò)散燃燒的燃燒速度kg/(m2s)那么單位時(shí)間單位C外表積上消耗的C量應(yīng)為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)燒掉的C量應(yīng)為西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院41三、單位時(shí)間內(nèi)，碳球質(zhì)量的減少量為兩個(gè)

相等，移項(xiàng)積分積分區(qū)間τ：從0→τ

δ：從δ0→δ

式中西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院42這就是碳球擴(kuò)散燃燒時(shí)的直徑平方直線定律

討論①當(dāng)δ→0時(shí),τ→τrj可知：煤燃燒時(shí)，磨得越細(xì)(↓δ0)，反響越快，燃盡時(shí)間τrj越短②K的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)煤粉燃燒時(shí)K=0.0229mm2/s對(duì)單顆煤粉時(shí)K=0.16mm2/s〔大約是單個(gè)油滴的1/5~1/6〕西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院435.3.2有二次反響的情況考慮實(shí)際有二次反響(2CO+O2=2CO2及C+CO2=2CO)時(shí)的情況由于上述反響與溫度區(qū)間有關(guān)，故分別討論西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院441)當(dāng)T<700℃，由于溫度低，不發(fā)生氣化反響和CO燃燒反響碳球與氧氣反響式為：4C+3O2=2CO2+2COCO/CO2=1C外表O2濃度Cb高4C+3O2=2CO2+2COβ=(4×12)/(3×32)=0.5O2COCO2西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院452)當(dāng)T=800～1200℃，由于溫度仍較低，不發(fā)生氣化反響碳球與氧氣反響式為：4C+3O2=2CO2+2COCO/CO2=1空間中反響式為：2CO+O2=2CO2總反響式為4C+4O2=4CO2碳外表O2濃度Cb隨T↑而逐漸↓β=(4×12)/(4×32)=0.375O2COCO2火焰鋒面西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院463)當(dāng)T>1200～1300℃，此時(shí)溫度很高，Cb=0氧氣還能擴(kuò)散到碳球外表時(shí)，碳球與氧氣反響式為：3C+2O2=CO2+2COCO/CO2=2氣化反響發(fā)生：CO2+C=2CO總反響式為4C+2O2=4COβ=(4×12)/(2×32)=0.75溫度進(jìn)一步升高，氣化反響速度加快，同時(shí)空間中CO的燃燒速度也加快，使得碳球說(shuō)明只發(fā)生氣化反響CO2+C=2CO，空間中發(fā)生反響為2CO+O2=2CO2，總反響為C+O2=CO2，此時(shí)β=(1×12)/(1×32)=0.375O2COCO2火焰鋒面西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院474)碳球外表的C燃燒速度與與溫度T的關(guān)系KcbT第1段：溫度很低，動(dòng)力控制區(qū)，只發(fā)生氧化反響氧化反響4C+3O2=2CO2+CO氣化反響C+CO2=2CO第2段：溫度上升，進(jìn)入擴(kuò)散控制區(qū)，反響速度與T無(wú)關(guān)第3段：溫度很高，碳球外表發(fā)生氣化反響，燃燒又轉(zhuǎn)入動(dòng)力控制第4段：溫度繼續(xù)提高，燃燒再次轉(zhuǎn)入擴(kuò)散控制西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院485)當(dāng)碳球與周?chē)鷼饬鞔嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的燃燒特點(diǎn)當(dāng)Re很小時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)在碳球周?chē)袦\藍(lán)色火焰，說(shuō)明CO在碳球周?chē)紵靼步煌ù髮W(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院49當(dāng)Re>100時(shí)燃燒情況有很大改變：碳球周?chē)紵兊暮懿痪鶆虍?dāng)T<1200℃，迎著氣流的局部，反響速度很高，火焰發(fā)亮火焰鋒面COCOO2CO2O2O2O2O2CO2O2O2O2O2而后部回流區(qū)反響很弱，幾乎不進(jìn)行，尾跡上拖著較長(zhǎng)的蘭色火焰。這是因?yàn)檎嫒紵傻腃O來(lái)不及燃燒，被吹到后部燃燒，即2CO+O2=2CO2西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院50當(dāng)Re>100時(shí)燃燒情況有很大改變：碳球周?chē)紵兊暮懿痪鶆虍?dāng)T>1200℃，碳球后部回流區(qū)中被CO和CO2包圍，阻礙了擴(kuò)散O2進(jìn)去。后部有氣化反響CO2+O2=2CO，而回流區(qū)中幾乎不存在氧化反響。尾跡有CO在燃燒。2CO+O2=2CO2。O2擴(kuò)散進(jìn)不到回流區(qū)中。火焰鋒面COCO2CO2O2O2O2O2O2CO2O2O2O2O2CO2CO西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院51實(shí)例層燃爐很接近Re比較大的燃燒特點(diǎn)(煤尺寸mm～cm級(jí))旋風(fēng)爐的煤尺寸是mm級(jí)，是極高溫極高Re下的強(qiáng)化燃燒方法沸騰爐的煤尺寸是mm級(jí)，是在較低溫度(800～950℃)下，靠著Re來(lái)強(qiáng)化燃燒煤粉爐中煤尺寸是m級(jí)，所以隨風(fēng)飄動(dòng)，Re≈0，故可近似當(dāng)作焦碳在靜止空氣中燃燒西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院525.3.3多孔焦炭球燃燒特點(diǎn)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。單位體積的內(nèi)部外表積估算數(shù)據(jù)如下：木炭電極炭無(wú)煙煤內(nèi)比表面積Sn（m2/m3）

(0.57~1.14)×104(0.7~5)×104(1~3)×104西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院53焦炭燃燒的異相反響不僅能在外外表上進(jìn)行，同樣能在內(nèi)外表與進(jìn)行。所以，內(nèi)反響是不能無(wú)視的。這就是多孔焦炭燃燒的特點(diǎn)。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院541、反響總外表積S=S1+S2外外表積〔設(shè)碳球半徑r〕內(nèi)外表積(Sn為內(nèi)比外表積m2/m3)總外表積，考慮總面積參與反響，相當(dāng)于化學(xué)反響常數(shù)K增加了倍。用反響氣體交換常數(shù)αb代替K，那么西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院55討論：在低溫下，化學(xué)反響速度慢。內(nèi)外表上的O2濃度就等于外外表O2濃度Cb；隨著溫度T的↑化學(xué)反響速度↑↑，以至O2的擴(kuò)散跟不上內(nèi)外表的化學(xué)速度，此時(shí)內(nèi)外表O2濃度↓到0。即Cb內(nèi)=0。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院56∴ 反響溫度從低溫→高溫反響總面積的倍數(shù)從→1反響交換常數(shù)αb從→K西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院57引入一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)可以推知：溫度處于高~低溫之間時(shí)，反響面積提高的倍數(shù)為反響交換常數(shù)αb為其中ε=0~1又稱O2的有效滲入深度高溫時(shí)低溫時(shí)西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院58結(jié)論：在動(dòng)力區(qū)中〔低溫〕，內(nèi)外表參與化學(xué)反響。在擴(kuò)散區(qū)中〔高溫〕，內(nèi)外表對(duì)化學(xué)反響已無(wú)作用。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院592．多孔焦炭的燃燒速度有人對(duì)燃用無(wú)煙煤的煤粉爐進(jìn)行了計(jì)算：煤粉直徑δ=100m，E=141kJ/mol，內(nèi)部孔隙比外表積Sn=3×104m2/m3，爐溫在1427℃下的系數(shù)≈0.2~0.3計(jì)算結(jié)果b≈〔1.2~1.3〕Kzl/b≈0.6~0.7處于過(guò)渡區(qū)西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院60各階段C燃燒通用式

溫度T反應(yīng)方程β炭表面O2濃度Cb<700℃4C+3O2=2CO2+2CO0.5高：動(dòng)力區(qū)，0級(jí)反應(yīng)900~1200℃4C+3O2=2CO2+2CO+)

2CO+O2=2CO20.375Cb隨T↑而↓n=0~14C+4O2=4CO2>1200℃~1300℃3C+2O2=CO2+2CO+)C+CO2=2CO0.75C表面溫度很高，O2不足，即同時(shí)產(chǎn)生更多CO。3C+2O2=CO2+2CO進(jìn)入擴(kuò)散燃燒區(qū)，n=1

4C+2CO2=4CO西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院615.4氣流燃燒的熱工況熱工況：討論氣流溫度在某一系統(tǒng)中如何變化的問(wèn)題。溫度和燃燒反響速度這兩個(gè)因素相互促進(jìn)。燃燒加強(qiáng)以后使溫度升高，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．西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院625.4.1零元系統(tǒng)的燃燒熱工況零元系統(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：C西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院63系統(tǒng)產(chǎn)熱情況爐膛容積中的產(chǎn)熱率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

：氣流的密度西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院64系統(tǒng)產(chǎn)熱情況如把產(chǎn)熱率分?jǐn)偨o每1m3流過(guò)爐膛的的氣體，那么得單位產(chǎn)熱量單位產(chǎn)熱量q1與溫度T的關(guān)系停留時(shí)間

0

=V/qV西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院65系統(tǒng)散熱情況氣流所帶走的散熱量：每1m3氣體的單位散熱量：TT0q2單位散熱量q2與溫度T的關(guān)系西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院66零元系統(tǒng)的熱工況１)如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2I位置，氣流熄火．２〕如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2III氣流正常燃燒．３〕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q2ⅠCq1q2Ⅱq2ⅢA′C′BAqT西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院67零元系統(tǒng)的熱工況a)如果交點(diǎn)是A，氣流熄火，這是個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)．b〕如果交點(diǎn)是C，氣流正常燃燒，這也是個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)．c〕如果交點(diǎn)是B，是個(gè)不穩(wěn)定點(diǎn)，如果溫度脈動(dòng)向低溫方向，那么交點(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，那么交點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，正常燃燒．零元系統(tǒng)的燃燒熱工況q2ⅠCq1q2Ⅱq2ⅢA′C′BAqT西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院68各種因素對(duì)零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響

停留時(shí)間

0增加，q1上移，熄火的可能性減小，燃燒穩(wěn)定性改善；停留時(shí)間

0

=V/qV西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院69各種因素對(duì)零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響

發(fā)熱量Ｑ增加時(shí),q1線在縱坐標(biāo)方向成比例地放大,可使燃燒穩(wěn)定性改善西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院70各種因素對(duì)零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響

當(dāng)燃料的活化能E減小的時(shí)候，q1曲線向上移動(dòng)。當(dāng)燃料的頻率因子k0增加的時(shí)候，其效果與停留時(shí)間τ0增加是一樣的q1曲線向上移動(dòng)。這兩個(gè)物理量的變化說(shuō)明，提高燃料化學(xué)反響的活性，對(duì)可以使燃燒的穩(wěn)定性改善。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院71各種因素對(duì)零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響

氣流的初溫T0升高時(shí)，q2線平行向右移動(dòng)，燃燒穩(wěn)定性改善西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院72分析煤粉爐的燃燒熱工況時(shí)，不能不考慮水冷壁所吸收的熱量．如果把火焰對(duì)水冷壁的輻射散熱考慮進(jìn)去，那么散熱率為煤粉爐的爐膛非常大，使得爐膛的散熱相對(duì)于產(chǎn)熱始終處于較低的狀態(tài)，雖然負(fù)荷增加使得氣體在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間τ0減少，q1曲線將向下移動(dòng)〔例如q1IIq1I〕，但是q2曲線也同時(shí)向右移動(dòng)〔例如q2IIq2I〕，兩條曲線交于C點(diǎn)，仍然能穩(wěn)定燃燒，所以在負(fù)荷高時(shí)發(fā)生的熄火危機(jī)還不會(huì)在煤粉爐的實(shí)際運(yùn)行中遇到。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院73對(duì)于存在煙氣回流的情況，由于系統(tǒng)流動(dòng)和化學(xué)反響工況的整體不變，所以停留時(shí)間和產(chǎn)熱量不變。根據(jù)熱平衡的原理，煙氣回流實(shí)際上相當(dāng)于把排煙損失中的局部熱量返回了進(jìn)口煙氣，減少了散熱量

qVqv,T0qv,T2V產(chǎn)熱散熱西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院74煙氣回流實(shí)際上相當(dāng)于抵消了局部的散熱，進(jìn)口溫度T0不變，而排煙溫度降低西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院75零元系統(tǒng)燃燒熱工況的結(jié)論因素名稱符號(hào)趨勢(shì)燃燒穩(wěn)定性爐膛容積V↑↑燃料流量qV↑↓燃料發(fā)熱量Q↑↑燃料活性k0,Ek0↑,E↓↑氣流初溫T0↑↑爐膛吸熱↑↓煙氣回流

qV↑↑西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院765.4.2一元系統(tǒng)的燃燒熱工況一元系統(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。一元系統(tǒng)中可以對(duì)氣流燃燒過(guò)程進(jìn)行計(jì)算西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院77方案1所有空氣〔=0.5〕作為一次風(fēng)和煤粉一起進(jìn)入爐內(nèi)〔即1＝=0.5〕xx1從這個(gè)方案可以看出，全部空氣都用作一次風(fēng)，提高了最初的煤粉氣流的熱容量，使加熱到著火的時(shí)間〔由此也決定了空間長(zhǎng)度〕延長(zhǎng)，這樣就不能縮短整個(gè)火炬長(zhǎng)度。TzhT西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院78方案2空氣分成一次風(fēng)(

1

=0.15)與二次風(fēng)(

2=0.35)這個(gè)方案可以看出，二次風(fēng)過(guò)早地在一次風(fēng)與煤粉氣流尚未著火燃燒以前送入，其結(jié)果與全部空氣都作為一次風(fēng)一樣，也不能縮短火炬長(zhǎng)度。xTzhTx1二次風(fēng)過(guò)早進(jìn)入西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院79方案3空氣分成一次風(fēng)(1=0.15)與二次風(fēng)(2=0.35)，推遲二次風(fēng)參加點(diǎn)xx2二次風(fēng)在一次風(fēng)中的氧消耗完以后參加，對(duì)于縮短火炬長(zhǎng)度是有幫助的。但是一次參加的二次風(fēng)過(guò)多，使燃燒中斷，所以火炬長(zhǎng)度縮短得不多。TzhT

二次風(fēng)適時(shí)進(jìn)入

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院80方案4二次風(fēng)分為兩批，空氣分成一次風(fēng)(

1

=0.15)與二次風(fēng)(

21=0.15和

22=0.2)。xx3二次風(fēng)參加點(diǎn)燃燒溫度高，雖然溫度略在降低，但燃燒依然十分強(qiáng)烈，溫度又較快上升上去。TzhT

二次風(fēng)分兩次進(jìn)入

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院81四種方案比較一元系統(tǒng)的燃燒熱工況分析可以正確地反映合理組織氣流燃燒過(guò)程的方法。歸納起來(lái)，可列成以下原那么：

1〕供給的空氣應(yīng)該分成一次風(fēng)與二次風(fēng)，可以加快氣流的升溫著火2〕二次風(fēng)應(yīng)分批參加，第一批燒完了再參加第二批。3〕二次風(fēng)每批送入的數(shù)量應(yīng)有限制，防止中途淬熄、保證燃燒繼續(xù)進(jìn)行。xx2TzhT1234x1x3西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院825.5煤粉火炬燃燒煤粉氣流的著熾熱來(lái)源：煤粉與一次風(fēng)氣流噴進(jìn)爐膛后到對(duì)流傳熱與輻射傳熱而升溫著火。煤粉著熾熱的傳遞過(guò)程：輻射傳熱直接到達(dá)煤粉外表而被煤粉吸收。對(duì)流傳熱那么是煙氣與一次風(fēng)混合，先傳給一次風(fēng)，再由一次風(fēng)傳給煤粉。根據(jù)近年來(lái)我國(guó)的研究，輻射傳熱大約可供給著火所需熱量的10~30%。著火所需熱量主要來(lái)源是對(duì)流傳熱。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院835.5.1煤粉氣流著火和燃燒的特點(diǎn)煤粉—空氣混合物點(diǎn)燃困難一次風(fēng)著火溫度高一次風(fēng)著火吸熱量大一次風(fēng)的作用：輸送煤粉供揮發(fā)分燃燒用O2對(duì)低Vdaf煤，一次風(fēng)供揮發(fā)分燃燒的量少，不夠運(yùn)送煤粉之需要，往往按送粉的需要來(lái)選用較大的一次風(fēng)量。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院84煤粉氣流〔一次風(fēng)〕的著火溫度煤種Vdaf(%)煤粉氣流著火溫度℃靜止煤粉著火溫度℃褐煤50550煙煤403020650750840400-500貧煤14900650-800無(wú)煙煤41000650-800煤粉的點(diǎn)燃不僅要點(diǎn)燃煤，還要供一次空氣到達(dá)煤的著火溫度Tzh。這個(gè)溫度比煤本身著火溫度要高得多。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院85一次風(fēng)著火吸熱量大根據(jù)計(jì)算，把Vdaf=20%的煙煤—空氣混合物加熱到著火溫度840℃，需熱量1050kJ/kg煤，具體到表如下表：燃料—空氣混合物著火溫度℃吸熱量kJ/kg(燃料)煙煤—空氣混合物Vdaf=20%8401050煤氣—空氣混合物600684無(wú)煙煤—空氣混合物10001300從以上計(jì)算可見(jiàn)煤粉氣流著火的難度西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院865.5.2煤粉氣流著熾熱Qzh計(jì)算公式1.著熾熱傳遞方式輻射（%）對(duì)流（%）蘇聯(lián)（過(guò)去）2-595-98中國(guó)（研究總結(jié)）10-3070-902.著火吸熱組成

一次空氣吸熱煤粉吸熱計(jì)算燃料量過(guò)量空氣系數(shù)理論空氣量一次風(fēng)份額煤粉比熱西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院875.5.3旋轉(zhuǎn)射流的著火煤粉與一次風(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；在這樣三個(gè)因素起作用的條件下煤粉與一次風(fēng)氣流升溫到著火溫度而著火。著火后一局部煤粉與一次風(fēng)氣流轉(zhuǎn)而流入回流區(qū)，其他局部繼續(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)著火溫度Tzh回流煙氣特征長(zhǎng)度

l二次風(fēng)二次風(fēng)西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院88

一次風(fēng)

內(nèi)二次風(fēng)

外二次風(fēng)

中心風(fēng)

可動(dòng)擋塊

旋流葉片

濃一次風(fēng)

淡一次風(fēng)

內(nèi)外雙齒形穩(wěn)燃環(huán)

雙錐形噴口

固定擋塊

新型燃燒器方案例如使用“固定擋塊〞與“可動(dòng)擋塊〞結(jié)合的可調(diào)煤粉濃縮器，將煤粉氣流用慣性別離為內(nèi)濃外淡的兩股環(huán)狀氣流，以實(shí)現(xiàn)徑向濃淡燃燒。內(nèi)濃外淡的構(gòu)思是為了發(fā)揮中心回流區(qū)的著火優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)借鑒了水平濃淡燃燒的特點(diǎn)。有擴(kuò)口的內(nèi)二次風(fēng)為強(qiáng)旋轉(zhuǎn)射流，用于組織回流區(qū)和前期燃燒。有擴(kuò)口的外二次風(fēng)選用較高的風(fēng)速，以強(qiáng)化后期混合外一次風(fēng)口和內(nèi)二次風(fēng)口之間有一個(gè)“雙錐形噴口〞，也就是內(nèi)、外兩側(cè)呈相對(duì)的兩個(gè)錐形的噴口。其作用有四：①輔助內(nèi)二次風(fēng)組織流場(chǎng)，形成穩(wěn)定且有適當(dāng)回流量的中心回流區(qū)；②外錐形擴(kuò)口可延遲一、二次風(fēng)的混合，以保證煤粉的著火和揮發(fā)分析出區(qū)的復(fù)原性氣氛；③內(nèi)錐形縮口將外一次風(fēng)中的煤粉引向中心回流區(qū)方向，可強(qiáng)化著火；④?chē)娍诤髮⑿纬梢蝗π〉鸟v渦，雖缺乏以引燃煤粉氣流，但有一定幫助穩(wěn)燃的作用，并實(shí)現(xiàn)一、二次風(fēng)的暫時(shí)隔離，還可能擠壓中心回流區(qū)使之變得狹長(zhǎng)。外一次風(fēng)，即淡側(cè)一次風(fēng)具有隔離濃側(cè)一次風(fēng)與二次風(fēng)的作用，使一次燃燒區(qū)為一個(gè)狹長(zhǎng)的復(fù)原性區(qū)域。內(nèi)一次風(fēng)的主要特點(diǎn)是使用了齒形穩(wěn)燃環(huán)，其作用有三：①齒后將形成一個(gè)個(gè)小駐渦，利于著火；②齒狀阻塞將加強(qiáng)濃一次風(fēng)與回流區(qū)之間的湍流混合；③齒狀噴口會(huì)加大濃一次風(fēng)的周界長(zhǎng)度，也可強(qiáng)化混合，穩(wěn)定著火。中心管建議不送風(fēng)，以免破壞回流區(qū)，但在特定的情況下，如需要中心補(bǔ)氧或冷卻噴口，也可送入少量中心風(fēng)。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院895.5.4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〕西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院90角置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，其中尤其是上鄰角燃燒器的火炬沖撞。爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)火焰的旋轉(zhuǎn)速度主要決定于二次風(fēng)2k1k2kzxy一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)火焰的方向上游鄰角送到向火側(cè)的高溫?zé)煔獗郴饌?cè)卷吸的高溫?zé)煔庖弧⒍物L(fēng)過(guò)早混合西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院91除了保持一、二次風(fēng)以適宜的方式混合，以及充分的煙氣回流之外，切圓燃燒還必須防止一次風(fēng)或整組射流偏轉(zhuǎn)貼壁：一次風(fēng)噴口的假想切圓選用得小一些；設(shè)計(jì)燃燒器時(shí)防止整組噴口過(guò)分高而瘦；西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院92煤粉氣流燃盡困難，故燃盡過(guò)程很長(zhǎng)對(duì)煤粉-空氣混合物：離噴口0.3~0.5m或x/B(無(wú)因次距離，B為燃燒器噴口寬度〕=0.5~1的距離內(nèi)開(kāi)始著火；大局部揮發(fā)分大約離噴口1~2m處已揮發(fā)完并燃燒掉；但是焦炭的燃燒一般要延續(xù)到離噴口10~20m，燃燒過(guò)程很長(zhǎng)，可見(jiàn)焦炭燃盡的難度。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院93爐內(nèi)停留時(shí)間爐膛的容積熱負(fù)荷假設(shè)假定Vy和Qar,net根本上保持不變，那么有即煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間反比于爐膛容積熱負(fù)荷煙氣流量爐膛容積計(jì)算燃料量單位質(zhì)量的燃料生成的煙氣量燃料的低位發(fā)熱量西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院94實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的沿燃燒室長(zhǎng)度的相對(duì)燃盡率粉氣流在爐內(nèi)的燃燒要給足足夠的空間和爐內(nèi)停留時(shí)間，即爐膛有足夠高度。爐內(nèi)停留時(shí)間一般停留時(shí)間2~5秒煤種沿爐膛的相對(duì)長(zhǎng)度x/L（L為爐膛總長(zhǎng)度）

0.15

0.20

0.30

0.40

0.50

1.0貧煤、無(wú)煙煤72~86%86~90%92~95%93~96%94~97%96~97%煙煤90~9492~9695~9796~9898~9998~99.5褐煤91~9593~9796~9897~9898~9999~99.5煤與重油混燒（

=1.02）94~9696~9897~99≈99.5西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院95除以上爐膛空間〔高度〕、停留時(shí)間外，從燃燒化學(xué)反響速度的角度，主要還有：燃燒溫度的影響：對(duì)煤粉爐內(nèi)溫度1000~1500℃之間〔處于過(guò)渡區(qū)〕，進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)≥2000K〔1700℃〕，顯然提高溫度T對(duì)焦炭燃盡有利。爐膛煙氣的O2濃度對(duì)燃盡影響很大，火焰最高溫度大約離噴口4m遠(yuǎn)。適當(dāng)?shù)乃腿隣2—提高；適當(dāng)?shù)乃腿敕椒ā狾FA〔Over-FireAir〕煤粉細(xì)度：揮發(fā)分愈低，那么E愈大，著火燃盡時(shí)間愈長(zhǎng)，故煤粉需磨得很細(xì)。強(qiáng)化煤粉氣流燃盡的措施西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院965.5.5燃燒中的污染物的形成燃燒過(guò)程中主要的污染物：粉塵，硫氧化物，氮氧化物，烴，一氧化碳，二氧化碳〔1〕粉塵：是由煤灰，未燃碳和碳黑引起的。主要的措施是煙氣除塵后排空。〔2〕硫氧化物SOx：由于煤中黃鐵礦硫和有機(jī)硫燃燒生成的，減少硫氧化物排放的措施有爐前脫硫，爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫三類(lèi)脫硫技術(shù)〔3〕氮氧化物：溫度型氮氧化物由空氣中的氮在火焰高溫下氧化生成；快速型氧化氮是由于空氣中的氮和氧原子通過(guò)等的觸媒作用生成的。燃料型氧化氮是由燃料中的氮與空氣中的氧化合生成的。主要措施是抑制燃燒溫度和采用小于1的過(guò)量空氣系數(shù)〔形成復(fù)原性氣氛〕。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院975.5.6結(jié)渣結(jié)渣：爐膛火焰內(nèi)的煤粉顆粒一般已處于熔融狀態(tài)，如果它在被氣流攜帶輸運(yùn)水冷壁的路線上來(lái)不及凝固，它就可能粘附在水冷壁管上而引起結(jié)渣。影響因素：爐膛熱負(fù)荷、灰熔點(diǎn)、爐膛氣氛〔復(fù)原性氣氛較易引起結(jié)渣〕。西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院98思考題試分析討論煤燃燒和