固體燃料的燃燒課件

固體燃料的燃燒

7.1概述一、固體燃料燃燒的特點(diǎn)固體燃料煤、油葉巖、木柴、甘蔗渣等都是碳?xì)浠衔?，可作為固體燃料煤占我國(guó)一次能源消費(fèi)的70%以上消費(fèi)的煤中80%以上用於燃燒我國(guó)是少有的以煤為主的國(guó)家煤的燃燒比較複雜，木柴等容易燃燒煤中焦炭占煤中可燃質(zhì)重量的55~97%，焦炭的發(fā)熱量也占煤的總發(fā)熱量的60~95%。一、固體燃料燃燒的特點(diǎn)燃料種類可燃質(zhì)中焦炭的品質(zhì)份額%焦炭熱值占總熱值的份額%無(wú)煙煤96.595煙煤57~8859.6~83.5褐煤5566泥煤3040.5木柴1520常見(jiàn)固體燃料可燃質(zhì)情況一、固體燃料燃燒的特點(diǎn)煤的燃燒過(guò)程大致可分為5步：乾燥。100℃左右，析出水分；熱解。約300℃以後，燃料熱分解析出揮發(fā)分，為氣態(tài)的碳?xì)浠衔?，同時(shí)生成焦和半焦；著火。約500℃，揮發(fā)分首先著火，然後焦開始著火；燃燒。揮發(fā)分燃燒，焦炭燃燒。揮發(fā)分燃燒速度快，從析出到基本燃盡所用時(shí)間約占煤全部燃燒時(shí)間的10%；揮發(fā)分的燃燒過(guò)程為氣-氣同相化學(xué)反應(yīng)，焦炭的燃燒為氣-固異相化學(xué)反應(yīng)；燃盡。焦炭繼續(xù)燃燒，直到燃盡。這一過(guò)程燃燒速度慢，燃盡時(shí)間長(zhǎng)。7.2煤的熱解一、概述煤被加熱到一定溫度後，進(jìn)入熱分解階段。熱分解階段釋放出焦油和氣體，並形成剩餘焦炭，這些焦油和氣體稱為揮發(fā)分。揮發(fā)分由可燃?xì)怏w混合物、二氧化碳和水組成。其中可燃?xì)怏w包括一氧化碳、氫、氣態(tài)烴類和少量酚醛。煤加熱時(shí)釋放出的揮發(fā)分的重量和成分取決於加熱升溫速度、加熱最終溫度和在此溫度下的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)升溫速度不同，將熱解過(guò)程分為慢速熱解和快速熱解：慢速熱解：加熱煤粒的升溫速度小於2℃/s;快速熱解：加熱煤粒的升溫速度大於104℃/s；居於慢速熱解和快速熱解之間的熱解過(guò)程為中速熱解。二、揮發(fā)分的析出煤的熱解過(guò)程快速玻璃化孔隙中液態(tài)熱解產(chǎn)物沸騰，釋放出氣泡此時(shí)孔隙中充滿液態(tài)熱解產(chǎn)物初次揮發(fā)物焦油、CO2、CO、C2、C6H6、CH4、H2O半焦孔隙加大慢速熱解，溫度水準(zhǔn)為400~600℃快速熱解，溫度水準(zhǔn)為2000℃初次揮發(fā)物中速初次揮發(fā)物擴(kuò)散通過(guò)煤粒內(nèi)部孔隙或燃料層時(shí)裂解或熱分解二次揮發(fā)物CO2、CO、C2H6、CH4、H2O、液體+二次焦油半焦慢速離解三次揮發(fā)物飽和和不飽和H2和氣態(tài)碳?xì)浠衔锝固咳⒚旱臒峤夥磻?yīng)動(dòng)力學(xué)模型煤的熱解過(guò)程及其複雜，因而建立熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述煤粒熱解的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，並進(jìn)而計(jì)算揮發(fā)物的析出速率也是一個(gè)十分複雜的問(wèn)題。上式可描述中等溫度時(shí)的熱解過(guò)程，稱為一步反應(yīng)模型，由Badzioch提出。T——熱解溫度；av——在時(shí)間t內(nèi)析出的揮發(fā)分的品質(zhì)；av∞——從煤粒中析出的揮發(fā)分的最大品質(zhì)。三、煤的熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型Stickler提出了兩個(gè)平行反應(yīng)方程模型，假定煤粉顆粒在快速熱解下由兩個(gè)平行反應(yīng)控制揮發(fā)分av1+剩餘焦炭ah1揮發(fā)分av2+剩餘焦炭ah2Ck1a11-a1k2a21-a2a1、a2——揮發(fā)分在兩個(gè)反應(yīng)中所占當(dāng)量百分?jǐn)?shù)ac——原煤中乾燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量av1、av2——兩個(gè)反應(yīng)所析出的揮發(fā)分的品質(zhì)ah1、ah2——兩個(gè)反應(yīng)所析出的焦炭的品質(zhì)三、煤的熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型Stickler給出：E1=74106J/mol；E2=252464J/mol；k01=3.7×105s-1；k02=1.46×1013s-1；由於E2>E1，k02>k01，所以在低溫時(shí)，第一個(gè)方程將起主要作用；在高溫時(shí)，第二個(gè)方程將起主要作用。7.3碳燃燒的異相反應(yīng)理論一、碳燃燒的異相反應(yīng)理論根據(jù)Lanmuir的異相反應(yīng)理論：碳和氧的異相反應(yīng)是氧分子溶入碳的晶格結(jié)構(gòu)的表面部分，由於化學(xué)吸附絡(luò)合在碳晶格的介面上。在碳表面上的吸附層只有單分子的厚度，該吸附層首先形成碳氧絡(luò)合物，然後由於熱分解或其他分子的碰撞而分開，這稱為解析。解析形成的反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到空間，剩下的碳表面再度吸附氧氣。一、碳燃燒的異相反應(yīng)理論整個(gè)碳表面上的氣固異相反應(yīng)可分為以下步驟：氧必須擴(kuò)散到碳表面；擴(kuò)散到碳表面的氧被表面吸附；吸附在碳表面上的氧在表面進(jìn)行反應(yīng)，形成反應(yīng)物；反應(yīng)物從表面解析；解析的產(chǎn)物必須從碳表面擴(kuò)散出去。整個(gè)碳表面上的反應(yīng)速度取決於上述步驟中最慢的一個(gè)。二、碳燃燒的異相反應(yīng)理論先不考慮擴(kuò)散的因素，假定碳表面上吸附了氧的面積份額為q，即：q=吸附了氣體分子的表面積固體的總表面積在吸附了氧的碳表面積上，已不能再吸附新的氧分子了，而只能解析氧和碳的反應(yīng)產(chǎn)物。解析速度和q成正比：

vj=k-1q解析速度常數(shù)由於剩餘部分沒(méi)有吸附氧，因而表面附近的氧分子就會(huì)吸附上去，其吸附速度和(1-q)及表面上的氧的濃度成正比

vs=k1

Cs(1-q)吸附速度常數(shù)碳表面上的氧濃度二、碳燃燒的異相反應(yīng)理論如果吸附和解析之間達(dá)到平衡，此時(shí)碳表面上吸附了的氧的面積份額q

將不再變化，從而可求出q

：由於碳和氧的反應(yīng)只能在吸附了氧的那部分碳表面上發(fā)生，因此q

越大，碳和氧的反應(yīng)速率也越大，反應(yīng)速率v和q成正比：二、碳燃燒的異相反應(yīng)理論上式可能存在三種情況：B>>Cs此時(shí)，v=Csk’/B=kCs說(shuō)明：一級(jí)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速度和碳表面氧濃度一次方成正比碳表面處氧濃度很低，吸附了氧的碳表面積很小，吸附能力很弱B<<Cs此時(shí)，v=k’[Cs/(Cs+B)]=k’說(shuō)明：化學(xué)反應(yīng)速度和碳表面處氧濃度無(wú)關(guān)，也稱為零級(jí)反應(yīng)碳表面吸附能力很強(qiáng)，使碳表面的吸附幾乎達(dá)到飽和，但同時(shí)解析能力很弱k=k’/B二、碳燃燒的異相反應(yīng)理論B≈Cs此時(shí)，只有部分固體表面被氧吸附，碳表面處氧的濃度為中等，因此：低於800℃階段，吸附能力強(qiáng)，碳表面氧濃度高，屬於零級(jí)反應(yīng)溫度高於1200℃階段，碳表面處氧濃度很低，屬於一級(jí)反應(yīng)在800~1200℃之間的階段，一般為分?jǐn)?shù)級(jí)反應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中，為簡(jiǎn)化，可將碳氧反應(yīng)作為一級(jí)反應(yīng)來(lái)處理7.4碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理一、碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理碳燃燒是一個(gè)氣固間的異相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，此時(shí)碳和氧之間的反應(yīng)是在碳的吸附表面上進(jìn)行的。研究表明，碳燃燒釋放熱量的主要化學(xué)反應(yīng)使碳和氧的直接反應(yīng)，也稱為一次反應(yīng)。

C+O2=CO2+409MJ 2C+O2=2CO+245MJ一次反應(yīng)生成的CO和CO2通過(guò)周圍的介質(zhì)擴(kuò)散出去，能夠重新被碳表面從氣體介質(zhì)中吸附，在一定條件下發(fā)生二次反應(yīng)。

CO+O2=2CO2+571MJ

C+CO2=2CO-162MJ一次反應(yīng)和二次反應(yīng)同時(shí)交叉平行進(jìn)行著，構(gòu)成碳燃燒過(guò)程的基本化學(xué)反應(yīng)。一、碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理當(dāng)碳表面有水蒸氣存在時(shí)，還可能進(jìn)一步進(jìn)行以下的反應(yīng)：

C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 3C+4H2O=4H2+2CO+CO2 C+2H2=CH4在靠近碳表面的氣體層中，還可能發(fā)生下列反應(yīng)：

2H2+O2=2H2O CO+H2O=CO2+H2上述反應(yīng)過(guò)程中哪些是主要的，取決於溫度、壓力以及氣體成分等燃燒過(guò)程的具體條件。二、碳的晶格結(jié)構(gòu)石墨的晶格結(jié)構(gòu)：六角形組成的幾面疊結(jié)而成。晶體內(nèi)部每個(gè)碳原子三個(gè)價(jià)電子在幾面內(nèi)形成穩(wěn)定化學(xué)鍵，第四個(gè)價(jià)電子則分佈在基面之間的空間內(nèi)，鍵的結(jié)合力較弱。二、碳的晶格結(jié)構(gòu)常溫下，碳晶格表面和周界上能吸附氣體分子，稱為物理吸附。物理吸附不能發(fā)生化學(xué)變化。溫度較高時(shí)，氣體分子具有較高的相對(duì)速度，能侵入石墨晶格表面層基面間的空間內(nèi)，把基面的空間距離撐大，和碳原子形成新的鍵。碳和氧會(huì)形成固溶絡(luò)合物，該絡(luò)合物可能會(huì)由於其他具有一定能量的氧分子碰撞而結(jié)合成CO和CO2。溫度很高時(shí)，單純物理吸附不存在，晶體周界對(duì)氧分子的化學(xué)吸附能力增加，吸附後形成的碳氧絡(luò)合物會(huì)受熱分解成為CO和CO2氣體，或被其他分子碰撞而離解，離開晶體而形成自由分子。三、碳與氧的反應(yīng)理論對(duì)於碳和氧的一次反應(yīng)產(chǎn)物，有三種觀點(diǎn)：二氧化碳學(xué)說(shuō)碳的氧化產(chǎn)物中CO2是初次產(chǎn)物，燃燒中的CO是CO2與C相互作用形成的二次反應(yīng)產(chǎn)物。一氧化碳學(xué)說(shuō)碳與氧反應(yīng)的初次產(chǎn)物是CO，CO再與氧化合生成CO2。目前普遍接受的第三種觀點(diǎn)碳與氧首先生成碳氧絡(luò)合物，絡(luò)合物再生成CO和CO2。四、碳和氧反應(yīng)的絡(luò)合物理論溫度在1300℃以下時(shí)，碳和氧的反應(yīng)機(jī)理物理吸附為主，反應(yīng)過(guò)程為一級(jí)反應(yīng)；氧分子落入碳晶格內(nèi)生成絡(luò)合物。

3C+2O2=C3O4由於溫度不高，絡(luò)合物熱離解的可能性不大而處?kù)斗€(wěn)定狀態(tài)，一旦有能量較高的氧分子撞擊此部分時(shí)，將發(fā)生以下離解反應(yīng)：

C3O4+C+O2=2CO2+2CO簡(jiǎn)化方程式可寫成：

4C+3O2=2CO2+2CO四、碳和氧反應(yīng)的絡(luò)合物理論溫度在1600℃以上時(shí)，碳和氧的反應(yīng)機(jī)理高能氧分子份額增多了，但同時(shí)已溶解的氧分子的解脫作用也加大了；碳和氧的一次反應(yīng)通過(guò)晶體邊界的棱和頂角的化學(xué)吸附完成；高溫下氧分子撞擊碳表面的頻率增大，但此時(shí)化學(xué)反應(yīng)取決於較慢的化學(xué)吸附速度，與氧分子濃度和撞擊頻率無(wú)關(guān)。屬於零級(jí)反應(yīng)?；瘜W(xué)吸附形成絡(luò)合物：

3C+2O2=C3O4高溫下自行熱分解

C3O4=2CO+CO2簡(jiǎn)化方程式可寫成：

3C+2O2=2CO+CO2五、碳和二氧化碳的反應(yīng)

C+CO2=2CO該反應(yīng)為一吸熱反應(yīng)，是煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行的主要化學(xué)反應(yīng)。CO2首先要吸附到碳的晶體上，形成絡(luò)合物，然後絡(luò)合物分解成CO，解析離開碳表面。由於CO2的化學(xué)吸附活化能比氧的溶解活化能大得多，因此這一反應(yīng)只有在溫度很高時(shí)才能顯著起來(lái)。T<400℃，僅存在物理吸附，沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)；T>400℃，CO2的固溶絡(luò)合和化學(xué)吸附絡(luò)合開始顯著；T>700℃，零級(jí)反應(yīng)。最為薄弱環(huán)節(jié)為碳氧絡(luò)合物如何自我分解。T>950℃，一級(jí)反應(yīng)。最為薄弱環(huán)節(jié)為碳氧絡(luò)合物受CO2撞擊分解溫度更高，一級(jí)反應(yīng)。最為薄弱環(huán)節(jié)為化學(xué)吸附過(guò)程六、碳和水的反應(yīng)

C+H2O=CO+H2吸熱反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)一般認(rèn)為是一級(jí)反應(yīng)；C與H2O的反應(yīng)速度約比C與O2的反應(yīng)速度快3倍；水蒸汽也是經(jīng)過(guò)吸附、絡(luò)合與解析等一系列中間環(huán)節(jié)而引起的，起決定性環(huán)節(jié)是中間絡(luò)合物的生成和分離。七、岐化反應(yīng)定義：反應(yīng)物因原子不均勻分配而轉(zhuǎn)化成兩種不同產(chǎn)物的反應(yīng)；2CO=C+CO2該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，是氣化反應(yīng)的逆反應(yīng)；在溫度降低時(shí)，會(huì)引起析碳；對(duì)於冶金爐、合成氨裝置和燃油爐，這是一個(gè)重要問(wèn)題。溫度很高時(shí)，不能發(fā)生岐化反應(yīng)；溫度很低時(shí)，反應(yīng)速度太低，也不能析碳，僅在200~1000℃的溫度範(fàn)圍內(nèi)，才可能析碳。岐化反應(yīng)的最大速度出現(xiàn)在溫度為400~600℃範(fàn)圍內(nèi)。7.5碳燃燒反應(yīng)的控制一、碳燃燒反應(yīng)的速度推導(dǎo)碳燃燒速度碳燃燒速度：碳在單位時(shí)間、單位表面積上燃燒的品質(zhì)。先考察碳燃燒時(shí)氧量的平衡碳燃燒反應(yīng)的氧量

ws0=kCs周圍擴(kuò)散到碳表面的氧量

vO2

=

ad

(C∞-Cs

)平衡狀態(tài)，ws0=vO2即：

kCs=ad

(C∞-Cs

)氧擴(kuò)散到碳表面的擴(kuò)散速度常數(shù)二、推導(dǎo)碳燃燒速度於是碳的燃燒速度：碳與氧的化學(xué)計(jì)量比折算反應(yīng)速度常數(shù)：Gsc=bkzs

C∞三、反應(yīng)控制區(qū)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行討論k>>ad，1/k→0kzs≈ad，Cs→ad Gsc=b

ad

C∞反應(yīng)溫度很高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)能力很強(qiáng)，碳的燃燒速度取決於氧氣擴(kuò)散速度；稱為擴(kuò)散控制燃燒，又稱擴(kuò)散燃燒區(qū)。k<<adGsc=b

k

C∞擴(kuò)散能力強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)能力差；溫度較低時(shí)，碳燃燒速度取決於化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素；稱為動(dòng)力控制燃燒，又稱動(dòng)力燃燒區(qū)。三、反應(yīng)控制區(qū)k=ad

Gsc=b

kzsC∞燃燒速度介於動(dòng)力燃燒區(qū)和擴(kuò)散燃燒區(qū)之間稱為過(guò)渡燃燒區(qū)四、謝苗諾夫準(zhǔn)則定義：Sm=ad/kSm

>10，動(dòng)力燃燒區(qū)；Sm=0.1~10，過(guò)渡燃燒區(qū)；Sm<0.1，擴(kuò)散燃燒區(qū)。五、影響燃燒速度的因素為計(jì)算碳燃燒的速度，必須求解k和ad化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)

k=k0exp(-E/RT)擴(kuò)散速度常數(shù)

ad=Nud

D/d上式中， Nud——擴(kuò)散的Nussellt數(shù)，Nud=ad

d/D

D——擴(kuò)散係數(shù)

d——碳粒直徑利用經(jīng)驗(yàn)公式求解Re很小時(shí)，Nud≈2；Re>100時(shí)，Nud=0.7Re0.5五、影響燃燒速度的因素謝苗諾夫準(zhǔn)則可以表達(dá)為：從上式可以看出，影響Sm的因素包括以下幾項(xiàng)：

火焰溫度T；氣流相對(duì)速度w；活化能E，頻率因數(shù)k0；煤的粒徑d。五、影響燃燒速度的因素上述各參數(shù)對(duì)謝苗諾夫準(zhǔn)則的影響表現(xiàn)為：溫度TSm↓，T↑，趨於擴(kuò)散區(qū)氣流相對(duì)速度w趨於動(dòng)力區(qū)五、影響燃燒速度的因素反應(yīng)活化能E（煤質(zhì)）和頻率因數(shù)k0（煤質(zhì)）趨於動(dòng)力區(qū)趨於擴(kuò)散區(qū)燃料粒徑總的趨勢(shì)，趨於擴(kuò)散區(qū)例如：粒徑10mm時(shí)，T=1000℃進(jìn)入擴(kuò)散燃燒區(qū) 粒徑0.1mm時(shí)，T=1700℃進(jìn)入擴(kuò)散燃燒區(qū)五、影響燃燒速度的因素例題：無(wú)煙煤，煤粒d=60mm，爐溫1300℃,煤粒氣流之間的相對(duì)速度w=5m/s，煤粒反應(yīng)活化能150kJ/mol，頻率因數(shù)k0=14.9×103m/s，判斷該燃燒處?kù)逗稳紵齾^(qū)?計(jì)算碳燃燒速度。在燃燒中，u≈D=D0(T/T0)m=1.98×10-5[(1300+273)/273]2=657×10-6m2/sRe=wd/u=5×60×10-6/657×10-6=0.46Re很小，按Re≈0處理，則Nud=2五、影響燃燒速度的因素ad=DNud/d=657×10-6×2/60×10-6=21.9m/s該燃燒過(guò)程處?kù)秳?dòng)力燃燒區(qū)在1200℃時(shí)，碳表面反應(yīng)為4C+3O2=2CO2+2CO化學(xué)當(dāng)量比b=4×12/3×32=0.51300℃時(shí)空氣密度r=1.293×273/(273+1300)=0.224kg/m3氧在空氣中的品質(zhì)百分?jǐn)?shù)23.2%氧的品質(zhì)濃度C∞=23.2%×0.224=0.052kg/m3碳燃燒速率Gsc=bkC∞=0.5×0.156×0.052=4×10-3kg/(m2s)7.6碳粒燃盡時(shí)間一、碳粒燃盡時(shí)間推導(dǎo)碳粒燃盡時(shí)間模型假定：產(chǎn)物CO2向外擴(kuò)散,無(wú)二次反應(yīng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)Re=0，Nud=2碳粒周圍氣體分佈均勻,C∞=const碳粒是半徑為r0的實(shí)心球體碳粒成分為均勻純碳，r

=constr0rdr一、碳粒燃盡時(shí)間模型微元體在dt

時(shí)間內(nèi)，燃燒掉的品質(zhì)為dG

dG=-4pr2rdr碳燃燒速度5.6.1碳粒燃盡時(shí)間模型微元體燃燒時(shí)間碳燃盡時(shí)間二、影響碳燃燒時(shí)間的因素煤的粒徑擴(kuò)散燃燒區(qū)，D/r0<<k，D/r0k<<1(k>>ad)動(dòng)力燃燒區(qū)，D/r0>>k，D/r0k>>1(k<<

ad)過(guò)渡燃燒區(qū)，D/r0

≈

k，D/r0k

≈1(k≈

ad) t∝r01~2二、影響碳燃燒時(shí)間的因素爐內(nèi)溫度擴(kuò)散燃燒區(qū)動(dòng)力和過(guò)渡燃燒區(qū)二、影響碳燃燒時(shí)間的因素燃料性質(zhì)揮發(fā)分含量越高，焦炭含量越少，燃盡時(shí)間越短；同時(shí)，揮發(fā)分析出後，所殘留焦炭疏鬆，密度小，易於與空氣接觸，燃盡時(shí)間也要減少。化學(xué)當(dāng)量比化學(xué)當(dāng)量比越大，碳粒周圍氧濃度越高，燃盡時(shí)間越短。但同時(shí)，隨著化學(xué)當(dāng)量比的提高，燃燒溫度要降低，排煙熱損失要增加，有可能造成燃盡時(shí)間延長(zhǎng)。通常的做法是根據(jù)燃料的性質(zhì)，將化學(xué)當(dāng)量比控制在1.0~1.4範(fàn)圍內(nèi)。7.8煤的燃燒煤燃燒方式分類燃燒方式分類固定床燃燒（層燃）流化床燃燒（沸騰床）攜帶床燃燒（煤粉燃燒）兼顧上述幾種形式的其他複合燃燒方式各種燃燒方式下燃燒的共性問(wèn)題著火問(wèn)題燃盡問(wèn)題防結(jié)渣和高溫腐蝕問(wèn)題燃燒污染物控制問(wèn)題控制煤燃燒過(guò)程的關(guān)鍵要素溫度控制混合過(guò)程控制7.8煤的燃燒著火熱Qi煤和氣流進(jìn)入燃燒室到實(shí)現(xiàn)著火燃燒所需要吸收的熱量來(lái)源熱煙氣放熱——占10%~30%爐壁熱輻射——占70%~90%組成幹燃料升溫所需要的熱量，約20%空氣升溫所需要的熱量，約70%水分升溫所需要的熱量，約10%7.8煤的燃燒例Vdaf=20%的煙煤，Qi=1050kJ，Ti=840℃煤氣，Qi=840kJ，Ti=600℃無(wú)煙煤，Qi=1300kJ，Ti=1000℃由此發(fā)現(xiàn)，燃料揮發(fā)分越低，含碳量越高，煤的著火熱越大，著火溫度越高7.8煤的燃燒影響著火熱的因素燃料性質(zhì)的影響揮發(fā)分。煤粉氣流的穩(wěn)定著火在很大程度上取決於所析出的揮發(fā)分在其點(diǎn)燃後於一次風(fēng)發(fā)生反應(yīng)所形成的高溫燃燒產(chǎn)物來(lái)維持的煤中灰分?；曳衷黾?，燃料消耗量增加，造成著火熱增加水分。水分增加，著火熱增加與煤一同送入燃燒室的風(fēng)量的影響風(fēng)量增加，著火熱增加，著火推遲。理論上保證揮發(fā)分完全燃燒的一次風(fēng)份額和該煤種的乾燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量相當(dāng)。在實(shí)踐上，對(duì)不同煤種即根據(jù)揮發(fā)分含量，也同時(shí)根據(jù)煤粉輸送過(guò)程等經(jīng)驗(yàn)確定所採(cǎi)用的一次風(fēng)份額7.8煤的燃燒風(fēng)溫的影響一次風(fēng)溫對(duì)煤粉氣流影響很大，提高一次風(fēng)溫可降低著火熱。如果一次風(fēng)氣流的初溫為20℃時(shí)著火熱記為100%，那麼當(dāng)風(fēng)粉混合物溫度為300℃時(shí)，其著火熱可降低至40.5%其他因素燃燒器的空氣動(dòng)力工況：例如旋流燃燒器製造的回流區(qū)會(huì)引入高溫?zé)煔鈦K被卷吸入煤粉氣流可改善著火條件7.8煤的燃燒改善煤著火的措施控制煤的粒度煤的粒度減小，比表面積增加，強(qiáng)化了換熱過(guò)程控制煤的含水量減小入爐煤的含水量，有利於降低著火熱中水分吸熱量的份額控制空氣量減少著火區(qū)域的空氣供給，降低空氣吸收著火熱的份額空氣量的供給在優(yōu)先滿足輸送的前提下盡可能降低燃燒所需的剩餘空氣在煤著火後再行供給在著火區(qū)域創(chuàng)造局部高溫區(qū)回流區(qū)等是強(qiáng)化煙氣與煤和空氣換熱的有效手段減少著火區(qū)域受熱面積，降低受熱面的吸熱份額，提高壁面的熱輻射能力是強(qiáng)化輻射換熱的另外手段7.8煤的燃燒一次風(fēng)和二次風(fēng)由於空氣吸熱占著火熱的比例非常高，降低空氣吸熱量是減小著火熱的重要舉措把空氣分批送入燃燒室，可以有效降低著火熱，由此，把空氣分為一次風(fēng)和二次風(fēng)一次風(fēng)——在煤著火前與煤一起或者單獨(dú)送入燃燒區(qū)域，供給揮發(fā)分著火所需氧的空氣流二次風(fēng)——在煤的揮發(fā)分著火後，後期補(bǔ)入燃燒室的空氣流對(duì)煤粉燃燒過(guò)程而言一次風(fēng)兩個(gè)作用——輸送煤粉和供給揮發(fā)分著火所需的氧二次風(fēng)兩個(gè)作用——補(bǔ)充焦炭著火用氧和保證燃料與空氣的混合7.8煤的燃燒一元燃燒熱工況試驗(yàn)對(duì)馬弗爐裏煤粉與空氣氣流的燃燒過(guò)程進(jìn)行了一元系統(tǒng)的燃燒熱工況計(jì)算馬弗爐：一種不用燃油而用煤塊與煤粉生火的燃燒器。煤粉爐生火時(shí)先用煤塊在手燒爐排上燒著，然後把手燒爐燒旺使馬弗爐的爐溫達(dá)到800~100度，這時(shí)將煤粉與空氣氣流送進(jìn)馬弗爐，使氣流在馬弗爐內(nèi)著火，著火以後的煤粉氣流吹進(jìn)煤粉爐，這樣就慢慢地使煤粉爐生火。一次風(fēng)管道二次風(fēng)管道馬弗爐7.8煤的燃燒馬弗爐燃燒過(guò)程計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件馬弗爐內(nèi)總過(guò)量空氣係數(shù)0.5空氣初溫127℃分級(jí)送入的二次風(fēng)與煤粉的混合轉(zhuǎn)瞬間完成實(shí)驗(yàn)方案所有空氣作為一次風(fēng)送入空氣分成一次風(fēng)和二次風(fēng)，Da1=0.15,Da2=0.35,l=0.06m空氣分成一次風(fēng)和二次風(fēng)，Da1=0.15,Da2=0.35,l=0.09m空氣分成一次風(fēng)和二次風(fēng)，二次風(fēng)分兩批送入，Da1=0.15,Da21=0.15,Da22=0.2,l1=0.09m,l2=0.2m7.8煤的燃燒方案一所有空氣(a=0.5)都作為一次風(fēng)和煤粉一起進(jìn)入爐內(nèi)（即a＝0.5），氣流從初溫127℃開始得到馬弗爐內(nèi)的煙氣卷吸和輻射受熱而逐漸升溫。距馬弗爐出口0.35m處達(dá)到著火溫度835℃，於是煤粉著火燃燒，溫度迅速上升。當(dāng)氣流到達(dá)x1=0.63m處時(shí)，空氣燒光，其在馬弗爐內(nèi)的燃燒基本結(jié)束。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。7.8煤的燃燒7.8煤的燃燒方案二空氣分成一次風(fēng)(Da1=0.15)與二次風(fēng)(Da2＝0.35)。一次風(fēng)量較少，所以煤粉氣流受熱升溫較快，到0.06m處溫度就已上升到825℃。但是這時(shí)尚未達(dá)到著火溫度，然而二次風(fēng)就在這個(gè)時(shí)候加入，結(jié)果使整個(gè)煤粉氣流的溫度下降到320℃，然後象方案1一樣地逐慚升溫、著火、燃燒?；鹁骈L(zhǎng)度仍為x1=0.63m。從這個(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)果與全部空氣作為一次風(fēng)一樣，也不能縮短火炬長(zhǎng)度。7.8煤的燃燒7.8煤的燃燒方案三一次風(fēng)量仍相當(dāng)於Da1=0.15，二次風(fēng)量也相當(dāng)於Da2=0.35，但是加入地點(diǎn)推遲到0.09m處。於是煤粉與一次風(fēng)氣流在0.07m處著火燃燒，一次風(fēng)中的氧很快就消耗掉，氣流溫度升高到1500℃。但是此時(shí)二次風(fēng)量一次加得太多了，混合以後又使溫度降低到745℃(著火溫度以下)，火炬被中途淬熄。此後，部分燃燒過(guò)的煤粉氣流和二次風(fēng)的混合物重新受熱，達(dá)到0.29m處再度著火，而在x1=0.48m處二次風(fēng)中的氧也消耗完，馬弗爐內(nèi)的燃燒過(guò)程基本上結(jié)束。從這個(gè)方案可知，二次風(fēng)在一次風(fēng)中的氧消耗完以後加入，對(duì)於縮短火炬長(zhǎng)度是有幫助的。但是一次加入的二次風(fēng)量過(guò)多，使燃燒中斷，所以火炬長(zhǎng)度縮短得不多。7.8煤的燃燒7.8煤的燃燒方案四一次風(fēng)量Da1=0.15，二次風(fēng)分為兩批，第一批Da21=0.15，第二批Da22=0.2，分別在0.09m與0.2m處加入。一次風(fēng)和煤粉氣流仍象方案3一樣，很快地升溫著火，到0.09m處就已達(dá)到1500℃。此時(shí)第一批二次風(fēng)(Da22=0.15)加入，雖然總的氣流溫度由於混合有所下降，但只下降到1020℃，仍在著火溫度以上，所以能夠繼續(xù)猛烈地燃燒，當(dāng)達(dá)到0.20m處，氣流溫度已高達(dá)1800℃，此時(shí)第二批二次風(fēng)(Da22=0.20)再度加入，所以燃燒依然十分強(qiáng)烈，溫度又回升上去。達(dá)到xa=0.24m處，全部空氣中的氧燒光，馬弗爐內(nèi)的燃燒基本結(jié)束。7.8煤的燃燒7.8煤的燃燒上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比7.8煤的燃燒配風(fēng)原則供應(yīng)的空氣應(yīng)該分成一次風(fēng)與二次風(fēng)，這樣可以加快氣流的升溫著火。一次風(fēng)量不宜過(guò)多(對(duì)於煤粉氣流，大致相當(dāng)於揮發(fā)分燃燒的化學(xué)當(dāng)量比)。二次風(fēng)應(yīng)在煤粉著火並把一次風(fēng)中的氧消耗掉的時(shí)候加入。二次風(fēng)應(yīng)分批加入，第一批燒完了再加入第二批。如果掌握不住上一批二次風(fēng)剛巧在哪里燒完，因而難以選擇下一批二次風(fēng)應(yīng)該加入的準(zhǔn)確地點(diǎn)，那麼與其早一些，毋寧遲一些。二次風(fēng)每批送入的數(shù)量應(yīng)有限制，使部分燃燒的煤粉氣流與新加入的二次風(fēng)混合以後的溫度不低於著火溫度，避免中途淬熄，以保證燃燒繼續(xù)進(jìn)行。7.8煤的燃燒煤的燃盡任務(wù)：保證焦炭在一定的燃燒室空間充分燃盡控制要素溫度氧氣和煤的混合停留時(shí)間7.8煤的燃燒保證煤燃盡的主要措施燃燒溫度T>1700℃，燃燒進(jìn)入擴(kuò)散控制區(qū)實(shí)際燃燒過(guò)程，溫度在1000~1500℃之間，燃燒過(guò)程處?kù)秳?dòng)力和擴(kuò)散控制區(qū)雙重控制之下T提高，燃盡效果改善氧濃度維持一定氧濃度有利於提高燃盡率對(duì)於煤粉燃燒過(guò)程，保證燃燒室出口過(guò)量空氣係數(shù)>1。對(duì)於P和W，1.2~1.5；對(duì)於煙煤，1.15~1.2加強(qiáng)燃盡區(qū)燃料和空氣的混合，保持燃盡區(qū)空氣射流具有一定的穿透能力停留時(shí)間延長(zhǎng)燃料再燃盡區(qū)的停留時(shí)間有利於燃料充分燃盡停留時(shí)間的延長(zhǎng)意味著燃燒室體積的增加，進(jìn)一步需要增加燃燒室的材料消耗，增加設(shè)備造價(jià)燃料特性碳含量高，不利於燃料燃盡煤粉越細(xì)，越有利於燃料燃盡7.9煤粉燃燒一、煤粉火炬燃燒的特點(diǎn)煤粉空氣混合物氣流較難於點(diǎn)燃煤粉爐中，燃燒所需空氣分為一、二次風(fēng)。一次風(fēng)作用：將煤粉通過(guò)燃燒器輸送到爐膛，並供給煤粉在著火階段所需空氣；二次風(fēng)作用：煤粉著火以後混入保證煤粉燃盡。煤粉的點(diǎn)燃過(guò)程是將一次風(fēng)氣流和高溫?zé)霟岬臒煔饣旌?，使煤粉空氣混合物的溫度升高到煤粉能夠著火的溫度。煤粉著火溫度使有一定條件下煤粉著火的臨界條件決定的，不同條件所測(cè)得的著火溫度不同。一、煤粉火炬燃燒的特點(diǎn)不同煤種煤粉氣流中顆粒的大致著火溫度煤種揮發(fā)分vdaf(%)著火溫度Tj（℃）褐煤50550煙煤406503075020840貧煤14900無(wú)煙煤41000一、煤粉火炬燃燒的特點(diǎn)一般情況下，煤粉氣流在著火過(guò)程中所吸收的熱量只有10~30%來(lái)源於輻射傳熱量，所以其主要的熱量來(lái)源是對(duì)流換熱。著火熱：將煤粉加熱到著火溫度所需熱量稱為著火熱。著火熱主要有三部分構(gòu)成：幹燃料升溫所需要的熱量，約20%空氣升溫所需要的熱量，約70%水分升溫所需要的熱量，約10%一、煤粉火炬燃燒的特點(diǎn)影響著火熱的因素燃料性質(zhì)的影響揮發(fā)分。煤粉氣流的穩(wěn)定著火在很大程度上取決於所析出的揮發(fā)分在其點(diǎn)燃後於一次風(fēng)發(fā)生反應(yīng)所形成的高溫燃燒產(chǎn)物來(lái)維持的煤中灰分?；曳衷黾?，燃料消耗量增加，造成著火熱增加水分。水分增加，著火熱增加一次風(fēng)量的影響一次風(fēng)量增加，著火熱增加，著火推遲。理論上保證揮發(fā)分完全燃燒的一次風(fēng)份額和該煤種的乾燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量相當(dāng)。在實(shí)踐上，對(duì)不同煤種即根據(jù)揮發(fā)分含量，也同時(shí)根據(jù)煤粉輸送過(guò)程等經(jīng)驗(yàn)確定所採(cǎi)用的一次風(fēng)份額一、煤粉火炬燃燒的特點(diǎn)一次風(fēng)溫的影響一次風(fēng)溫對(duì)煤粉氣流影響很大，提高一次風(fēng)溫可降低著火熱。如果一次風(fēng)氣流的初溫為20℃時(shí)著火熱記為100%，那麼當(dāng)風(fēng)粉混合物溫度為300℃時(shí)，其著火熱可降低至40.5%其他因素燃燒器的空氣動(dòng)力工況，例如旋流燃燒器製造的回流區(qū)會(huì)引入高溫?zé)煔鈦K被卷吸入煤粉氣流可改善著火條件。煤粉細(xì)度、一次風(fēng)速、爐膛溫度等都會(huì)對(duì)著火熱產(chǎn)生影響一、煤粉火炬燃燒的