煤粉制備及燃燒過程分析任務8.1燃燒基本概念燃燒程度01燃燒速度0201燃燒程度燃燒程度即燃燒的完全程度燃燒程度燃燒有完全燃燒與不完全燃燒之分燃燒的完全程度可用燃燒效率表示02燃燒速度燃燒速度

aA十bB

gG十hH

燃料燃燒產物氧化劑

燃燒的定義鍋爐內的燃燒化學反應可用如下的通式來表示當燃料與氧化劑屬于同一形態，稱為均相燃燒當燃料與氧化劑不屬于同一形態，稱為多相燃燒，例如固體燃料在空氣中的燃燒燃燒速度燃燒速度的快慢取決于燃燒過程中化學反應時間的快慢和氧化劑供給燃料時間的快慢，最終取決于兩者之中較慢者。化學反應速度耗氧速度01氧氣擴散速度供氧速度02燃燒速度二次反應中生成的CO和C02稱為二次產物。一次反應：C+02→C022C+02→2CO一次反應伴隨二次反應：

C02+C→2CO2CO+02→2CO2碳粒的燃燒機理

燃燒速度碳粒表面氣體濃度的變化濃度濃度燃燒速度當溫度低于1200℃時，按下示反應式進行燃燒反應:

4C+3O2→2CO+2CO2此時由于溫度較低，在碳粒表面生成的CO2不能與C發生上式所示氣化反應。01碳粒在靜止的空氣中燃燒燃燒速度當溫度高于1200℃以后，碳粒燃燒開始轉向如下反應：3C+2O2→2CO+CO2此時，由于溫度升高加速了碳粒表面的反應，生成更多的CO。同時氣化反應也因溫度升高而顯著地進行。01碳粒在靜止的空氣中燃燒燃燒速度在煤粉爐中，爐內煤粉處于懸浮狀態，煤粉與空氣流之間的相對速度很小，可認為焦炭粒子是在靜止空氣流中進行燃燒的；而在流化床爐中，煤粒是在空氣流的強烈沖刷下進行燃燒的。化學反應速度及其影響因素化學反應速度取決于參加反應的原始反應物的性質，同時還受反應進行時所處條件的影響影響燃燒化學反應速度的因素：反應物質濃度對化學反應速度的影響用質量作用定律來說明。燃燒化學反應速度只與燃料表面的氧濃度成正比。化學反應速度及其影響因素對于多相燃燒，其中主要是濃度壓力溫度1）反應物質的濃度度速應反學化化學反應速度及其影響因素這一關系式稱為阿累尼烏斯定律影響因素當反應物質的濃度不隨時間變化時，反應速度就可用反應速度常數k來表示。而k值主要決定于反應溫度和參加反應的燃料性質，其相互關系如下：2）溫度化學反應速度及其影響因素阿累尼烏斯鍵指出，分子間的碰撞不是都能發生化學反應的，只有那些碰撞能量足以破壞現存化學鍵并建立新的化學鍵的才是有效的。為使某一化學反應得以進行，分子所需的最低能量稱為活化能，以E表示。能量達到或超過活化能E的分子稱為活化分子。活化分子的碰撞才是發生反應的有效碰撞。所以反應只能在活化分于之間進行。化學反應速度及其影響因素由上式可知，當反應物濃度不隨時間變化時，反應速度主要取決于反應溫度T和活化能E的大小。溫度一定，活化能愈大，反應速度就愈慢，或者說，反應要在更高溫度下才能進行；反之，若活化能愈小，反應速度就會愈快，或者說，反應可在較低溫度下進行。化學反應速度及其影響因素活化能E與燃料性質有關，各類煤的活化能的數值(MJ／kmo1)為活化能一定，溫度愈高，反應速度就愈快；反之，若溫度愈低，反應速度就會愈慢。對于活化能高的無煙煤，要強化其燃燒就必須提高溫度。活化能的數值(MJ／kmo1)126~147104~12684~104貧煤無煙煤煙煤褐煤煤粉迅速而又完全燃燒的條件煤粉迅速而又完全燃燒的條件2、合適的空氣量合適的空氣量應根據最佳爐膛過量空氣系數來供應。1、相當高的爐溫爐溫愈高愈好。但過高的爐溫會引起爐膛結渣，從而影響安全經濟運行。煤粉迅速而又完全燃燒的條件4、足夠的爐內停留時間一般煤粉爐煤粉從燃燒器出口到爐膛出口需要2～3s。在這段時間內煤粉必須完全燒掉。3、燃料與空氣良好的混合煤粉爐一般采用一、二次風組織燃燒，一次風攜帶煤粉進入爐膛，二次風高速噴入爐內與煤粉混合，形成強烈擾動，從而提高擴散混合速度。三個區域的火炬情況三個區域的火炬問題氣流進入爐膛時溫度很低，加熱到著火點就開始著火，隨著著火煤粉增多，溫度上升速度加快。是在著火區和燃燒區中溫度上升，在燃盡區中溫度下降。氣流溫度的變化氣流進入著火區三個區域的火炬問題當大部分可燃質燒掉后，氣流溫度開始下降，這時可以認為氣流進入燃盡區。在燃盡區內，燃燒放熱很少，而水冷壁仍在不斷吸熱，故煙氣溫度逐漸下降，到爐膛出口降至1000℃左右。可燃質開始大量燃燒，溫度突然很快上升時。火焰中心溫度有1600℃左右。氣流進入燃燒區氣流進入燃盡區三個區域的火炬問題煤粉中灰分的含量在整個過程中是不斷增大的。到爐膛出口，飛灰中仍會有很少量未燃盡的碳，但一般不超過飛灰總量的4％，而飛灰則高達96％左右。“”三個區域的火炬問題三個區域的火炬問題O2含量在燃燒器出口處約為21％，到爐膛出口處下降到2％

4％。氣流中02的含量在整個過程中不斷減少，但在燃燒區減少得很快。三個區域的火炬問題R02在燃燒器出口處約為零，到爐膛出口處上升到16％

17％。如圖所示焦炭的燃燒時間最長在燃燒階段中焦炭的燃燒是主要的焦炭中的碳是燃質的主要部分，因而是放出熱量的主要來源，并決定其他階段的強烈程度。燃燒過程關鍵是燃燒階段火炬工況在燃燒區都有劇烈的變化，而在著火區，尤其是在燃盡區，變化較緩慢。010203三個區域的火炬問題煤粉制備及燃燒過程分析01燃燒過程經歷三個階段燃燒過程經歷三個階段燃燒階段準備階段燃盡階段3吸熱、水分蒸發、揮發分析出、溫度升高準備階段氧氣供應不足，風粉混合較差，空間溫度較低，需要的時間較長燃盡階段燃燒階段是一個強烈的放熱階段混合燃燒階段12燃燒過程經歷三個階段大顆粒加熱時，揮發分首先析出并著火燃燒，隨后焦炭著火燃燒。而煤粉在高溫下快速加熱時，往往是細小煤粉首先著火燃燒，接著才是揮發分的析出。02煤粉燃燒的空間區域煤粉燃燒的空間區域根據對R90=5％的煤粉試驗，97％的可燃質是在25％的時間內燃盡的，而其余3％的可燃質卻在75％的時間才燃盡。燃燒器出口附近的區域，著火區為0.3

0.5m；與燃燒器處于同一水平的爐膛中部以及稍高的區域是燃燒區，燃燒區在4m左右；高于燃燒區直至爐膛出口的區域都是燃盡區，而燃盡區卻比較長，可達20多米。著火區燃燒區燃盡區煤粉制備及燃燒過程分析任務11.1煤粉氣流的著火與強化著火熱概述0101著火熱概述著火熱概述煤粉氣流著火熱的來源將煤粉氣流從初始溫度加熱到著火溫度所需的熱量稱為著火熱。煤粉氣流最好離噴口不遠就能迅速穩定地著火。著火愈快，充分燃盡。距離燃燒器約300~500mm處著火。煤粉在爐膛內的停留時間2~3秒。2.爐內高溫火焰的輻射換熱1.卷吸爐膛高溫煙氣而產生的對流換熱（主要）著火太遲和著火太早的危害？著火熱概述影響著火熱的因素初始溫度著火溫度一次風量煤粉水分影響著火熱的因素一方面要盡量降低著火熱；另一方面要盡快提供著火熱影響煤粉氣流著火的主要因素影響煤粉氣流著火的主要因素1、燃燒性質揮發分水分灰分影響煤粉氣流著火的主要因素1、燃燒性質（1）揮發分揮發分低的煤著火溫度高，著火熱多，達到著火所需的時間也長些，著火點離開燃燒器噴口的距離也長些。揮發分高的煤著火是比較容易的這時應注意著火不要太早，以免造成結渣或燒壞燃燒器當燃用無煙煤、貧煤等低揮發分煤時，為了著火迅速，應提高著火區溫度，使高溫煙氣盡可能多回流一些。影響煤粉氣流著火的主要因素1、燃燒性質（2）水分（3）灰分灰分多的煤，著火速度慢，對著火穩定不利，而且燃燒時，灰殼對焦炭核的燃盡起阻礙作用，所以不易燒透。水分大的煤，著火熱多，降低了爐內煙氣溫度，對著火顯然是不利的。爐內煙氣溫度低，也不利于燃燒化學反應的進行，影響煤粉迅速完全燃燒。影響煤粉氣流著火的主要因素2、一次風溫采用高溫預熱空氣作為一次風來輸送煤粉，由于提高了煤粉氣流的初溫，減少了煤粉氣流達到著火溫度所需的著火熱，從而使著火時間縮短。因此在燃用無煙煤、劣質煤和某些貧煤時，廣泛采用熱風送粉。影響煤粉氣流著火的主要因素3、一次風量和風速（1）一次風量對著火燃燒影響增大一次風量，相應地增大了著火熱，對著火不利。減小一次風量，會使著火熱顯著降低，從而加快著火。但一次風量過低，影響揮發分的著火燃燒，阻礙著火的繼續擴展。影響煤粉氣流著火的主要因素3、一次風量和風速（2）對一次風量的要求如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應首先考慮輸送煤粉的需要。

能滿足輸送煤粉的需要滿足煤粉中揮發分著火燃燒所需的氧量影響煤粉氣流著火的主要因素3、一次風量和風速（3）一次風率一次風量的大小是用一次風率來表示，是指一次風量占爐膛出口相應總風量的百分數。表

各種煤的一次風率推薦值煤種無煙煤貧煤煙煤褐煤干燥無灰基揮發分（%）＜1010~2020~40＞40一次風率（%）15~2020~2525~4540~45影響煤粉氣流著火的主要因素3、一次風量和風速（4）一次風速一次風速過高，必將使著火推遲，致使著火距離拉長而影響整個燃燒過程；而一次風速過低，會造成一次風管堵塞，由于著火提前，還可能燒壞燃燒器。影響煤粉氣流著火的主要因素3、一次風量和風速1確定了一次風量就等于確定了一次風速。一次風速不但決定著火燃燒的穩定性，而且還影響著一次風氣流的剛度。（4）一次風速2一次風速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩定，甚至滅火。。當一次風速過高，大于火焰傳播速度時，就會吹滅火焰或者引起“脫火”。3當然，一次風速過低，對穩定燃燒和防止結渣也是不利的。影響煤粉氣流著火的主要因素4、著火區的溫度水平

01020403回流煙氣對流加熱衛燃帶，提高著火區的溫度鍋爐負荷負荷越低，爐溫越低固態排渣爐一般規定最低負荷，在最低負荷以下運行應采取穩燃措施。影響煤粉氣流著火的主要因素5、煤粉氣流的著火周界面煤粉氣流與煙氣的接觸周界面愈大，傳熱量愈多，著火愈快。為此，常通過燃燒器將煤粉氣流分割為若干小股，或使氣流旋轉擴散，以增大著火周界面。燃燒中心區的混合燃燒中心區的混合強化燃燒過程：加強氧的擴散混合不得降低爐溫放出大量的熱，爐溫迅速升高，火焰中心的溫度可達1500—1600℃。及時供應二次風加強一、二次風的混合煤粉氣流著火后：燃燒速度快。一次風中的氧很快耗盡，碳粒表面缺氧限制了燃燒過程的發展。強化燃燒基本途徑大部分煤粉處于過渡燃燒工況。燃燒中心區的混合對二次風要求及時混入，不能過早或過晚分期分批的供應高風速，與一次風保持一定的速度比空氣與煤粉的相對速度很小，混合條件不理想推薦的二次風速見表212345燃燒中心區的混合對二次風要求

表2一次風速和二次風速的推薦值（m/s）燃燒器的型式及風速無煙煤貧煤煙煤旋流式燃燒器一次風二次風12~1615~2216~2020~2520~2530~40直流式燃燒器一次風二次風20~2545~5520~2545~5525~3540~55三次風50~6050~60燃燒中心區的混合二次風量當燃用的煤質一定時，一次風量就被確定了，這時二次風量隨之確定。二次風速只隨二次風量變化。鍋爐運行中，重要的問題是如何根據煤質和燃燒器的結構特性以最佳方式投入二次風。燃燒中心區的混合配風方式在燃用煙煤及煙煤類混煤時，宜采用均勻配風方式；在燃用無煙煤、貧煤時，“倒塔型”配風方式的著火穩定性和燃燒效率比較高。

正塔型指二次風量

自下而上依次遞減；

倒塔型則相反；

腰鼓型指兩頭小，

中間大，即上、下二

次風量小，而中間二

次風量大。采用“腰鼓型”配風方式燃燒效率高。燃燒中心區的混合配風方式對燃燒影響“正塔型”配風能托起顆粒較粗的煤粉，防止煤粉離析，有效降低爐渣含碳量。進一步影響過熱汽溫與再熱汽溫。運行人員可根據煤質和燃燒設備本身的條件，在運行中不斷摸索經驗、合理組織燃燒器的配風，以適應運行煤質多變的需要。配風方式的影響影響燃燒穩定性和燃燒效率；關系到結渣、火焰中心高度的變化、爐膛出口煙溫的控制；燃燒中心區的混合二次風溫二次風溫愈高，愈能強化燃燒，并能在低負荷運行時增強著火的穩定性。二次風溫受到空氣預熱器傳熱面積的限制。表3熱風溫度推薦值煤種無煙煤貧煤、劣質煙煤煙煤褐煤熱風干燥煙氣干燥熱風溫度（℃）380~450330~380280~350350~380300~350燃盡區的強化燃盡區的強化大部分煤粉在燃燒中心區燃盡，剩下少量粗碳粒在燃盡區繼續燃燒。為了提高燃燒過程的完全程度，減少q4損失，強化燃盡過程是非常重要的。燃燒速度相當緩慢，燃盡過程延續很長，占據了爐膛空間很大部分。燃盡區的強化燃盡區的強化燃盡區的強化主要靠延長可燃物在爐內停留時間τ來保證。選擇適當的爐膛容積及火炬長度強化著火與中心區的燃燒改善火焰在爐內充滿程度火焰充滿程度：火焰所占容積與爐膛幾何容積之比。充滿程度愈高，爐膛的有效容積愈大，可燃物在爐內實際停留時間愈長。實踐證明火焰并未充滿整個爐膛。

強化燃盡措施010203燃盡區的強化保證煤粉細度，提高煤粉均勻度。細而均勻的煤粉，使q4損失減小。燃燒過程的強化，很大程度依靠燃燒設備合理的結構與布置來實現。04措施燃盡是關鍵燃燒是主體著火是前提強化煤粉氣流燃燒的各項措施強化煤粉氣流燃燒的各項措施在燒無煙煤時，熱風溫度高達400℃左右。有助于減少煤粉氣流所需的著火熱，以加速煤粉的著火。一次風率應根據煤種適當控制。強化煤粉氣流燃燒的各種措施提高熱風溫度提高一次風溫、限制一次風量措施0102強化煤粉氣流燃燒的各項措施強化煤粉氣流燃燒的各種措施選擇適當的氣流速度合理送入二次風在著火區保持高溫選擇適當的煤粉細度最適宜的一、二次風速二次風混入一次風的時間要合適。最好能按燃燒區域的需要分期分批送入。措施03040605強化煤粉氣流燃燒的各項措施強化煤粉氣流燃燒的各種措施從燃燒器的結構、布置和運行上，改善火焰在爐內的充滿度，增加煤粉在爐內的停留時間。合理組織爐內空氣動力工況在強化著火階段的同時必須強化燃燒階段本身在燃燒中心，燃燒可能在擴散區進行在燃盡區（溫度低），燃燒可能在動力區進行對燃燒中心地帶，應設法加強混合對火炬尾部地帶，應維持高溫。措施0708煤粉制備及燃燒過程分析任務9.1燃燒基本概念氧的擴散速度及其影響因素01燃燒速度與燃燒區域0201氧的擴散速度及其影響因素多相燃燒速度氧的擴散速度及其影響因素既取決于又取決于炭粒表面上進行的燃燒化學反應情況，即化學反應速度氧向炭粒表面的擴散混合情況，即擴散速度氧的擴散速度及其影響因素擴散速度是指單位時間擴散到單位炭粒表面的氧量，該速度可由下式確定：氧的擴散速度及其影響因素均可增加擴散速度，強化氧向炭邊表面的擴散過程增大炭粒與氣流的相對速度或減小炭粒直徑（即減小煤粉細度）由上式可知02燃燒速度與燃燒區域燃燒速度與燃燒區域由上可知，燃燒速度的快慢，既受化學