第六章燃燒過程的基本理論

1、第六章燃燒過程的基本理論1. 阿累尼烏斯定律：k kexp（ E/RT）ko頻率因子，表征反應(yīng)物質(zhì)分子碰撞的總次數(shù)；E活化能，使分子接近和破壞反應(yīng)分子化學(xué)鍵所必須消耗的能量，也就是發(fā)生反應(yīng)所需要的能量。不同反應(yīng)的活化能不同，且正反應(yīng)和逆反應(yīng)的活化能也是不同的；T熱力學(xué)溫度，K;R通用氣體常數(shù)，。2. 煤燃燒過程的四個階段：1）預(yù)熱干燥階段：水分蒸發(fā)，吸熱過程，溫度200 C300 C；3）燃燒階段：揮發(fā)分和焦炭的燃燒，大量放熱，溫度急劇上升；4）燃燼階段：焦炭燃盡成灰渣。3. 碳的多相燃燒過程：1）參與燃燒反應(yīng)的氣體分子（氧）向碳粒表面的轉(zhuǎn)移與擴散；2）氣體分子（氧）被吸附在碳粒表面上；3）被

2、吸附的氣體分子（氧）在碳表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成燃燒產(chǎn)物；4）燃燒產(chǎn)物從碳表面上解吸附；5）燃燒產(chǎn)物離開碳表面，擴散到周圍環(huán)境中。吸附與解吸附最快； 擴散與化學(xué)反應(yīng)最慢，但最主要。因此，碳的多相燃燒速度決定于氧向碳粒表面的擴散速度和氧與碳粒的化學(xué)反應(yīng)速度中速度最慢的一個。4. 多相燃燒反應(yīng)的燃燒區(qū)域在碳的多相燃燒中，多相化學(xué)反應(yīng)速度，用氣相O消耗速度W1表示化學(xué)反應(yīng)速度：Wi kCf燃燒化學(xué)反應(yīng)速度也可用氧向碳粒表面擴散速度表示:w2C0 Cf式中：Cf 碳粒表面上氧的濃度，kg/m2； C0周圍介質(zhì)中氧的濃度，kg/m 2；k 化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)；3 散速度常數(shù)。燃燒過程穩(wěn)定時，氧氣擴散速度等

3、于氧氣消耗速度：w1 = w2 = wk經(jīng)推到：wC0 knC0k1）動力燃燒區(qū)域:在燃燒過程中，當(dāng)燃燒反應(yīng)溫度不高時， 化學(xué)反應(yīng)速度不快，此時氧的供應(yīng)速度遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)中氧的消耗速度，亦即擴散能力遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)能力，即3 k。這時燃燒工況所處區(qū)域稱為動力燃燒區(qū)域。特征及措施： 碳粒表面氧濃度基本上等于周圍介質(zhì)中氧濃度：Cf = Co 燃燒反應(yīng)速度 w = kC0 燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)速度，與擴散速度無關(guān)； 燃燒溫度不高，提高溫度是強化燃燒的有效措施。2）擴散燃燒區(qū)域:如果影響燃燒過程進(jìn)行速度的主要因素是擴散，也就是說，此時燃燒反應(yīng)的溫度已經(jīng)很高， 化學(xué)反應(yīng)能力遠(yuǎn)大于擴散能力，即k 時，

4、這時的燃燒區(qū)域稱為擴散燃燒區(qū)域。特征及措施： 碳粒表面氧濃度基本上等于零：Cf = 0 燃燒反應(yīng)速度w = 3C0 燃燒反應(yīng)速度決定于擴散速度， 反應(yīng)速度常數(shù)與 T無關(guān)，燃燒反應(yīng)速度與 T關(guān)系不大， 強化措施T3,加大風(fēng)速，加強碳粒與氧的擾動混合。 燃燒溫度很高， 環(huán)境溫度3）過渡燃燒區(qū)域：實際情況大部分是該區(qū)域，T話中。提高溫度 &加大風(fēng)速，加強碳粒與氧的擾動混合同樣重要。4）判斷：Cf /Co，謝苗諾夫準(zhǔn)則：3 /k= SM；上述三種不同的燃燒區(qū)域并不是固定不變的，而是隨著外界條件的變化而相互轉(zhuǎn)移。（散熱和放熱）而變;x（7 一 r）制粉干燥去 一掉的水分2510 + cq(7；h-00)

5、-仏叫2510 +也一 10()tllT5. 放熱量Qi與散熱量Q2隨溫度變化曲線1點：穩(wěn)定的低溫緩慢氧化狀態(tài)2點：熱力著火點（不穩(wěn)定狀態(tài)）3點：高溫燃燒狀態(tài)4點：熱力熄火點5點：低溫緩慢氧化狀態(tài)點穩(wěn)定著火條件：Qi Q2四些dT dT一般熄火溫度Txh大于著火溫度Tzh；熄火點和著火點隨反應(yīng)系統(tǒng)的熱力條件各種實驗方法所測得的著火溫度值的出入較大，相同測試條件下，不同燃料的著火、 熄火溫度不同；對同一燃料，不同的測試條件也有不同，過分強調(diào)著火溫度意義不大；對煤：反應(yīng)能力越強（揮發(fā)分Vdaf越高，焦炭活化能越?。┑拿?，著火點低，容易著火，也易燃燼。反應(yīng)能力弱的無煙煤著火溫度高，也難燃燼。加快著火

6、的措施：加強放熱、減少散熱。散熱不變時，提高可燃物初溫，增加可燃物濃 度和壓力，使放熱強化，如濃淡燃燒器穩(wěn)燃；放熱不變時，可降低氣流速度、燃燒室保 溫等措施，如增加衛(wèi)燃帶等。6. 著火熱：把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量稱為著火熱。需要加熱：煤粉、空氣（一次風(fēng)卜煤粉中水分的蒸發(fā)和過熱。-芬鳳壬贊、looloo-Ar 宀 7100水分過熱水分蒸發(fā)Br 燃料消耗量，kg/h ; Vo 理論空氣量，Nm3/kg ;a 1 過量空氣系數(shù)；門 一次風(fēng)比例；cik 一次風(fēng)比熱，J/; q4 機械不完全燃燒熱損失，cd 煤干燥基比熱，J/； Ma 煤收到基水分，；Tzh著火溫度，K； To 煤粉一次風(fēng)初溫

7、，K；Cq 蒸汽比熱容，J/； Mmf 煤粉的水分，著火熱的來源：對流換熱一煤粉氣流卷吸回來的高溫回流煙氣（包括內(nèi)回流及外回流），這部分熱煙氣和新噴入的煤粉空氣強烈混合，將熱量以對流方式迅速傳遞給新燃料，約占總著火熱的70-90%;輻射換熱一火焰、煙氣、爐墻對煤粉氣流形成輻射傳熱，占10-30%。7. 煤粉氣流著火影響因素1）燃料性質(zhì)a）揮發(fā)分：影響最大，Vdaf增加，著火溫度點下降；（著火過程主要取決于煤中可燃基揮發(fā)分的大小，而燃盡過程主要取決于焦碳的燃燒速度。煤粉氣流的著火位置： 200 300 mm，不大于500mm著火太遲：火焰中心上移，造成爐膛上部結(jié)渣，汽溫偏高，q3, q4增加著火

8、太早：燒壞燃燒器，燃燒器附近結(jié)渣）b）原煤水分：水分增加，著火熱增加，爐內(nèi)溫度水平下降，理論燃燒溫度下降。c）原煤灰分：灰分要吸熱，還會使熱值降低，爐內(nèi)溫度水平下降，著火推遲，影 響穩(wěn)定性。d）煤粉細(xì)度：煤粉越細(xì)，燃燒反應(yīng)表面積越大，煤粉升溫速度加快著火更快更容易；煤粉氣流相對速度加快，擴散反應(yīng)加快；2）爐內(nèi)散熱條件a）在燃燒器區(qū)域增加衛(wèi)燃帶（燃燒帶）b）改善保溫條件3）煤粉氣流的初溫：提高初溫可減少著火熱。4）一次風(fēng)量和一次風(fēng)速增加，相應(yīng)增大著火熱，著火延遲一次風(fēng)量， （風(fēng)速減少“著火熱顯著降低I燃燒初期供氧不足，影響燃燒反應(yīng)速度，阻礙著火撚燒放佳值 要滿足送粉要求，不能堵管一次風(fēng)速：過高，

9、降低煤粉氣流加熱速度，影響著火，著火延長；過低，燃燒器噴 口燒壞，煤粉堵塞。有一個合理的選擇。一次風(fēng)溫：低揮發(fā)分煤，越高越好；高揮發(fā)分煤，不能太高，防止燒噴口。5）燃燒器結(jié)構(gòu)特性a）主要是指一、二次風(fēng)混合的情況：二次風(fēng)混入一次風(fēng)的位置要合適混合過早，增加冷風(fēng)，增加著火熱，會推遲著火；混合過遲，焦炭著火后不能及時 燃燒，使整個燃燒過程延長。對高揮發(fā)分煤，早混入，否則影響燃燒效率；對低揮發(fā)分煤，遲混入，否則會影響 著火燃燒穩(wěn)定性。二次風(fēng)速要較高：增強對煤粉的擾動和擴散,加快后期混合過程和強度。般控制動量比J2/J1 = 2-4b）燃燒器的尺寸：燃燒器出口截面積愈大,煤粉氣流著火時離開噴嘴的距離就愈

10、遠(yuǎn)，著火拉長了。6）鍋爐負(fù)荷：鍋爐負(fù)荷與爐內(nèi)火焰溫度直接相關(guān),負(fù)荷降低，爐內(nèi)燃燒火焰溫度下降。8. 燃燒完全的條件1）供應(yīng)充足而又適量的空氣這是燃料完全燃燒的必要條件?？諝饬砍Ｓ眠^量空氣系數(shù)來表示，過量空氣系數(shù)有個最佳值。2）適當(dāng)高的爐溫爐溫高，著火快，燃燒速度快，燃燒易于趨向完全。但過分地提高爐溫也是不可 取的，過高容易引起結(jié)渣等。3）空氣和煤粉的良好擾動和混合化學(xué)反應(yīng)速度和氧氣擴散速度是決定燃燒反應(yīng)速度的兩大因素。良好的擾動和混合，氧氣更快擴散到煤粒表面，一、二次風(fēng)配合好，不僅著火階段充分混合，燃盡階段也有利。4) 在爐內(nèi)要有足夠的停留時間煤粉自燃燒器出口一直到爐膛出口行程所經(jīng)歷的時間。取

11、決于爐膛容積、爐膛截面積、爐膛高度及煙氣在爐內(nèi)的流動速度。在鍋爐設(shè)計時確定。質(zhì)量作用定律：在溫度不變時，化學(xué)反應(yīng)速率與該瞬間各反應(yīng)物濃度幕的乘積成正比。各反應(yīng)物濃度的幕指數(shù)等于其相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)。w kcAcBb一次風(fēng)：輸送煤粉進(jìn)入爐膛的風(fēng)(首先與燃料接觸的風(fēng))。作用：輸送煤粉；保證揮發(fā)分燃燒所需的氧氣。二次風(fēng)：直接進(jìn)入爐膛助燃的風(fēng)。作用：滿足焦炭燃燒所需的氧氣；組織風(fēng)粉進(jìn)行擴散混合。三次風(fēng)：除一次風(fēng)、二次分外的送入爐膛的風(fēng)。類型和作用：中儲式熱風(fēng)送粉中的乏氣；抑制氮氧化物的生成，分級送風(fēng)：燃盡風(fēng)(OFA SOFA等)；沿爐壁送入，保護(hù)水冷壁防止結(jié)渣和高溫腐蝕；控制火焰中心溫度，協(xié)助調(diào)節(jié)汽溫。燃燒效率可用下式表示：r = 100-(q3 + q4), %g = 100-(q2 + q3 + q4 + q5 + q6)，%q2排煙熱損失，%； q3化學(xué)不完全燃燒熱損失，%； q4機械不完全燃燒熱損失，%；q5鍋爐散熱損失，%； q6其他熱損失，%劣質(zhì)煤強化著火措施一、無煙煤著火和穩(wěn)燃問題增強高溫?zé)煔獾幕亓鳎?提高著火區(qū)溫度；提高一次風(fēng)中的煤粉濃度和熱風(fēng)溫度；采用分級配風(fēng)(一次風(fēng)集中)，推遲一、二次風(fēng)混合；敷設(shè)衛(wèi)燃帶