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：k0頻率因子，表征反應物質分子碰撞的總次數(shù)；E活化能，使分子接近和破壞反應分子化學鍵所必須消耗的能量，也就是發(fā)生反應所需要的能量。不同反應的活化能不同，且正反應和逆反應的活化能也是不同的；T熱力學溫度，K；R通用氣體常數(shù)，8.31kJ/(Kmol.K)。2. 煤燃燒過程的四個階段：1) 預熱干燥階段：水分蒸發(fā)，吸熱過程，溫度<200；2) 揮發(fā)分析出并著火階段：高分子碳氫化合物吸熱，熱分解，分解出一種混合可燃氣體，及揮發(fā)分。揮發(fā)分一經析出，便馬上著火，開始放熱，溫度>200300；3) 燃燒階段：揮發(fā)分和焦炭的燃燒，大量放熱，溫度急劇

2、上升；4) 燃燼階段：焦炭燃盡成灰渣。3. 碳的多相燃燒過程：1) 參與燃燒反應的氣體分子(氧)向碳粒表面的轉移與擴散；2) 氣體分子(氧)被吸附在碳粒表面上；3) 被吸附的氣體分子(氧)在碳表面上發(fā)生化學反應，生成燃燒產物；4) 燃燒產物從碳表面上解吸附；5) 燃燒產物離開碳表面，擴散到周圍環(huán)境中。吸附與解吸附最快；擴散與化學反應最慢，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反應速度中速度最慢的一個。4. 多相燃燒反應的燃燒區(qū)域在碳的多相燃燒中，多相化學反應速度，用氣相O2消耗速度w1表示化學反應速度：燃燒化學反應速度也可用氧向碳粒表面擴散速度表示：式中：

3、 碳粒表面上氧的濃度，kg/m2； 周圍介質中氧的濃度， kg/m2； k 化學反應速度常數(shù)； 擴散速度常數(shù)。燃燒過程穩(wěn)定時，氧氣擴散速度等于氧氣消耗速度： w1 = w2 = w經推到：1) 動力燃燒區(qū)域：在燃燒過程中，當燃燒反應溫度不高時，化學反應速度不快，此時氧的供應速度遠大于化學反應中氧的消耗速度，亦即擴散能力遠大于化學反應能力，即 >> 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中氧濃度： = 燃燒反應速度w = k 燃燒反應速度決定于化學反應速度，與擴散速度無關； 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)

4、域：如果影響燃燒過程進行速度的主要因素是擴散，也就是說，此時燃燒反應的溫度已經很高，化學反應能力遠大于擴散能力，即k >> 時，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： = 0燃燒反應速度w = 燃燒反應速度決定于擴散速度，反應速度常數(shù)與T無關，燃燒反應速度與T關系不大，強化措施，加大風速，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適中。提高溫度&加大風速，加強碳粒與氧的擾動混合同樣重要。4) 判斷： /，謝苗諾夫準則： /k = SM；上述三種不同的燃燒區(qū)域并不是固定不變的，

5、而是隨著外界條件的變化而相互轉移。5. 放熱量Q1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： Ø 一般熄火溫度Txh大于著火溫度Tzh；Ø 熄火點和著火點隨反應系統(tǒng)的熱力條件(散熱和放熱)而變；Ø 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，過分強調著火溫度意義不大；Ø 對煤：反應能力越強（揮發(fā)分Vdaf越高，焦炭活化能越?。┑拿海瘘c低，容易著火，也易燃燼。反

6、應能力弱的無煙煤著火溫度高，也難燃燼。Ø 加快著火的措施：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)、煤粉中水分的蒸發(fā)和過熱。Br 燃料消耗量，kg/h； V0 理論空氣量，Nm3/kg；1 過量空氣系數(shù)； r1 一次風比例；c1k 一次風比熱，J/(Kg.K)； q4 機械不完全燃燒熱損失，cd 煤干燥基比熱，J/(Kg.K)； Mar 煤收到基水分，；Tzh 著火溫度，K；

7、 T0 煤粉一次風初溫，K；cq 蒸汽比熱容，J/(Kg.K)； Mmf 煤粉的水分，著火熱的來源：Ø 對流換熱煤粉氣流卷吸回來的高溫回流煙氣(包括內回流及外回流)，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%；Ø 輻射換熱火焰、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：200300 mm，不大于500mm著火太遲：火焰

8、中心上移，造成爐膛上部結渣，汽溫偏高，q3，q4增加著火太早：燒壞燃燒器，燃燒器附近結渣）b) 原煤水分：水分增加，著火熱增加，爐內溫度水平下降，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，爐內溫度水平下降，著火推遲，影響穩(wěn)定性。d) 煤粉細度：煤粉越細，燃燒反應表面積越大，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，擴散反應加快；2) 爐內散熱條件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) 一次風量和一次風速一次風速：過高，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

9、合理的選擇。一次風溫：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) 燃燒器結構特性a) 主要是指一、二次風混合的情況：二次風混入一次風的位置要合適混合過早，增加冷風，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。一般控制動量比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遠，著火拉長了。6) 鍋爐負荷：鍋爐負荷與爐內火焰溫度直接相關，負荷降低，爐內

10、燃燒火焰溫度下降。8. 燃燒完全的條件1) 供應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，過高容易引起結渣等。3) 空氣和煤粉的良好擾動和混合 化學反應速度和氧氣擴散速度是決定燃燒反應速度的兩大因素。良好的擾動和混合，氧氣更快擴散到煤粒表面，一、二次風配合好，不僅著火階段充分混合，燃盡階段也有利。4) 在爐內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歷的時間。取決于爐膛容積、爐膛截面積、爐膛高度及煙氣在爐內的流動速度。在鍋爐

11、設計時確定。Ø 質量作用定律：在溫度不變時，化學反應速率與該瞬間各反應物濃度冪的乘積成正比。各反應物濃度的冪指數(shù)等于其相應的化學計量系數(shù)。Ø 一次風：輸送煤粉進入爐膛的風（首先與燃料接觸的風）。作用：輸送煤粉；保證揮發(fā)分燃燒所需的氧氣。Ø 二次風：直接進入爐膛助燃的風。作用： 滿足焦炭燃燒所需的氧氣； 組織風粉進行擴散混合。Ø 三次風：除一次風、二次分外的送入爐膛的風。類型和作用：中儲式熱風送粉中的乏氣；抑制氮氧化物的生成，分級送風：燃盡風(OFA、SOFA等)；沿爐壁送入，保護水冷壁防止結渣和高溫腐蝕；控制火焰中心溫度，協(xié)助調節(jié)汽溫。Ø 燃燒效率可用下式表示： h hr = 100-(q3 + q4)，% hhg = 100-(q2 + q3 + q4 + q5 + q6)，%q2排煙熱損失，%；q3化學不完全燃燒熱損失，%；q4機械不完全燃燒熱損失，%；q5鍋爐散熱損失，%；q6其他熱損失，%Ø 劣質煤強化著火措施一、無煙煤著火和穩(wěn)燃問題增強高溫煙氣的回流，提高著火區(qū)溫度；提高一次風中的煤粉濃度和熱風溫度；采用分級配風(一次風集中)，推遲一、二