第4章 燃燒過程的理論基礎(chǔ)=鍋爐原理 =華中科技大學(xué)

1、第四章燃燒過程的理論基礎(chǔ)第四章燃燒過程的理論基礎(chǔ)n化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度影響反應(yīng)速度的因素化學(xué)反應(yīng)速度影響反應(yīng)速度的因素n固體燃料的燃燒固體燃料的燃燒 煤燃燒的四個階段煤燃燒的四個階段 焦炭的燃燒焦炭的燃燒 煤和煤粉的燃燒特點煤和煤粉的燃燒特點n煤粉氣流的著火與燃燒煤粉氣流的著火與燃燒 著火與熄火的熱力條件著火與熄火的熱力條件 煤粉氣流著火熱源煤粉氣流著火熱源 煤粉氣流的著火及影響因素煤粉氣流的著火及影響因素 完全燃燒條件完全燃燒條件 燃燒反應(yīng)是一種發(fā)光放熱的高速化學(xué)反應(yīng)，同時伴隨燃燒反應(yīng)是一種發(fā)光放熱的高速化學(xué)反應(yīng)，同時伴隨各種物理過程各種物理過程均相燃燒均相燃燒 燃料和氧化劑

2、物態(tài)相同，如氣體燃料在空氣中燃燒燃料和氧化劑物態(tài)相同，如氣體燃料在空氣中燃燒多相燃燒多相燃燒 燃料和氧化劑物態(tài)不同，如固體燃料在空氣中燃燒燃料和氧化劑物態(tài)不同，如固體燃料在空氣中燃燒 化化 學(xué)學(xué) 反反 應(yīng)應(yīng) 速速 度度化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度 在反應(yīng)系統(tǒng)單位體積中物質(zhì)（反應(yīng)物或生成物）濃度在反應(yīng)系統(tǒng)單位體積中物質(zhì)（反應(yīng)物或生成物）濃度的變化率，單位是的變化率，單位是mol /（cm3s） 對于反應(yīng)式對于反應(yīng)式 A B G H 反應(yīng)速度為反應(yīng)速度為 C CA A、C CB B、C CG G、C CH H 分別為反應(yīng)物分別為反應(yīng)物A A、B B和生成物和生成物G G、H H的濃度，的濃度，mol/

3、cmmol/cm3 3 、 分別為相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)分別為相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù))14(dtdC1dtdC1dtdC1dtdC1wHGBA 均相反應(yīng)質(zhì)量作用定律均相反應(yīng)質(zhì)量作用定律 質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律 反映濃度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響反映濃度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響 對于均相反應(yīng)，在一定溫度下，對于均相反應(yīng)，在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度與參加反應(yīng)各反化學(xué)反應(yīng)速度與參加反應(yīng)各反應(yīng)物濃度乘積成正比，各反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)等于其相應(yīng)的化學(xué)計應(yīng)物濃度乘積成正比，各反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)等于其相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)量系數(shù) 對反應(yīng)對反應(yīng) A A B B G G H H 質(zhì)量作用定律可用下式表示質(zhì)量作用定律可用下式表示 式中

4、：式中：k k 為反應(yīng)速度常數(shù)，表示單位物質(zhì)濃度時的反應(yīng)速度為反應(yīng)速度常數(shù)，表示單位物質(zhì)濃度時的反應(yīng)速度)34(CkCwBA 在溫度不變的情況下，反應(yīng)物的濃度越高，分子的碰撞機會越多，在溫度不變的情況下，反應(yīng)物的濃度越高，分子的碰撞機會越多，化學(xué)反應(yīng)速度就越快。化學(xué)反應(yīng)速度就越快。多相反應(yīng)質(zhì)量作用定律多相反應(yīng)質(zhì)量作用定律 多相燃燒反應(yīng)多相燃燒反應(yīng)在固體表面進(jìn)行，固體燃料濃度不變（在固體表面進(jìn)行，固體燃料濃度不變（CA=常數(shù)常數(shù)），故多相反應(yīng)速度），故多相反應(yīng)速度w是指在單位時間、單位表面上反應(yīng)是指在單位時間、單位表面上反應(yīng)物（氣相）濃度的變化率物（氣相）濃度的變化率 式中式中 f fA A單位

5、容積單位容積兩相混合物中固相物質(zhì)的表面積；兩相混合物中固相物質(zhì)的表面積； C CB B氣相反應(yīng)物質(zhì)的濃度氣相反應(yīng)物質(zhì)的濃度 BABCkfdtdCw阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律 阿氏定律阿氏定律 反映溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響反映溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響 反應(yīng)物濃度不變時，反應(yīng)物濃度不變時，反應(yīng)速度常數(shù)反應(yīng)速度常數(shù)k k 隨溫度變化的關(guān)系隨溫度變化的關(guān)系 式中式中 k k0 0頻率因子，近似為一常數(shù)頻率因子，近似為一常數(shù) R R、T T、 E E 通用氣體常數(shù)、熱力學(xué)溫度、活化能通用氣體常數(shù)、熱力學(xué)溫度、活化能 )44(ekkRTE0 活化能活化能 E E 能夠破壞原有化學(xué)鍵并建立新化學(xué)鍵所必須消

6、耗的能量，能夠破壞原有化學(xué)鍵并建立新化學(xué)鍵所必須消耗的能量，具有活化能的分子為活化分子?；罨芫哂谢罨艿姆肿訛榛罨肿??；罨?E E與反應(yīng)物種類有關(guān)，揮發(fā)分與反應(yīng)物種類有關(guān)，揮發(fā)分含量小的煤，含量小的煤，E E大大 在一定的溫度下，活化能在一定的溫度下，活化能 E E越大，則反應(yīng)速度常數(shù)越大，則反應(yīng)速度常數(shù) k k值越小，反值越小，反應(yīng)速率越??；而在一定的活化能應(yīng)速率越??；而在一定的活化能 E E下，溫度越高，則反應(yīng)速度常數(shù)下，溫度越高，則反應(yīng)速度常數(shù)k k值值越大，反應(yīng)速率越大越大，反應(yīng)速率越大壓力對反應(yīng)速度的影響壓力對反應(yīng)速度的影響 在反應(yīng)容積不變的情況下，在反應(yīng)容積不變的情況下，反應(yīng)

7、系統(tǒng)壓力增高，反應(yīng)系統(tǒng)壓力增高，就意味著反應(yīng)物濃度增加，化學(xué)反應(yīng)速度增加就意味著反應(yīng)物濃度增加，化學(xué)反應(yīng)速度增加 ) 64(pwn 煤燃燒過程的四個階段煤燃燒過程的四個階段 預(yù)熱干燥預(yù)熱干燥 煤被加熱至煤被加熱至100100左右，煤粒表面及煤?？p隙間的水被逐漸左右，煤粒表面及煤?？p隙間的水被逐漸蒸發(fā)出來。蒸發(fā)出來。大量吸熱大量吸熱 揮發(fā)份析出并著火揮發(fā)份析出并著火 溫度升至一定值，煤中揮發(fā)分析出，同時生成焦溫度升至一定值，煤中揮發(fā)分析出，同時生成焦碳（固定碳）。揮發(fā)分的釋放量及成分主要取決于升溫速度。不同的煤，碳（固定碳）。揮發(fā)分的釋放量及成分主要取決于升溫速度。不同的煤，開始析出揮發(fā)分的溫度

8、不同，達(dá)到一定溫度，析出的揮發(fā)分就著火、燃燒。開始析出揮發(fā)分的溫度不同，達(dá)到一定溫度，析出的揮發(fā)分就著火、燃燒。對應(yīng)的溫度稱煤的著火溫度，不同煤的著火溫度不同。對應(yīng)的溫度稱煤的著火溫度，不同煤的著火溫度不同。少量吸熱少量吸熱 燃燒燃燒 揮發(fā)份揮發(fā)份首先首先燃燒造成高溫，包圍焦炭的揮發(fā)分基本燒完且燃燒燃燒造成高溫，包圍焦炭的揮發(fā)分基本燒完且燃燒產(chǎn)物離析后，碳開始著火、燃燒。產(chǎn)物離析后，碳開始著火、燃燒。大量放熱大量放熱 燃盡燃盡 殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。少量放熱少量放熱 上述各階段實際是交叉進(jìn)行的；其中著火和燃盡是最重要的兩個階上述各階段實際是交叉進(jìn)行的；其中

9、著火和燃盡是最重要的兩個階段，著火是前提，燃盡放熱是目的段，著火是前提，燃盡放熱是目的 焦碳的燃燒反應(yīng)焦碳的燃燒反應(yīng) 附加反應(yīng)附加反應(yīng) C C 及及 C O C O 與空氣中的水蒸汽產(chǎn)生的反應(yīng)與空氣中的水蒸汽產(chǎn)生的反應(yīng) C + HC + H2 2 O C O + HO C O + H2 2 C + 2 H C + 2 H2 2 O C OO C O2 2 + 2 H+ 2 H2 2 CO + H CO + H2 2O C OO C O2 2 + H + H2 2 一次反應(yīng)一次反應(yīng) 在一定溫度下，碳和氧的化學(xué)反應(yīng)可能有兩種在一定溫度下，碳和氧的化學(xué)反應(yīng)可能有兩種 C + OC + O2 2 C

10、O C O2 2 C + OC + O2 2 C O C O 21 二次反應(yīng)二次反應(yīng) 一次反應(yīng)的生成物一次反應(yīng)的生成物COCO2 2、COCO與初始反應(yīng)物碳和氧與初始反應(yīng)物碳和氧 再次發(fā)生反應(yīng)再次發(fā)生反應(yīng) C + C OC + C O2 2 2 C O 2 C O C O + OC O + O2 2 C O C O2 2 21焦碳燃燒的動力學(xué)特性焦碳燃燒的動力學(xué)特性 氧氣從外界擴散到炭粒周圍，氧氣從外界擴散到炭粒周圍，氧氣通過灰氧氣通過灰殼的阻力，到達(dá)炭粒的表面；殼的阻力，到達(dá)炭粒的表面； 氧氣吸附在炭粒表面；氧氣吸附在炭粒表面； 高溫下，炭粒和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，高溫下，炭粒和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生

11、成生成CO2和和CO，同時不可燃物生成灰渣（灰殼的，同時不可燃物生成灰渣（灰殼的一部分）；一部分）；焦碳燃燒按下述程序進(jìn)行焦碳燃燒按下述程序進(jìn)行 燃燒產(chǎn)物（燃燒產(chǎn)物（CO2和和CO）從炭粒表面上解吸析；）從炭粒表面上解吸析； 燃燒產(chǎn)物通過灰殼阻力向外擴散，燃燒產(chǎn)物通過灰殼阻力向外擴散，其中其中CO2直直接擴散在周圍空氣中，接擴散在周圍空氣中， CO在擴散過程中遇氧氣又在擴散過程中遇氧氣又變成變成CO2 ，然后再向遠(yuǎn)處空氣中擴散，然后再向遠(yuǎn)處空氣中擴散焦碳燃燒的動力學(xué)特性焦碳燃燒的動力學(xué)特性 焦碳的燃燒反應(yīng)速度的影響因素焦碳的燃燒反應(yīng)速度的影響因素可以是化學(xué)的可以是化學(xué)的（反應(yīng)物的吸附作用、化學(xué)

12、反應(yīng)本身、或生成物的（反應(yīng)物的吸附作用、化學(xué)反應(yīng)本身、或生成物的脫附作用）；也可以是物理擴散的（反應(yīng)物或生成脫附作用）；也可以是物理擴散的（反應(yīng)物或生成物向容積氣相或顆粒氣孔內(nèi)的氣相的擴散）物向容積氣相或顆粒氣孔內(nèi)的氣相的擴散） 焦碳的燃燒反應(yīng)速度焦碳的燃燒反應(yīng)速度取決于上述連續(xù)過程中最慢取決于上述連續(xù)過程中最慢的某一個階段的某一個階段: 氧向碳粒表面的擴散或在碳表面發(fā)氧向碳粒表面的擴散或在碳表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)生的化學(xué)反應(yīng)碳的燃燒反應(yīng)速度碳的燃燒反應(yīng)速度 焦碳的燃燒反應(yīng)速度焦碳的燃燒反應(yīng)速度取決于溫度、焦碳顆粒尺寸、氧氣濃度、環(huán)境取決于溫度、焦碳顆粒尺寸、氧氣濃度、環(huán)境壓力和氣體與焦碳顆粒之間

13、的相對速度等壓力和氣體與焦碳顆粒之間的相對速度等 式中：式中：m mp p焦碳顆粒質(zhì)量；焦碳顆粒質(zhì)量； p p焦碳粒顆密度；焦碳粒顆密度； P P 壓力；壓力； 0202氧氣濃度；氧氣濃度； d d 焦碳顆粒的直徑；焦碳顆粒的直徑； k k 焦碳顆粒的反應(yīng)速率常數(shù)焦碳顆粒的反應(yīng)速率常數(shù) )74(Pdkdtdm022Pp 碳的燃燒反應(yīng)速度碳的燃燒反應(yīng)速度 反應(yīng)速度常數(shù)反應(yīng)速度常數(shù)k k 取決于碳粒表面的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)取決于碳粒表面的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)k kC C 和氧的和氧的擴散速度常數(shù)擴散速度常數(shù)k kD D )84(k/1k/11kDC 其中其中 )94()RTEexp(AkPC )104(

14、dRTD37. 2kaD 式中式中 A A 為反應(yīng)前置系數(shù)；為反應(yīng)前置系數(shù)；R R 為通用氣體常數(shù)為通用氣體常數(shù) d d 為碳粒直徑；為碳粒直徑； D D 為氧氣擴散系數(shù)；為氧氣擴散系數(shù)； 為為化學(xué)當(dāng)量因子。若主要產(chǎn)物是化學(xué)當(dāng)量因子。若主要產(chǎn)物是COCO2 2，則，則 等于等于1 1；若主要產(chǎn)物；若主要產(chǎn)物 是是COCO，則，則 等于等于2 2； T TP P、T Ta a 分別為碳粒溫度和邊界層中氣體平均溫度分別為碳粒溫度和邊界層中氣體平均溫度燃燒反應(yīng)區(qū)域燃燒反應(yīng)區(qū)域 動力區(qū)動力區(qū) 燃燒反應(yīng)的溫度不高，燃燒反應(yīng)的溫度不高， k kC C很小，很小， k kD D非常大，焦碳燃燒處于非常大，焦

15、碳燃燒處于化學(xué)動力控制下，化學(xué)動力控制下，反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)k k= =k kC C 燃燒反應(yīng)速度燃燒反應(yīng)速度w w 取決于碳粒表面的化學(xué)反應(yīng)速度取決于碳粒表面的化學(xué)反應(yīng)速度, ,是隨溫度的升高按是隨溫度的升高按指數(shù)增大。指數(shù)增大。 強化燃燒的措施是提高反應(yīng)系統(tǒng)的溫度強化燃燒的措施是提高反應(yīng)系統(tǒng)的溫度 擴散區(qū)擴散區(qū) 燃燒反應(yīng)溫度較高，燃燒反應(yīng)溫度較高， k kC C非常大，非常大， k kD D很小，焦碳燃燒處于擴散很小，焦碳燃燒處于擴散控制下，控制下，反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)k k= =k kD D 燃燒反應(yīng)速度燃燒反應(yīng)速度w w 取決于氧氣向碳粒表面的擴散速度。取決于氧氣向碳粒表面的

16、擴散速度。 強化燃燒的措施強化燃燒的措施是強化擾動，減小煤粉顆粒是強化擾動，減小煤粉顆粒 過渡區(qū)過渡區(qū) 動力區(qū)與擴散區(qū)之間區(qū)域，動力區(qū)與擴散區(qū)之間區(qū)域，強化燃燒的措施是強化燃燒的措施是同時提高爐膛同時提高爐膛溫度和擴散速度溫度和擴散速度根據(jù)燃燒條件的不同，可將多相燃燒分為三種不同的區(qū)域根據(jù)燃燒條件的不同，可將多相燃燒分為三種不同的區(qū)域煤煤 的的 燃燃 燒燒 特特 點點 煤中含有水分煤中含有水分 煤的燃燒過程中，水蒸氣很易和煤的燃燒過程中，水蒸氣很易和C C及及燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物COCO作用，作用，生成生成COCO2 2和和H H2 2，H H2 2再與再與COCO或或COCO2 2反應(yīng)。這種催化

17、作用，使燃燒反應(yīng)更加復(fù)雜反應(yīng)。這種催化作用，使燃燒反應(yīng)更加復(fù)雜并改變化學(xué)反應(yīng)速度并改變化學(xué)反應(yīng)速度 煤中含有揮發(fā)分煤中含有揮發(fā)分 揮發(fā)分對煤的著火燃燒有利；但另一方面，揮發(fā)揮發(fā)分對煤的著火燃燒有利；但另一方面，揮發(fā)分析出燃燒，消耗了大量氧氣，并增加了氧氣向煤粒表面的擴散阻力，分析出燃燒，消耗了大量氧氣，并增加了氧氣向煤粒表面的擴散阻力，使燃燒過程的初期焦碳的燃燒速度下降使燃燒過程的初期焦碳的燃燒速度下降 煤中含有礦物雜質(zhì)煤中含有礦物雜質(zhì) 在燃燒過程會生成灰，灰層包裹著碳粒，會妨礙氧在燃燒過程會生成灰，灰層包裹著碳粒，會妨礙氧向碳粒表面的擴散，或使碳粒反應(yīng)表面減少，使燃燒難以進(jìn)行，燃盡困難向碳粒

18、表面的擴散，或使碳粒反應(yīng)表面減少，使燃燒難以進(jìn)行，燃盡困難 煤是一種多孔性物質(zhì)煤是一種多孔性物質(zhì) 它受熱時產(chǎn)生的水蒸氣和揮發(fā)分，不但向煤粒它受熱時產(chǎn)生的水蒸氣和揮發(fā)分，不但向煤粒表面四周的空間擴散，而且還會向煤粒的內(nèi)部空隙擴散表面四周的空間擴散，而且還會向煤粒的內(nèi)部空隙擴散煤粉的燃燒特點煤粉的燃燒特點 鍋爐燃用煤粉的顆粒很小鍋爐燃用煤粉的顆粒很小（3030100100m m），爐膛溫度又很高，爐膛溫度又很高，煤粉在煤粉在爐膛中的加熱速度可以達(dá)到（爐膛中的加熱速度可以達(dá)到（10104 4/s/s或更高），總的揮發(fā)分釋放時間小或更高），總的揮發(fā)分釋放時間小于于1秒，而且揮發(fā)分很快地由炭粒表面逸出秒

19、，而且揮發(fā)分很快地由炭粒表面逸出 煤粉快速加熱時，煤粉快速加熱時，煤中煤中揮發(fā)分的含量和成揮發(fā)分的含量和成分分都與慢速加熱的揮發(fā)分常規(guī)測試方法不同都與慢速加熱的揮發(fā)分常規(guī)測試方法不同 煤粉快速加熱時，揮發(fā)分析出、著火和碳煤粉快速加熱時，揮發(fā)分析出、著火和碳的著火燃燒幾乎是同時的，的著火燃燒幾乎是同時的，其中極小的煤粉其中極小的煤粉甚至可能先著火燃燒甚至可能先著火燃燒 煤燃燒的四個階段不明顯，揮發(fā)分析出過煤燃燒的四個階段不明顯，揮發(fā)分析出過程幾乎延續(xù)到燃燒的最后階段程幾乎延續(xù)到燃燒的最后階段 煤粉快速加熱時，煤粉快速加熱時，焦碳在孔隙結(jié)構(gòu)方面與焦碳在孔隙結(jié)構(gòu)方面與慢速加熱有很大差別慢速加熱有很大

20、差別煤粉火焰中揮發(fā)分的析出曲線煤粉火焰中揮發(fā)分的析出曲線 煤粉氣流的著火煤粉氣流的著火 由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為著火溫度著火溫度著火和熄火的熱力條件著火和熄火的熱力條件)134()TT(FQb2 燃燒過程中向周圍介質(zhì)的散熱量燃燒過程中向周圍介質(zhì)的散熱量Q2為為式中式中 V V、 F 分別為分別為煤粉空氣混合物容積和燃燒室壁面面積煤粉空氣混合物容積和燃燒室壁面面積 混合物向燃燒室壁面的綜合放熱系數(shù)混合物向燃燒室壁面的綜合放熱系數(shù) T T、 Tb 分別為分別為反應(yīng)系統(tǒng)溫度

21、和燃燒室壁面溫度反應(yīng)系統(tǒng)溫度和燃燒室壁面溫度 )124(QVCekQrnORT/E012 燃燒室內(nèi)煤粉空氣混合物燃燒時的放熱量燃燒室內(nèi)煤粉空氣混合物燃燒時的放熱量Q1為為 煤粉氣流著火、熄火的熱力條件煤粉氣流著火、熄火的熱力條件 煤粉氣流燃燒時要放出熱量，同時煤粉氣流燃燒時要放出熱量，同時又向周圍介質(zhì)散熱。這兩個互相矛盾過程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生又向周圍介質(zhì)散熱。這兩個互相矛盾過程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生（著火）或者停止（熄火）（著火）或者停止（熄火）煤粉氣流的著火溫度煤粉氣流的著火溫度 放熱曲線放熱曲線Q1是一條指數(shù)曲線，散熱曲線是一條指數(shù)曲線，散熱曲線Q2接近于直線接近于直線點點2

22、2對應(yīng)的溫度即為著火溫度對應(yīng)的溫度即為著火溫度T Tzhzh T Tb b=T=Tb1b1（很低），散熱線很低），散熱線 與與 Q Q1 1 交點交點1 1為穩(wěn)定平衡點，煤粉處于為穩(wěn)定平衡點，煤粉處于低溫緩慢氧化狀態(tài)低溫緩慢氧化狀態(tài)2Q 2Q T Tb b=T=Tb2 b2 ，散熱線，散熱線 與與 Q Q1 1 交點交點2為不穩(wěn)定平衡點，只要稍增為不穩(wěn)定平衡點，只要稍增加系統(tǒng)的溫度，加系統(tǒng)的溫度， Q Q1 1 Q Q2 2 ，反應(yīng)將自動加速過，反應(yīng)將自動加速過渡到點渡到點3 3高溫穩(wěn)定平衡點，此時，只要保證煤高溫穩(wěn)定平衡點，此時，只要保證煤粉和空氣的不斷供應(yīng)，最后將穩(wěn)定在高溫燃粉和空氣的不斷

23、供應(yīng)，最后將穩(wěn)定在高溫燃燒狀態(tài)燒狀態(tài)2Q 2Q 煤粉氣流的熄火溫度煤粉氣流的熄火溫度 T Tzhzh 、T Txhxh是在一定測試條件下的相對特是在一定測試條件下的相對特征值，征值， T Txhxh大于大于T Tzhzh。 強化著火的措施強化著火的措施 在散熱條件不變的情況下，增加可燃混在散熱條件不變的情況下，增加可燃混合物的初溫、濃度和壓力，加強放熱合物的初溫、濃度和壓力，加強放熱 在放熱條件不變時，提高燃燒室的保溫，在放熱條件不變時，提高燃燒室的保溫，減少放熱減少放熱 T Tb b=T=Tb2b2、強化散熱，散熱線、強化散熱，散熱線 與與 Q Q1 1 交點交點4 4為為不穩(wěn)定平衡點，只要

24、反應(yīng)系統(tǒng)溫度稍降低，不穩(wěn)定平衡點，只要反應(yīng)系統(tǒng)溫度稍降低， Q Q1 1 Q Q2 2 ，反應(yīng)系統(tǒng)溫度急劇下降過渡到點反應(yīng)系統(tǒng)溫度急劇下降過渡到點5 5低溫穩(wěn)定平衡點，此時，煤粉只能產(chǎn)生低溫穩(wěn)定平衡點，此時，煤粉只能產(chǎn)生緩慢地氧化，而不能著火和燃燒，從而使燃燒過程中止（熄火）緩慢地氧化，而不能著火和燃燒，從而使燃燒過程中止（熄火） 點點4 4對應(yīng)的溫度即為熄火溫度對應(yīng)的溫度即為熄火溫度T Txhxh 2Q 2Q 煤粉氣流的著火熱源煤粉氣流的著火熱源 煤粉氣流著火熱源煤粉氣流著火熱源 煤粉氣流卷吸回流的高溫?zé)煔?；火焰、爐墻等對煤粉氣流卷吸回流的高溫?zé)煔?；火焰、爐墻等對煤粉的輻射煤粉的輻射 )16

25、4()TT(r4)TT(ar4ddTcr344m4h02my2mm3 式中：式中：r r、 m m、c c 分別為煤粉半徑分別為煤粉半徑(m)(m)、密度、密度(kg/m(kg/m3 3) )和比熱和比熱(J/(kg(J/(kg)； T Tm m、T Th h分別為煤粉氣流溫度分別為煤粉氣流溫度(K)(K)、火焰溫度、火焰溫度(K)(K) T Ty y 回流煙氣溫度回流煙氣溫度(K)(K) 煤粉加熱時間煤粉加熱時間(s)(s)； a a 煙氣對煤粉的對流放熱系數(shù)，煙氣對煤粉的對流放熱系數(shù)，(W/(m(W/(m2 2)； 煤粉和周圍介質(zhì)的系統(tǒng)黑度；煤粉和周圍介質(zhì)的系統(tǒng)黑度； 右邊第一項是高溫回流

26、煙氣的對流熱；第二項是火焰、爐墻等的輻射熱右邊第一項是高溫回流煙氣的對流熱；第二項是火焰、爐墻等的輻射熱煤粉的加熱方程式煤粉的加熱方程式煤粉氣流的著火熱源煤粉氣流的著火熱源 細(xì)煤粉溫升比粗煤粉快得多；細(xì)煤粉溫升比粗煤粉快得多； 煤粉氣流的著火主要是靠高溫回煤粉氣流的著火主要是靠高溫回流煙氣的加熱流煙氣的加熱 煤粉氣流由初溫煤粉氣流由初溫T T0 0加熱到著火溫度加熱到著火溫度 T Tz z 所需時間所需時間z z 分別為分別為 輻射為主要熱源（曲線輻射為主要熱源（曲線2） )194()TT(T3cr0z4h0mz )184(TTTTlna3crzy0ymz 高溫回流煙氣對流為主要熱源（曲線高溫

27、回流煙氣對流為主要熱源（曲線1）煤粉氣流著火熱煤粉氣流著火熱 )204(100Tc2510M100MM100Tc2510100MBTT100M100c100q100crVBQ0qmfmfarzhqarr0zhard4K11r0rzh 式中式中 B Br r每臺燃燒器的燃料消耗量，每臺燃燒器的燃料消耗量，kg/hkg/h r r燃燒器送入爐內(nèi)的空氣所對應(yīng)的過量空氣系數(shù)燃燒器送入爐內(nèi)的空氣所對應(yīng)的過量空氣系數(shù) r rl l一次風(fēng)量占爐膛出口相應(yīng)總風(fēng)量的百分比；一次風(fēng)量占爐膛出口相應(yīng)總風(fēng)量的百分比；c c1K 1K 、 C Cq q 、 c cd d 一次風(fēng)、蒸汽及煤的比熱，一次風(fēng)、蒸汽及煤的比熱，

28、J/NmJ/Nm3 3K K） M Marar、 M Mmf mf 煤的收到基水分，煤的收到基水分，% %、煤粉的水分，煤粉的水分，% % T Tzhzh著火溫度，著火溫度，K K T T0 0煤粉一次風(fēng)氣流初溫，煤粉一次風(fēng)氣流初溫，K K 煤粉氣流的著火熱煤粉氣流的著火熱為將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量為將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量對于熱風(fēng)送粉，對于熱風(fēng)送粉，煤粉氣流的著火熱為煤粉氣流的著火熱為 )204(100Tc2510M100MM100Tc2510100MBTT100M100c100q100crVBQ0qmfmfarzhqarr0zhard4K11r0rzh 第一項為加熱煤粉

29、和一次風(fēng)所需熱量第一項為加熱煤粉和一次風(fēng)所需熱量 第二項為煤粉中水分蒸發(fā)、過熱所需熱量第二項為煤粉中水分蒸發(fā)、過熱所需熱量煤煤 粉粉 氣氣 流流 著著 火火 熱熱煤特性、散熱條件及初溫對著火的影響煤特性、散熱條件及初溫對著火的影響 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì) 揮發(fā)分含量揮發(fā)分含量V Vdaf daf ??；水分、灰分含量高；煤粉細(xì)度大，??；水分、灰分含量高；煤粉細(xì)度大，則煤則煤粉氣流著火溫度提高，著火熱增大，著火所需時間長，著火點粉氣流著火溫度提高，著火熱增大，著火所需時間長，著火點離開燃燒器噴口的距離增大離開燃燒器噴口的距離增大 爐內(nèi)散熱條件爐內(nèi)散熱條件 減少爐內(nèi)散熱，有利于著火減少爐內(nèi)散熱，有利于

30、著火。敷設(shè)衛(wèi)燃帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤敷設(shè)衛(wèi)燃帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤著火的有效措施，但需預(yù)防結(jié)渣著火的有效措施，但需預(yù)防結(jié)渣 煤粉氣流的初溫煤粉氣流的初溫 提高初溫提高初溫T T0 0 可減少著火熱。可減少著火熱。燃用低揮發(fā)分煤時應(yīng)采用熱風(fēng)送燃用低揮發(fā)分煤時應(yīng)采用熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，提高預(yù)熱空氣溫度粉制粉系統(tǒng)，提高預(yù)熱空氣溫度一次風(fēng)量、一次風(fēng)速對著火的影響一次風(fēng)量、一次風(fēng)速對著火的影響 一次風(fēng)量一次風(fēng)量V V1 1 （ V V0 0 r r 1 1 ） V1過大，過大，著火熱增加，著火延遲著火熱增加，著火延遲 V1過低，過低，燃燒初期由于缺氧，燃燒初期由于缺氧，化學(xué)反應(yīng)速度減慢，化學(xué)反應(yīng)速度減慢，阻礙著火

31、繼續(xù)擴展阻礙著火繼續(xù)擴展 V1在最佳值范圍內(nèi)選取在最佳值范圍內(nèi)選?。≒80表表5-4和和P88表表5-7 ） 一次風(fēng)速一次風(fēng)速w w1 1 w1過高，過高，通過單位截面積的流量增大，通過單位截面積的流量增大，降低煤粉氣流的加熱速度，降低煤粉氣流的加熱速度，著火距離加長，著火推遲著火距離加長，著火推遲 w1過低，燃燒器噴口易燒壞，煤粉管道堵塞過低，燃燒器噴口易燒壞，煤粉管道堵塞 w1在最佳值范圍內(nèi)選取在最佳值范圍內(nèi)選?。≒80表表5-5和和P88表表5-7） 鍋爐負(fù)荷鍋爐負(fù)荷D D D降低，降低，煤耗量煤耗量 B 相應(yīng)減少，水冷壁總的吸熱量相應(yīng)減少，水冷壁總的吸熱量Q 也減少，但減也減少，但減少的幅度較小，故少的幅度較小，故Q/B反而增加，反而增加，爐膛平均煙溫及燃燒器區(qū)域煙溫爐膛平均煙溫及燃燒器區(qū)域煙溫降低，對煤粉氣流著火不利，降低，對煤粉氣流著火不利，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降到一定程度時，會危及當(dāng)鍋爐負(fù)荷降到一定程度時，會危及著火的穩(wěn)定性，甚至可能引起熄火著火的穩(wěn)定性，甚至可能引起熄火 鍋爐的負(fù)荷對著火的影響鍋爐的負(fù)荷對著火的影響 著火穩(wěn)定性條件限制