燃燒理論基礎(chǔ)

燃燒理論基礎(chǔ)第一節(jié)爐內(nèi)燃燒過程的主要問題一、爐內(nèi)燃燒與派生的問題鍋爐運(yùn)行中，首要問題是燃料的燃燒：燃燒過程中，最主要的是著火、燃盡這兩步：伴隨燃料燃燒過程的不斷進(jìn)行．在爐膛內(nèi)還將派生一系列其他問題。這些問題是：(1)受熱面積灰、結(jié)渣；(2)氧化氮等污染物的生成；(3)受熱面金屬表面的高溫腐蝕；(4)蒸發(fā)受熱面中水動(dòng)力的安全性；(5)火焰在爐膛容積中的充滿程度。二、爐內(nèi)燃燒過程燃料的燃燒過程：1、首先取決于燃料自身的燃燒特性。燃燒特性：是指燃料的著火特性、燃盡特性和灰渣特性。2、同時(shí)，燃料的燃燒過程還與許多外部條件有關(guān)。例如：爐內(nèi)溫度水平、空氣與燃料的混合比例、配風(fēng)方式、燃料-空氣的混合物與爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃拷粨Q、燃料燃燒時(shí)的放熱速度、燃燒放熱量、水冷壁的吸熱能力等。

上述因素交織在一起，影響著燃料的著火、燃盡以及結(jié)渣等過程?？梢?，燃料的燃燒過程是一種十分復(fù)雜的物理、化學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生與發(fā)展過程。由于各種燃料燃燒特性差別很大，其燃燒過程發(fā)展的差異也隨之增大。對于固體燃料，其燃燒過程大致要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：(1)燃料的干燥與加熱；(2)揮發(fā)物的析出與焦炭的形成(3)揮發(fā)物的著火與燃燒；(4)焦炭的著火燃燒；(5)灰渣的形成。

上述過程通常不是孤立進(jìn)行的，即幾個(gè)過程可能同時(shí)進(jìn)行，相互影響。因而，實(shí)際的燃燒過程通常是按下述規(guī)律進(jìn)行的：對于煤粉爐，當(dāng)煤粉與空氣的混合物進(jìn)入爐內(nèi)后，1、首先從高溫?zé)煔庵形諢崃慷郎?；此時(shí)．煤粉中一部分揮發(fā)分開始釋放出來，并繼續(xù)加熱新煤粉；當(dāng)新燃料和空氣的混合物擁有足夠的著火熱量時(shí)．最初析出的一部分揮發(fā)分首先開始著火；2、接著是殘余揮發(fā)分的繼續(xù)燃燒與焦炭的著火燃燒同時(shí)進(jìn)行著；燃料燃燒過程中，不斷釋放熱量，使?fàn)t膛升溫，并促進(jìn)燃燒過程加速發(fā)展；直到燃燒結(jié)束時(shí)，焦炭亦全部燃盡；最終形成灰渣。

保證燃料在爐膛內(nèi)完全燃盡的條件：—

是著火要及時(shí)、穩(wěn)定；二是要控制燃燒速度并使燃料在爐內(nèi)有足夠的燃燒時(shí)間。穩(wěn)定著火是燃燒過程的良好開端，充分燃盡是實(shí)現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的關(guān)鍵。鍋爐爐內(nèi)的燃燒過程是由燃燒設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。燃燒設(shè)備：包括爐膛和燃燒器。為適應(yīng)煤種變化、鍋爐負(fù)荷變化、降低污染物的生成量、低負(fù)荷下不投油或少投油等需要．新型燃燒設(shè)備具有靈活、多種的調(diào)節(jié)手段。因此，要求運(yùn)行人員掌握新設(shè)備、新技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)掌握必要的燃燒理論知識(shí)，才能正確組織運(yùn)行中的燃燒調(diào)整，這是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必備條件之一。三、結(jié)渣問題如何防止?fàn)t膛受熱面結(jié)渣，無論對鍋爐設(shè)計(jì)，還是對運(yùn)行來說，既是重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。結(jié)渣是由于燃料中的灰分引起的。積灰：燃料的灰分是由多種雜質(zhì)化合而成，這些雜質(zhì)雖然不能燃燒，但在高溫火焰中可以熔化。在鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下，熔融的灰在貼近水冷壁時(shí)，被冷卻而形成固態(tài)的灰或灰渣，細(xì)灰?？赡芪皆谑軣崦嫔希纬煞e灰；大塊渣從爐底冷灰斗落下，稱為固態(tài)排渣。結(jié)渣：當(dāng)熔融的灰渣接近受熱面時(shí)，末被冷卻凝固，并與受熱面相碰，大塊渣積聚在受熱面外壁上，這時(shí)便形成了“結(jié)渣”現(xiàn)象。

1．積灰和結(jié)渣對鍋爐運(yùn)行的危害積灰和結(jié)渣對鍋爐運(yùn)行的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，歸納為下述幾個(gè)方面；(1)使?fàn)t內(nèi)傳熱變差，加劇結(jié)渣過程。水冷壁結(jié)渣后：1、由于灰渣層導(dǎo)熱系數(shù)極小，即熱阻很大．火焰輻射給受熱面的熱量不能及時(shí)傳給管內(nèi)工質(zhì)，而聚集在灰渣層，使灰渣層表面溫度急劇上升，高溫?zé)煔赓N近灰渣層表面時(shí)，不能充分冷卻，這就進(jìn)一步加劇了結(jié)渣過程，產(chǎn)生了惡性循環(huán)。2、同時(shí)，水冷壁積灰、結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使蒸發(fā)量減少。(2)爐膛內(nèi)結(jié)渣或積灰時(shí)，爐膛出口煙溫將升高，引起蒸氣溫度偏高或熱偏差增大。(3)水冷壁積灰、結(jié)渣較多時(shí)，多數(shù)并發(fā)高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕的最重要的內(nèi)在原因是燃料中的含硫量；而外部原因是由于水冷壁管處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中，壁面溫度又很高，當(dāng)火焰貼近爐墻時(shí)，壁面鄰近的區(qū)域中形成還原性氣氛，使灰的熔點(diǎn)溫度降低，加劇結(jié)渣過程。并使管子表面產(chǎn)生高溫腐蝕。腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在燃燒器區(qū)域。(4)使鍋爐效率降低。受熱面積灰，結(jié)渣后，各段受熱面出口煙溫相應(yīng)提高，使排煙損失增大。爐內(nèi)水冷壁結(jié)渣時(shí)，還有可能引起爐膛出口處的受熱面結(jié)渣，致使鍋爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行，甚至被迫停爐。

(5)結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，大塊渣落下，可能砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。

2．防止受熱面結(jié)渣的辦法防止受熱面結(jié)渣，主要從以下兩方面入手：

(1)爐內(nèi)應(yīng)有足夠的受熱面來冷卻煙氣，使煙氣貼近受熱面時(shí)，煙氣溫度降低到灰的熔點(diǎn)溫度以下，即保證灰渣貼近受熱面時(shí)被凝固。

(2)保證火焰不要直接沖刷受熱面，因而要求合理組織燃燒，良好的空氣動(dòng)力工況。當(dāng)然，結(jié)渣強(qiáng)弱的決定性因素，主要是煤中灰分的熔點(diǎn)溫度，這又與灰的組成成分密切相關(guān)。

四、火焰充滿度在組織與調(diào)整燃燒時(shí)，應(yīng)同時(shí)注意組織好爐內(nèi)氣流的流動(dòng)，確?；鹧嬖谡麄€(gè)爐膛容積具有較高水平的充滿度，減少氣流的死滯漩渦區(qū)域。因?yàn)樗罍鰷u區(qū)的存在會(huì)給鍋爐運(yùn)行帶來下述問題：

(1)爐膛容積利用不好，減少煙氣的有效流通截面，使局部煙速提高，縮短燃料燃燒時(shí)間在爐內(nèi)的停留時(shí)間。燃料在爐內(nèi)的時(shí)間縮短，就會(huì)降低燃燒效率。在死滯漩渦區(qū)，還常常出現(xiàn)受熱面積灰現(xiàn)象。

(2)造成熱偏差。因?yàn)榛鹧娉錆M度影響著爐內(nèi)溫度場分布，進(jìn)而影響到傳熱，其結(jié)果不但使水冷壁吸熱不均，使水循環(huán)處于不利條件，還會(huì)使?fàn)t膛出口煙溫偏離正常值，引起過熱器熱偏差增大，導(dǎo)致過熱器超溫，這時(shí)運(yùn)行調(diào)節(jié)將會(huì)十分困難和復(fù)雜，甚至迫使鍋爐降負(fù)荷運(yùn)行。五、受熱面金屬表面的高溫腐蝕受熱面金屬表面的高溫腐蝕問題將在第八章第七節(jié)敘述六、污染物的控制從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，還要求控制鍋爐燃燒產(chǎn)物的生成量，從而控制煙氣中污染物的排放量，達(dá)到達(dá)一目標(biāo)，既經(jīng)濟(jì)又有效的手段是通過改變?nèi)紵绞胶腿紵夹g(shù)來實(shí)現(xiàn)。煙氣中的污染物包括氫氧化物NOx及由煙氣中的SO3、SO2產(chǎn)生的硫酸蒸汽H2SO4、CO2以及粉塵等。國內(nèi)有的電廠已經(jīng)采用排煙脫硫裝置，而降低煙氣中的NOx主要是采用分級配風(fēng)的燃燒技術(shù)。

本節(jié)先介紹有關(guān)生成NOx的簡單機(jī)理。

NOx的生成機(jī)理有三種：溫度型NOx，燃料型N0x，快速溫度型N0x。

(1)溫度型N0x：是指空氣中的氮在超過1500℃的高溫下，發(fā)生氧化反應(yīng)．溫度越高，NOx的生成量越多。如果局部區(qū)域的火焰溫度很高，將產(chǎn)生大量N0x，這部分NOx占NOx總量的l0％一20％。要減少溫度型NOx，就要求燃燒處于較低的燃燒水平，同時(shí)要求燃燒中心各處的火焰溫度分部均勻。分級配風(fēng)能沿火焰行程適量，分散送入空氣恰好能滿足這種需求。(2)燃料型NOx：是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成Nox，進(jìn)一步說，主要指揮發(fā)分中的氮化合物生成NOx，其占NOx總量的80％一90％，這部分N0x在燃燒器出口處的火焰中心生成。由于大部分煤粒中的揮發(fā)分在30一50ms內(nèi)析出，當(dāng)煤粉氣流的速度為10-15m／s時(shí)，揮發(fā)分析出的行程小于1m。要控制該區(qū)域中NOx的生成量，就應(yīng)控制燃料著火初期的過量空氣系數(shù)。采用雙調(diào)風(fēng)燃燒器能形成富燃料區(qū)，使煤粉在開始著火階段處于缺氧狀態(tài)，揮發(fā)分生成的一部分NOx被還原，這樣實(shí)際生成的NOx數(shù)量大為減少。但是在富燃料區(qū)，由于煤粒處于弱還原性氣氛中燃燒，煤中某些礦物質(zhì)的熔點(diǎn)降低，可能使結(jié)渣傾向增加。

(3)快速溫度型NOx：是指空氣中的氮和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN

等，然后快速與氧反應(yīng)，生成NOx這部分NOx

占NOx總量的5％。圖4—1表示了煤粉燃燒過程中NOx的生成量與爐膛溫度的關(guān)系。第二節(jié)燃燒過程的基礎(chǔ)理論

一、燃燒理論的主要內(nèi)容學(xué)習(xí)燃燒理論的目的是為了了解認(rèn)識(shí)燃燒過程的本質(zhì)及掌握燃燒過程的主要規(guī)律，以便控制燃燒過程的各個(gè)階段和使其按照人們要求的速度進(jìn)行。燃燒理論解決的問題有如下幾項(xiàng)。

(1)判斷各種燃料的著火可能性，分析影響著火的內(nèi)因條件與外因條件以及著火過程基本原理，保證燃料進(jìn)入爐內(nèi)后盡快穩(wěn)定地著火和燃燒過程順利進(jìn)行。(2)研究如何提高燃料的燃燒速度，使一定量的燃料在有限的空間和時(shí)間內(nèi)盡快燃燒，分析影響燃燒速度的內(nèi)因條件與外因條件，以及燃盡過程的基本原理，提出加速燃燒反應(yīng)、提高燃燒效率的途徑。

(3)燃燒理論來源于生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)，反過來又指示出燃燒技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的方向。二、燃燒反應(yīng)速度Ⅰ、燃燒：指燃料中的可燃元素和空氣中的氧的強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，放出大量熱量的過程Ⅱ、分類：a)均相燃燒：燃料與氧化劑屬同一形態(tài)，如氣體在空氣中的燃燒，其燃燒速度指單位時(shí)間內(nèi)參加燃燒反應(yīng)物質(zhì)的濃度變化率b)多相燃燒：燃料與氧化劑不屬同一形態(tài)，如，固體及油在空氣中燃燒，其燃燒速度指單位時(shí)間內(nèi)參與反應(yīng)氧濃度變化率（因C濃度不變）Ⅲ、碳粒燃燒：

C+O2→CO2→→2C+O2→2CO→一次反應(yīng)，其反應(yīng)生成的CO2

和CO稱為一次產(chǎn)物這些燃燒產(chǎn)物通過炭粒周圍的氣體介質(zhì)擴(kuò)散出去，也可能被炭粒表面從氣體介質(zhì)中重新吸附過來→則CO2與C進(jìn)行氣化反應(yīng)生成CO→而在靠近炭粒表面的氣體邊界層中發(fā)生CO燃燒生成CO2，即C+CO2→CO→→2CO+O2→2CO2→二次反應(yīng)，生成的CO和CO2成二次產(chǎn)物不同溫度下，上述反應(yīng)以不同的方式組合成炭粒的燃燒過程，見圖5-1(a)T＜1200℃(b)T＞1200℃

當(dāng)T＜1200℃時(shí)，燃燒反應(yīng)式為：

4C+3O2→2CO+2CO2

由于溫度較↓→在炭粒表面生成的CO2不能進(jìn)行

C+CO2→CO的氣化反應(yīng)→而CO從炭粒表面向外擴(kuò)散途中與O2相遇即行燃燒→只有與CO燃燒后剩余的O2才能擴(kuò)散到炭粒表面炭粒表面生成的CO2和CO燃燒生成的CO2一起向周圍環(huán)境擴(kuò)散出去，炭粒表面周圍O2濃度和燃燒產(chǎn)物濃度變化如圖5-1（a）

當(dāng)T＞1200℃時(shí)，炭粒燃燒反應(yīng)如下：

3C+2O2→2CO+CO2由于T↑→加速了炭粒表面的反應(yīng)→生成更多的CO→→→氣化反應(yīng)因T↑而顯著地進(jìn)行（C+CO2→CO）→→CO在向外擴(kuò)散途中遇到遠(yuǎn)處向炭粒表面擴(kuò)散的O2而產(chǎn)生燃燒，并將O2全部消耗掉→反應(yīng)生成的CO2同時(shí)向炭粒表面和周圍環(huán)境兩方擴(kuò)散見圖5-1（b）由圖5-1可看出，在離炭粒表面一定距離處→CO2達(dá)最大值→從周圍環(huán)境擴(kuò)散來的O2不斷被消耗，炭粒表面缺O(jiān)2或O2量不足，將限制燃燒過程進(jìn)一步發(fā)展上述說明：碳粒的燃燒主要包括兩個(gè)過程：

1）擴(kuò)散過程，即O2擴(kuò)散到碳粒表面和反應(yīng)生成物從碳粒表面擴(kuò)散離開

2）碳粒表面的化學(xué)反應(yīng)過程。碳粒燃燒過程的快慢決定這兩過程中較慢者碳粒的燃燒過程反應(yīng)了煤粒的燃燒過程→其燃燒速度的快慢既取決于燃燒過程中化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的快慢（即化學(xué)反應(yīng)速度），也取決與氧化劑供給燃料時(shí)間的快慢（即物理擴(kuò)散速度）三、化學(xué)反應(yīng)速度及影響因素化學(xué)反應(yīng)速度：表化學(xué)反應(yīng)過程的快慢，通常它是指單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的變化。用Wh表示W(wǎng)h=f（反應(yīng)物的性質(zhì)、反應(yīng)進(jìn)行時(shí)所處的條件，即濃度、

P和T）1、濃度對Wh的影響一定條件下，分子濃度越↑→分子間碰撞次數(shù)越↑→反應(yīng)速度越↑

注：多相燃燒→化學(xué)反應(yīng)在固相表面進(jìn)行→可認(rèn)為固體燃料（C）的濃度不變→因此，Wh指單位時(shí)間碳單位表面上O2濃度的變化一定溫度下，反應(yīng)容積不變時(shí)→反應(yīng)物濃度↑→即反應(yīng)物的分子數(shù)↑→分子間碰撞機(jī)會(huì)↑→Wh↑質(zhì)量作用定律——化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度可用正向反應(yīng)速度表示，也可用逆向反應(yīng)速度來表示。即質(zhì)量作用定律說明了參加反應(yīng)物質(zhì)的濃度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響。其意義是：A、對于均相反應(yīng)，在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度與參與反應(yīng)的各反應(yīng)物的濃度乘積成正比，而各反應(yīng)物濃度的方次等于化學(xué)反應(yīng)式中相應(yīng)的反應(yīng)系數(shù)。因此，反應(yīng)速度又可以表示為中CA，Cb——反應(yīng)物A，B的濃度；

a．b—

化學(xué)反應(yīng)式中，反應(yīng)物A，B的反應(yīng)系數(shù)；

KA、KB——

反應(yīng)速度常數(shù)。B、對于多相反應(yīng)：如煤粉燃燒，燃燒反應(yīng)是在固體表面上進(jìn)行的，固體燃料的濃度不變，即CA＝l。反應(yīng)速度只取決于燃料表面附近氧化劑的濃度。用下式表示：式中CB——固體燃料表面附近氧的濃度。

上式說明．在一定溫度下，提高固體燃料附近氧的濃度，就能提高化學(xué)反應(yīng)速度。反應(yīng)速度越高，燃料所需的燃盡時(shí)間就越短。上述關(guān)系只反映了化學(xué)反應(yīng)速度與參加反應(yīng)物濃度的關(guān)系。質(zhì)量作用定律指出了影響燃燒反應(yīng)速度（化學(xué)反應(yīng)速度）的主要因素是反應(yīng)物的濃度

2、壓力對Wh的影響P↑→單位體積內(nèi)分子數(shù)↑→在T和V一定時(shí)，P↑→反應(yīng)物濃度↑→Wh↑3、T對Wh的影響當(dāng)反應(yīng)物濃度不變時(shí)→T↑→O2濃度變化↑→Wh迅速↑

燃燒反應(yīng)速度與燃料性質(zhì)及溫度的關(guān)系可用阿累尼烏斯定律表示。

阿累尼烏斯定律說明了燃料本身的“活性”與反應(yīng)溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響的關(guān)系。什么是燃料的“活性”呢?可以簡單地理解為燃料著火與燃盡的難易程度。例如，氣體燃料比固體燃料容易著火．也容易燃盡。而不同的固體燃料，“活性”也不同，煙煤比無煙煤容易著火，也容易燃盡。因此，燃料的“活性”也表現(xiàn)為燃料燃燒時(shí)的反應(yīng)能力：燃料的“活性”程度可用“活化能”來表示。

2．阿累尼烏斯定律在實(shí)際燃燒過程中，由于燃料與氧化物(空氣)是按一定比例連續(xù)供給的，當(dāng)混合十分均勻時(shí)，可以認(rèn)為燃燒反應(yīng)是在反應(yīng)物濃度不變的條件下進(jìn)行的。這時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度與燃料性質(zhì)及溫度的關(guān)系為式中K0——濃度不變時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)分子間的碰撞頻率及有效碰撞次數(shù)的系數(shù)

E——反應(yīng)活化能；

R——通用氣體常數(shù)；T——反應(yīng)溫度；

K——反應(yīng)速度常數(shù)(濃度不變)

A．活化能對燃燒速度的影響燃料的活化能表示燃料的反應(yīng)能力?；罨艿母拍钍歉鶕?jù)分子運(yùn)動(dòng)理論提出的。由于燃料的多數(shù)反應(yīng)都是雙分子反應(yīng)．雙分子反應(yīng)的首要條件是兩種分子必須相互接觸、相互碰撞。分子間彼此碰撞機(jī)會(huì)和碰撞次數(shù)很多，但并不是每一個(gè)分子的每一次碰撞都能起到作用，如果每一個(gè)分子的每一次碰撞都能起到作用，那么即使在低溫條件下，燃燒反應(yīng)也將在瞬時(shí)完成。然而，燃燒反應(yīng)并非如此，而是以有限的速度進(jìn)行。所以，提出只有活化分子的碰撞才有作用。這種活化分子是一些能量較大的分子。這些能量較大的分子碰撞所具有的能量足以破壞原有化學(xué)鍵，并建立新的化學(xué)鍵。但這些具有高水平能量的分子是極少數(shù)的。原因：分子碰撞并非所有分子都能引起化學(xué)反應(yīng)→只有其中具有較高能量的活化分子的碰撞才能發(fā)生反應(yīng)活化能E：使分子活化所需最低能量成為活化能活化分子：能量達(dá)到或超過活化能E的分子稱活化分子

→活化分子的碰撞才是發(fā)生反應(yīng)的有效碰撞

→反應(yīng)只能在活化分子間進(jìn)行活化能：要使具有平均能量的分子的碰撞也起作用，必須使他們轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿?，這一轉(zhuǎn)變所需的最低能量稱為活化能，用E表示。所以，活化分子的能量比平均能量要大，而活化能的作用是使活化分子的數(shù)目增加。圖4-2表示出活化能的意義。從圖可見，要使反應(yīng)物變成燃燒產(chǎn)物，參加反應(yīng)的分子必須首先吸收活化能E1，使活化分子數(shù)目增多，達(dá)到活化狀態(tài)，數(shù)目較多的分子產(chǎn)生有效碰撞，發(fā)生反應(yīng)而生成燃燒產(chǎn)物，并放出比E1(活化能)更多的能量E2，而燃燒反應(yīng)的凈放熱量為△E。

在一定溫度下，某一種燃料的活化能越小，這種燃料的反應(yīng)能力就越強(qiáng)，而且反應(yīng)速度隨溫度變化的可能性就減小，即使在較低的溫度下也容易著火和燃盡。相反，活化能愈大的燃料，其反應(yīng)能力愈差，反應(yīng)速度隨溫度的變化也愈大，即在較高的溫度下才能達(dá)到較大的反應(yīng)速度，這種燃料不僅著火困難，而且需要在較高的溫度下經(jīng)過較長的時(shí)間才能燃盡。因此，燃料的活化能水平是決定燃燒反應(yīng)速度的內(nèi)因條件。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能大約在42—420kj／mol。

活化能小于42kj／mol的反應(yīng)，反應(yīng)速度極快，以至難于測定?；罨艽笥?20kj／mol的反應(yīng)，反應(yīng)速度緩慢，可認(rèn)為不發(fā)生反應(yīng)。燃煤的活化能及頻率固子可在沉降爐中測定，表4-1是國內(nèi)4種典型煤種的測定結(jié)果。不同的測試儀器所測量的數(shù)據(jù)差別較大，因此，只有同一儀器測量的數(shù)據(jù)才具有可比性

B．溫度對燃燒速度的影響溫度對化學(xué)反應(yīng)的影響十分顯著。隨著反應(yīng)溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加，活化分子的數(shù)目大大增加，有效碰撞頻率和次數(shù)增多，因而反應(yīng)速度加快。對于活化能愈大的燃料，提高反應(yīng)系統(tǒng)的溫度，就能愈加顯著地提高反應(yīng)速度。四、鏈鎖反應(yīng)反應(yīng)氣體燃料的燃燒反應(yīng)速度?？陕?/p>

T↑→分子從外界吸收了能量→活化分子急劇↑→Wh↑

T一定：E越↑→活化分子數(shù)越↓→Wh↓

在相同條件下，不同燃料的C的燃燒反應(yīng)如下：

Vdaf↑的煤E↓Vdaf↓的無煙煤E↑

可見無煙煤焦碳的燃燒反應(yīng)速度↓EMJ/kmol

褐煤90～105

煙煤117～134

貧、無煙煤140～147

實(shí)際上在爐內(nèi)燃燒過程中，反應(yīng)物的濃度，爐膛P可基本不變→因此Wh主要與T有關(guān)→T對Wh影響相當(dāng)顯著

→在鍋爐運(yùn)行中，↑爐膛T是加速燃燒反應(yīng)、Wh↑、縮短燃燒時(shí)間的重要方法五、熱力著火煤粉燃燒過程的著火主要是熱力著火。熱力著火過程：是由于溫度不斷升高而引起的。因?yàn)槊悍廴紵俣群芸?，燃燒時(shí)放出的大量熱量使?fàn)t膛溫度升高，而爐溫升高促使燃燒速度加快；反應(yīng)放熱增加，又使?fàn)t溫進(jìn)一步提高。這樣相互作用、反復(fù)影響，達(dá)到一定溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)生著火。著火過程有兩層意義：一是著火是否可能發(fā)生；二是能否穩(wěn)定著火。只有穩(wěn)定著火，才能保證燃燒過程持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行，否則就可能中途熄火，使燃燒過程中斷。

在爐膛四周布置的水冷壁直接吸收火焰的輻射熱，因而燃料燃燒時(shí)放出的熱量，同時(shí)向周圍介質(zhì)和爐膛壁面散熱。這時(shí)，要使可燃物著火并連續(xù)著火，必須使可燃物升溫。因此，要實(shí)現(xiàn)著火和穩(wěn)定著火，必須具備兩個(gè)條件：一個(gè)條件是放熱量和散熱量達(dá)到平衡，即放熱量等于散熱量；另一個(gè)條件是放熱變化率大于散熱變化率。如果不具備這些條件，即使在高溫狀態(tài)下也不能穩(wěn)定著火，燃燒過程將因火焰熄滅而中斷，并不斷向緩慢氧化的過程發(fā)展。

以下進(jìn)一步說明這個(gè)問題。燃燒室內(nèi)可燃混合物燃燒放熱量為向周圍環(huán)境散失的熱量為CO2—

煤粉反應(yīng)表面氧濃度R—

燃燒反應(yīng)中氧的反應(yīng)系數(shù)；V——可燃混合物的容積；Qr—燃燒反應(yīng)熱；T——燃燒反應(yīng)物溫度；Tb——燃燒室壁面溫度；

α——混合物向燃燒室壁面的放熱系數(shù)

S——燃燒室壁面而積。

圖4-3表示了放熱量Q1與散熱量Q2隨溫度的變化關(guān)系。當(dāng)環(huán)境溫度很低時(shí)(如Tb1)，點(diǎn)1左邊Q1＞Q2a，使反應(yīng)系統(tǒng)升溫，達(dá)到平衡點(diǎn)1。但由于溫度很低，放熱變化率小于散熱變化率，即dQ1／dT＜dQ2a／dT。使點(diǎn)1右邊出現(xiàn)Q1＜Q2a在這種條件下，可燃物不能達(dá)到著火溫度的狀態(tài)，只能處于緩慢氧化狀態(tài)點(diǎn)1。

當(dāng)環(huán)境溫度提高時(shí)(Tb2)，點(diǎn)2右邊Q1＞Q2b，且在點(diǎn)2處dQ1／dT＞dQ2b／dT。此時(shí)，由于溫度較高，放熱變化率顯著變化，只要溫度稍有增加，燃燒反應(yīng)將自動(dòng)加速，轉(zhuǎn)變到高溫燃燒狀態(tài)點(diǎn)3。這時(shí)．點(diǎn)2對應(yīng)的溫度即為著火溫度。在此條件下，只要連續(xù)供應(yīng)燃料和空氣，就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的著火和燃燒。

當(dāng)散熱條件變化時(shí)，如由Q2b，變?yōu)镼2c時(shí)，將出現(xiàn)著火中斷的現(xiàn)象。點(diǎn)4對應(yīng)的溫度即為熄火溫度。雖然在點(diǎn)4反應(yīng)系統(tǒng)溫度很高，但由于點(diǎn)4左邊與右邊均出現(xiàn)Ql＜Q2c。且dQl／dT＜dQ2c／dT，使反應(yīng)系統(tǒng)溫度最終變到點(diǎn)5的氧化狀態(tài)。由圖可知，熄火溫度Txh總是比著火溫度Tzh高。應(yīng)該指出，著火溫度和熄火溫度并不是常數(shù)。它們隨放熱和散熱條件而變。比如，揮發(fā)分大的煙煤，活化能小，反應(yīng)能力強(qiáng)，著火能力低、即使用圍散熱條件較強(qiáng)，也容易穩(wěn)定著火；而揮發(fā)分很低的無煙煤，活化能大，反應(yīng)能力低，著火溫度最高，需要減小周圍散熱，維持高溫狀態(tài)，才能穩(wěn)定著火。各種煤的著火溫度和煤粉氣流的著火溫度見表4-2、表4-3。表4-4給出了液體燃料和氣體燃料的著火溫度。

應(yīng)該指出，放熱速度與散熱速度是相互作用的。在實(shí)際爐膛內(nèi)．當(dāng)燃燒處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，由于燃煤量增加，燃燒放熱量比較大，而散熱量變化不大，因此使?fàn)t內(nèi)維持高溫狀態(tài)。這也就說明，為什么在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，容易穩(wěn)定著火。當(dāng)燃燒處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于燃煤量減少，燃燒放熱量隨之減小，這時(shí)相對于單位放熱量的散熱條件卻大為增加．散熱變化率加快，因此爐內(nèi)火焰溫度與水冷壁表面溫度下降，使燃燒反應(yīng)速度降低，因而放熱變化率也就變慢，進(jìn)一步使?fàn)t內(nèi)處于低溫狀態(tài)。

這也就說明，為什么在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，穩(wěn)定著火比較困難，需要投入助燃油等燃料來穩(wěn)定著火燃燒。對于低反應(yīng)能力的無煙煤和劣質(zhì)煙煤，不但著火困難，而且難于穩(wěn)燃，因而容易熄火“打炮”從以上分析可知：①著火和燃燒溫度與水冷壁面積、進(jìn)入爐內(nèi)的新氣流初溫度相關(guān)；②在爐內(nèi)可自動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定著火狀態(tài)，如果點(diǎn)火區(qū)的溫度與燃料的活性不相適應(yīng)，就需投入助燃油或采用強(qiáng)化著火的措施。圖4-4示出揮發(fā)分含量Vdaf與著火溫度的關(guān)系。即Vdaf越高，著火溫度越低

六、火焰?zhèn)鞑ト剂先紵^程中，火焰的穩(wěn)定性與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系極大。電廠燃燒系統(tǒng)的安全運(yùn)行包與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系密切。例如，煤粉管道中某一處著火后，火焰迅速蔓延、擴(kuò)散，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)著火或爆炸。了解火焰?zhèn)鞑サ闹R(shí)，有助于掌握燃燒過程的調(diào)整要領(lǐng)，這對穩(wěn)定著火是非常有用的；火焰?zhèn)鞑バ问娇煞譃閮煞N，一種是正常的火焰?zhèn)鞑?、即緩慢燃燒；另一種是反應(yīng)速度失去控制的高速爆炸性燃燒。

正常的火焰?zhèn)鞑ナ侵缚扇嘉镌谀骋痪植繀^(qū)域著火后，火焰從這個(gè)區(qū)域向前移動(dòng)，逐步傳播和擴(kuò)散出去，這種現(xiàn)象就稱為火焰?zhèn)鞑?。在正常的火焰?zhèn)鞑ミ^程中，火焰?zhèn)鞑ニ俣缺容^緩慢，燃燒室內(nèi)壓力保持不變。爐內(nèi)煤粉氣流正常燃燒的火焰?zhèn)鞑ゾ蛯儆谡５幕鹧鎮(zhèn)鞑ァ．?dāng)爐膛內(nèi)出現(xiàn)爆炸性燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，達(dá)1000一3000m／s，溫度極高，可達(dá)6000℃；壓力極大，可達(dá)2.0265Xl03kPa(20．67個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)。爆燃是由于可燃物以極高的速度反應(yīng)，以至于反應(yīng)放熱來不及散失，而使溫度迅速升高，壓力總劇增大。而壓力的急劇增大是由于高溫?zé)煔獾谋热荼任慈紵目扇蓟旌衔锏谋热荽蟮枚?，高溫?zé)煔馀蛎洰a(chǎn)生的壓力波使未燃混合物絕熱壓縮，火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆偬岣撸灾庐a(chǎn)生爆炸性燃燒。

可燃混合物著火時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃礊橹鹚俣?。對于不同的燃料，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟町惡艽蟆?、氣體燃料和液體燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粉氣流的火焰?zhèn)鞑ニ俣取?、就煤粉氣流本身而言，差別也很大。例如，燃用煙煤時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺蓉毭?、無煙煤的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫?。因此，煙煤著火后，燃燒比較穩(wěn)定。但煤粉氣流的火焰?zhèn)鞑ニ俣仁芏喾N因素的影響，其首先決定于燃料中可燃揮發(fā)分含量的大小，其次還與水分、灰分、煤粉細(xì)度、煤粉濃度和煤粉氣流混合物的初混及燃燒溫度有關(guān)。

一般情況下，1、揮發(fā)分大的煤火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤?、灰分大的煤火焰?zhèn)鞑ニ俣刃。?、水分增大時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?。圖4—5示出上述關(guān)系。圖4—5(a)是用一次風(fēng)速(即煤風(fēng)氣流的速度)來表示火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拿x火焰?zhèn)鞑ニ俣?。由圖可見：揮發(fā)分大的煤火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤靾D4—5(b)還表示出對揮發(fā)分含量不同的煤、存在一個(gè)與火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲笾迪鄬?yīng)的空氣一煤粉的比值(kg空氣/kg煤)。這表明，在著火區(qū)，煤粉與空氣的混合比例對火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊憳O大。上述圖中的數(shù)據(jù)未必具有普遍意義，但其指出的規(guī)律是有指導(dǎo)價(jià)值的。由圖可見：灰分大的煤火焰?zhèn)鞑ニ俣刃?、

提高煤粉細(xì)度時(shí)，揮發(fā)分析出快，并增加了燃料的反應(yīng)面積，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤娠@著提高。

5、提高爐膛溫度時(shí)，火焰面向周圍環(huán)境的散熱減少，反應(yīng)速度加快，因而提高了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。由此也就說明，鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛環(huán)境溫度較高，容易穩(wěn)定燃燒；而在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃燒故熱量減少，冷卻散熱條件增強(qiáng)，需要加強(qiáng)穩(wěn)燃措施或增加易燃的液體或氣體燃料，來幫助煤粉氣流穩(wěn)定燃燒，其實(shí)質(zhì)是提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?。第三?jié)煤粉的著火過程

如前所述，煤粉的燃燒過程可由下述過程粗略地描寫：煤粉受熱，水分析出→繼續(xù)受熱，絕大部分揮發(fā)分析出，揮發(fā)分首先著火→引燃焦碳，并繼續(xù)析出殘余的部分揮發(fā)分，揮發(fā)分與焦碳一道燃盡→形成灰渣。在上述過程中，大部分揮發(fā)分著火，燃盡時(shí)間僅約占整個(gè)燃燒過程的10％，約為0.2—0.5s；而焦碳燃盡程度達(dá)到98％的過程所占的時(shí)間很長，約占整個(gè)燃燒過程的90％，燃盡時(shí)間為1-2.8s，從燃燒放熱量來看，焦碳占煤粉總放熱量的60％-95％。

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。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般著火時(shí)間長的燃料，所需的燃盡時(shí)間也相應(yīng)地比較長。煤粉著火燃燒過程的細(xì)節(jié)十分復(fù)雜，只能說明幾個(gè)階段的主要特征。

1、煤粉顆粒必須首先吸熱升溫，熱源來自爐內(nèi)1300-1600℃的高溫?zé)煔?，通過對流、輻射、熱傳導(dǎo)方式使新鮮燃料受熱升溫。煤粉顆粒中水分首先析出，燃煤得到干燥，隨著水分的蒸發(fā)，燃煤溫度不斷升高。對于不同煤種，大約在120—450℃的溫度范圍內(nèi)，煤中的揮發(fā)分析出，揮發(fā)分析出后，剩余的固態(tài)物形成焦碳。2、可燃揮發(fā)分氣體的著火溫度比較抵，當(dāng)氧氣供應(yīng)充足時(shí)，大約加熱到450—550℃以上就可著火、燃燒，同時(shí)釋放熱量，加熱焦碳。焦碳同時(shí)從揮發(fā)分燃燒的局部高溫處和爐內(nèi)高溫?zé)煔鈪^(qū)吸收熱量．溫度升高，當(dāng)達(dá)到焦碳的著火溫度時(shí)，即著火燃燒，并放出大量熱量。

3、當(dāng)焦碳大半燒掉之后，內(nèi)部灰分將對燃盡過程產(chǎn)生影響。其原因是：焦碳粒中內(nèi)部灰分均勻分布在可燃質(zhì)中，在焦碳粒從外表面到中心一層一層地燃燒的過程中，外層的內(nèi)在灰分裹在內(nèi)層焦碳上，形成一層灰殼，甚至形成渣殼，從而阻礙氧向焦碳表面的擴(kuò)散，使燃盡時(shí)間拖長。因此，灰分對燃盡過程的影響主要表現(xiàn)在內(nèi)部灰分的作用上，而絕大部分單獨(dú)存在的外部灰分對可燃層的燃盡不產(chǎn)生直接的妨礙作用。

4、煤粉氣流的著火溫度也隨煤粉細(xì)度而變化，煤粉越細(xì)，加熱速度越快，越容易著火。圖4-6是不同細(xì)度的煤粉粒子的升溫過程：從圖中可以看出，顆粒直徑越小的煤粉能夠以更快的速度達(dá)到著火溫度。這是因?yàn)槊悍墼郊?xì)，燃燒反應(yīng)的表面積越大。所以在煤粉氣流燃燒時(shí)，細(xì)煤粉首先著火。煤粉在爐內(nèi)的燃燒情況更為復(fù)雜。因?yàn)槊悍垲w粒有粗有細(xì)，揮發(fā)分析出時(shí)，所需的時(shí)間也長短不一。當(dāng)細(xì)粒煤粉已進(jìn)入焦碳燃燒過程，而粗粒煤粉還在析出揮發(fā)分。即細(xì)的煤粒已經(jīng)燒完、粗的煤粒才剛剛開始燃燒。

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，煤粉在爐內(nèi)的加熱升溫速度很快，升溫速度為(0.5-1.0)x104℃/s，僅在0.1一0.2s的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到爐內(nèi)燃燒時(shí)的溫度水平1500℃左右。在這種條件下，揮發(fā)分燃燒和焦碳燃燒這兩個(gè)環(huán)節(jié)很難截然分開，在很大程度上可能是同時(shí)進(jìn)行的。不過經(jīng)驗(yàn)表明、可燃揮發(fā)分大的煤，還是比較容易著火和燃盡的，因?yàn)閾]發(fā)分析出燃燒畢竟比焦碳的燃燒迅速得多，而且揮發(fā)分析出后可增大焦碳粒子與氧氣接觸的面積，提高焦碳粒子的反應(yīng)活性。所以可以認(rèn)為，可燃揮發(fā)分仍對煤粉著火起著決定性的作用。煤的揮發(fā)分愈多，揮發(fā)分著火燃燒時(shí)釋放的熱量也愈多，這樣焦碳得到充分加熱并增加了與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，因而燃燒的穩(wěn)定性也愈高。四、O2的擴(kuò)散速度及影響因素O2的擴(kuò)散速度：反映氣體擴(kuò)散程度的快慢，指單位時(shí)間向碳粒單位表面輸送的氧量→即炭粒單位表面上的供氧速度1）炭粒燃燒過程中→氣流與炭粒的相對速度越↑→擾動(dòng)越↑→紊流擴(kuò)散越↑→→O2向炭粒表面的供應(yīng)速度↑→→→→→→→→燃燒產(chǎn)物離開炭粒表面擴(kuò)散出去的速度↑→｝使O2的擴(kuò)散速度↑2）炭粒越↓→單位質(zhì)量炭粒的表面積越↑→與O2的反應(yīng)面積越↑→化學(xué)反應(yīng)消耗的O2越↑→炭粒表面的O2濃度會(huì)↓→炭粒表面與周圍環(huán)境的O2濃度差越↑時(shí)→O2的擴(kuò)散速度越↑

因此，供應(yīng)燃燒足夠的空氣量，↑炭粒與氣流的相對速度和↓炭粒直徑都會(huì)加強(qiáng)炭粒燃燒的擴(kuò)散速度五、燃燒速度與燃燒區(qū)域炭粒燃燒速度指單位表面上的實(shí)際反應(yīng)速度，一般用耗O2速度來表示→它即決定于O2向炭粒表面的擴(kuò)散速度→也決定于O2與炭粒的化學(xué)反應(yīng)速度→最終決定于兩者中的較慢者實(shí)際上，在爐內(nèi)燃燒過程中→反應(yīng)物的濃度、爐膛P

變化較小，可不考慮因此煤粉的燃燒速度主要與T和O2的擴(kuò)散速度有關(guān)，在不同的T下，由于化學(xué)反應(yīng)條件與氣體擴(kuò)散條件的影響不同→燃燒過程可能處于三個(gè)不同的區(qū)域：1、動(dòng)力燃燒區(qū)→T↓T＜1000℃：炭粒表面化學(xué)反應(yīng)速度Wh較慢→供應(yīng)到炭粒表面的O2量＞＞化學(xué)反應(yīng)所需的耗O2量

→意味著燃燒速度主要決定于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力因素（T和燃料反應(yīng)特性），而與O2的擴(kuò)散速度關(guān)系不大→這種燃燒工況稱為處于動(dòng)力燃燒區(qū)→該區(qū)域內(nèi)，溫度對燃燒速度起著決定性的作用，因此，↑T是強(qiáng)化動(dòng)力燃燒工況的有效措施

2、擴(kuò)散燃燒區(qū)→T↑T＞1400℃：炭粒表面化學(xué)反應(yīng)速度Wh很快→以至耗O2

速度＞＞O2的供應(yīng)速度→炭粒表面O2濃度實(shí)際為0→由于擴(kuò)散到炭粒表面的O2遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，O2的擴(kuò)散速度已成為制約燃燒速度的主要因素→而與T關(guān)系不大→這種燃燒工況稱為處于擴(kuò)散燃燒區(qū)在該區(qū)域內(nèi)→改善擴(kuò)散混合條件→↑氣流與炭粒的相對速度，↓炭粒直徑都可以↑燃燒速度

3、過渡燃燒區(qū)此區(qū)O2的擴(kuò)散速度≈炭粒表面的化學(xué)反應(yīng)速度→故化學(xué)反應(yīng)速度和O2的擴(kuò)散速度都對燃燒速度有影響→這種燃燒工況稱處于過渡燃燒區(qū)→該區(qū)域要強(qiáng)化燃燒既要改善化學(xué)反應(yīng)條件→↑反應(yīng)系統(tǒng)T，又要改善炭粒與O2

的擴(kuò)散條件在一定條件下→可以使燃燒過程由一個(gè)區(qū)域移向另一個(gè)區(qū)域，例：T一定時(shí)→煤粉氣流相對速度↑或煤粉顆粒直徑↓→可使燃燒過程由擴(kuò)散區(qū)移向過渡區(qū)，甚至動(dòng)力區(qū)ω1(d3)ω2(d2)燃燒速度過渡區(qū)溫度擴(kuò)散區(qū)動(dòng)力區(qū)ω3(d1)圖5.3多相燃燒速度ωr的變化風(fēng)粉相對速度ω1＜ω2＜ω3碳粒直徑d1＜d2＜d3

隨炭粒直徑d↓或氣流與炭粒相對速度↑→O2向炭粒表面的擴(kuò)散過程加強(qiáng)→從動(dòng)力燃燒控制區(qū)過渡到擴(kuò)散燃燒控制區(qū)的T將↑，即燃燒過程的動(dòng)力區(qū)可擴(kuò)展到更高的T范圍→即更高T下仍是動(dòng)力區(qū)就煤的燃燒→由塊煤過渡到煤粉燃燒時(shí)→燃燒過程可從擴(kuò)散區(qū)移到過渡區(qū)甚至動(dòng)力區(qū)→故:a)煤粉爐只有粗煤粉在爐膛的高溫區(qū)才有可能接近擴(kuò)散燃燒→燃燒中心以外→煤粉處在過渡區(qū)甚至動(dòng)力區(qū)中燃燒→因此T爐↑和擴(kuò)散速度↑→可強(qiáng)化煤粉燃燒，

b)而層燃爐中煤顆?！剂蠈覶↑→煤粒一般處于擴(kuò)散燃燒→因此↑氣流相對速度強(qiáng)化擴(kuò)散是強(qiáng)化層燃燃燒的主要途徑

六、煤粉迅速而又完全燃燒的條件

1、相當(dāng)高的爐溫

T爐↑→燃燒速度↑→利于可燃物在爐內(nèi)燃燒完全

T爐過↑→可能導(dǎo)致過多燃燒產(chǎn)物還原成燃燒反應(yīng)物（2CO+O2→2CO2或CO2+C→2CO）

→燃燒不完全，見圖5-1（b）

→引起爐膛結(jié)渣→→引起膜態(tài)沸騰→

試驗(yàn)證明：一般鍋爐爐內(nèi)燃燒P=0.101MPa時(shí)

Tmax=1500～1600℃，此溫度下燃燒產(chǎn)物吸附量很小，可忽略不計(jì)→因此，可認(rèn)為T爐越↑越好

2、合適的空氣量

α↓→空氣中O2不能及時(shí)補(bǔ)充到煤粉表面→燃燒速度↓→不完全燃燒損失↑α↑→T爐↓→燃燒速度↓→不完全燃燒損失也相應(yīng)↑→排煙量↑→q2↑

因此，合適的空氣量應(yīng)根據(jù)最佳αl″來供應(yīng)3、燃料與空氣良好的混合供應(yīng)爐內(nèi)的空氣量足夠→若空氣中的O2不能及時(shí)補(bǔ)充到炭粒表面→并保證每個(gè)O2分子與可燃物分子接觸→

則仍不能實(shí)現(xiàn)完全燃燒→因此，一般常采用↑氣流相對速度或↓煤粒直徑→↑氣流紊流擴(kuò)散來達(dá)到良好強(qiáng)烈的混合

煤粉爐一般都采用一、二次風(fēng)組織燃燒→煤粉由一次風(fēng)攜帶進(jìn)入爐膛→煤粉著火后→一次風(fēng)很快被消耗→二次風(fēng)應(yīng)以較高的速度噴入爐內(nèi)與煤粉混合→補(bǔ)充燃燒所需的空氣→同時(shí)形成強(qiáng)烈的擾動(dòng)→沖破或↓炭表面的煙氣層和灰殼→以強(qiáng)行擴(kuò)散代替自然擴(kuò)散→從而↑擴(kuò)散混合速度→使燃燒速度↑并完全燃燒

4、足夠的爐內(nèi)停留時(shí)間

a)煤粉從燃燒器出口到爐膛出口一般需2-3秒→在這段時(shí)間內(nèi)煤粉必須完全燒掉→否則到爐出口處→受熱面多

→煙溫很快↓→燃燒就會(huì)停止→造成不完全燃燒損失

b)煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間主要取決于爐膛容積、爐膛高度及煙氣在爐內(nèi)的流速→這都與爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛截面熱負(fù)荷有關(guān)→即要在鍋爐設(shè)計(jì)中選擇合適的數(shù)據(jù)，而在鍋爐運(yùn)行時(shí)切不可以超負(fù)荷運(yùn)行

c)為保證煤粉燃盡→除保持爐內(nèi)火焰充滿程度和使?fàn)t膛有足夠的空間和高度外→還應(yīng)設(shè)法縮短著火與燃燒階段所需要的時(shí)間總之，要保證燃料的良好燃燒，就必須滿足以上四個(gè)條件→為此就要求燃燒設(shè)備具有合理的結(jié)構(gòu)和布置→以及在運(yùn)行中科學(xué)地組織整個(gè)燃燒過程

良好的燃燒條件1.合適的爐內(nèi)溫度（1500-1600℃）：保證迅速著火、燃燒，充分燃盡；2.充足、合適的空氣量（風(fēng)量）；3.煤粉與空氣的良好擾動(dòng)與混合：沖破煙氣層、灰殼，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制擴(kuò)散；4.足夠的爐內(nèi)停留燃燒時(shí)間（2-3s）。

第二節(jié)、煤粉氣流的燃燒過程一、煤粉氣流的燃燒過程——分以下三個(gè)階段

1、著火前的準(zhǔn)備階段

a)應(yīng)盡量↓煤粉氣流加熱到著火T所需的熱量→可以通過對燃料預(yù)先干燥→↓輸送煤粉的一次風(fēng)風(fēng)量和↑

輸送的一次風(fēng)風(fēng)溫等方法來達(dá)到

b)盡快給煤粉氣流提供著火所需的熱量→可通過↑T爐和使煤粉氣流與高溫?zé)煔鈴?qiáng)烈混合等方法來實(shí)現(xiàn)

2、燃燒階段：煤粉氣流著火以后進(jìn)入燃燒階段→包括揮發(fā)分和焦碳的燃燒→是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱階段→當(dāng)T↑到一定時(shí)→揮發(fā)分先著火燃燒→燃燒放熱對煤粒直接加熱→煤粒被

煤粉氣流噴入爐內(nèi)至著火這一階段為著火前準(zhǔn)備階段

→此階段是吸熱階段

→此階段煤粉氣流被爐膛中的煙氣不斷加熱→T逐漸↑→煤粒受熱后→首先水分蒸發(fā)→接著干燥的煤粉進(jìn)行分解析出揮發(fā)分→揮發(fā)分析出的數(shù)量和成分決定于煤的特性，加熱T與速度→揮發(fā)分析出過程一直延續(xù)到1100～1200℃，要使煤粉著火快，可從兩方面著手：

加熱到一定T并有O2補(bǔ)充到其表面→C燃燒時(shí)間↑，且不易燃燒完全→所以要使煤燃燒快又好，需對煤組織好燃燒

→因此使?fàn)t內(nèi)保持足夠高的T，保證空氣充分供應(yīng)并使之強(qiáng)烈混合3、燃盡階段煤粉經(jīng)燃燒后，炭變↓→表面形成灰殼→大部分可燃質(zhì)已燃盡→只剩少量殘余C繼續(xù)燃燒成灰渣

1）由于殘余C常被灰和煙氣包圍→空氣很難與之接觸

2）此階段O2濃度↓→氣流擾動(dòng)↓→燃燒速度↓→Q放＜Q吸→θ煙↓→故此階段燃燒反應(yīng)緩慢→易造成不完全燃燒為使煤粉在爐內(nèi)燃盡→應(yīng)保證此階段所需是時(shí)間→

并設(shè)法加強(qiáng)擾動(dòng)來擊破灰衣→以改善風(fēng)粉混合，使灰渣中可燃物燒盡2.燃燒的3個(gè)階段：著火前準(zhǔn)備、燃燒、燃盡.燃燒3個(gè)階段著火前準(zhǔn)備階段：是吸熱階段。燃燒階段：包括揮發(fā)分與固定碳的燃燒，是急劇放熱階段。燃盡階段：是緩慢放熱階段。按照燃燒階段，可將爐膛劃分3個(gè)區(qū)域：燃燒區(qū)燃盡區(qū)著火區(qū)

對應(yīng)于煤粉燃燒的三個(gè)階段，可在爐膛中劃分出三個(gè)區(qū)，即著火區(qū)、燃燒區(qū)與燃盡區(qū)，由于燃燒的三個(gè)階段不是截然分開的，因而對應(yīng)的三個(gè)區(qū)無明確的分界線→大致可認(rèn)為：燃燒器附近是著火區(qū)，爐膛中部及燃燒區(qū)同一水平的區(qū)域及稍高的區(qū)域是燃燒區(qū)，高于燃燒區(qū)直至爐膛出口的區(qū)域都是燃盡區(qū)。其中著火區(qū)很短，燃燒區(qū)也不長，而燃盡區(qū)卻很長，根據(jù)R90=5%的煤粉實(shí)驗(yàn)，其中97%的可燃質(zhì)在25%的時(shí)間內(nèi)燃盡，其余3%的可燃質(zhì)在75%的時(shí)間內(nèi)燃盡圖5-2表三個(gè)區(qū)域的火炬情況，圖中表明：Ⅰ、氣流溫度θ→在著火區(qū)和燃燒區(qū)↑→在燃盡區(qū)↓

Ⅱ、煤粉中A在整個(gè)過程中↑

由于M、Vdaf析出，C燃燒→使A↑→到爐出口，飛灰中仍有少量未燃盡的CⅢ、氣流中O2含量不斷↓→O2含量在燃燒器出口處約為

21%→到爐膛出口處↓到3%～5%Ⅳ、燃燒產(chǎn)物RO2不斷↑→RO2在燃燒器出口約為0→到爐膛出口處↑到16%～17%

這些參數(shù)在燃燒最劇烈的燃燒區(qū)變化最快，在著火區(qū)和燃盡區(qū)變化較緩慢→因此整個(gè)燃燒過程中，關(guān)鍵在于組織好焦碳中炭的燃燒二、煤粉氣流的著火與強(qiáng)化煤粉氣流經(jīng)燃燒器以射流方式噴入爐內(nèi)，通過紊流擴(kuò)散和回流→卷吸高溫?zé)煔膺M(jìn)行對流換熱以獲得熱量，同時(shí)又受爐膛四壁及高溫火焰的輻射熱，使煤粉氣流被迅速加熱→當(dāng)加熱到一定T時(shí)→煤粉氣流開始著火→此T稱為著火T著火過程：煤粉氣流從初始T加熱至著火T的過程 著火熱：著火過程吸收的熱因著火熱源主要來自煤粉卷吸高溫?zé)煔膺M(jìn)行對流換熱，故，著火首先從與煙氣接觸的邊界層開始→然后以一定速度向射流軸心傳播→形成穩(wěn)定的著火面

煤粉氣流最好離燃燒器不遠(yuǎn)處就能迅速穩(wěn)定的著火，著火太遲→會(huì)使火焰中心上移→燃燒損失↑→爐上部結(jié)渣和t過熱偏高著火太早→造成燃燒器周圍結(jié)渣或燒壞燃燒器恰當(dāng)?shù)闹鹁嚯x一般為距燃燒器噴口300～500

mm左右影響煤粉氣流著火的主要因素有：燃料性質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行因素燃料：→燃料性質(zhì)：Vdaf、M、A、Q→煤粉細(xì)度及顆粒分布運(yùn)行：→鍋爐負(fù)荷

→調(diào)節(jié)方式

結(jié)構(gòu)：→燃燒器：→一次風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)速

→二次風(fēng)速、風(fēng)溫

→配風(fēng)方式及燃燒器結(jié)構(gòu)型式

→單只燃燒器的功率

→爐膛：→qA、qf、qv→散熱強(qiáng)度和放熱強(qiáng)度1、燃料性質(zhì)a)Vdaf↑→tzh↓→易著火在煤粉爐內(nèi)相同加熱條件下測出的煤粉氣流tzh為：煤種tzh

褐煤Vdaf=50%550℃

煙煤Vdaf=20～40%840～650℃

貧煤Vdaf=14%900℃

無煙煤Vdaf=4%1000℃

可見，貧煤、無煙煤著火較困難

b)M↑→著火熱↑→水分蒸發(fā)、過熱要耗熱→使煙溫↓