燃烧理论7煤燃烧原理与技术资料
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8
一、煤的热解过程
煤的热解过程
此时孔隙中充满
快速
液态热解产物
玻璃化
孔隙中液态热解产物 沸腾，释放出气泡
慢速热解，温度水平为400~600℃
初次挥发物 焦油、CO2、CO、C2、 C6H6、CH4、H2O
半焦 孔隙加大
快速热解，温度水平为2000 ℃
初次挥发物
中速
初次挥发物扩散通过煤粒内部孔隙或
6
一、煤的热解过程
煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。 热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这些焦
油和气体称为挥发分。 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃
气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于：加热升温
速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间等。根据升 温速度不同，将热解过程分为慢速热解和快速热解： ◦ 慢速热解：加热煤粒的升温速度小于2℃/s; ◦ 快速热解：加热煤粒的升温速度大于104℃/s； ◦ 居于慢速热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。 ◦ 直径小于100μm的煤粉在煤粉炉属于快速热分解，不到
0.1s内完成热分解。
7
热解过程：分解反应和缩合缔合反应。 1. 煤在热解过程中随着温度的上升，在105℃以前主要析出吸
附气体和水分，但水分要到约300℃时才能完全析出。 2. 在200～300℃时析出热解水，并开始析出气态产物（如CO
和CO2等），同时有微量的焦油析出，而且随着温度的上升，煤 粒会变软并成为塑性状态。 3. 在300～500℃时，开始大量析出焦油和气体（主要为CH4及 其同系物，以及不饱和烃及CO、CO2等），即初次挥发物。 4. 在初次挥发物扩散出来通过煤粒孔隙或燃料层时，它们有可 能再次分解或热解形成二次挥发物。 5. 在500～750℃时，半焦开始热解，此时开始大量析出含氢 较多的气体。 6.在760～1000℃时，半焦继续热解，析出少量以含氢为主的 气体，半焦变成高温焦炭。
第七章 煤燃烧原理与技术
煤粒的燃烧
煤粒的燃烧过程 煤粒的热分解 碳粒燃烧的异相化学反应速度 碳粒的动力扩散燃烧区 碳粒的燃烧反应机理与燃尽时间 碳的气化反应及其对燃烧的影响 焦炭的燃烧
煤的燃烧方式与技术
煤的层状燃烧技术
煤的沸腾燃烧技术 煤的旋风燃烧技术 煤的悬浮燃烧技术
煤粉燃烧稳燃技术
煤粉射流稳燃机理 新型稳燃技术
1
7.1煤粒的燃烧
2
7.1.1煤粒的燃烧过程
煤的燃烧过程大致可分为5步：
◦ 干燥 100℃左右，析出水分； ◦ 热解 约300℃以后，燃料热分解析出挥发分，为
气态的碳氢化合物，同时生成焦和半焦； ◦ 着火 约500℃，挥发分首先着火，然后焦炭开始
着火； ◦ 燃烧 挥发分燃烧，焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快
10
二、煤的热解反应动力学模型
1、一步 反应模型
煤的热解过程及其复杂，因而建立热解反应动力学模型来描 述煤粒热解的动力学过程，并进而计算挥发物的析出速率也 是一个十分复杂的问题。
dav
d
k0 av
av
exp
E RT
上式可描述中等温度时的热解过程，称为一步反应模型， 由Badzioch提出。
k2
挥发a分1 av1+剩余焦1-a炭1 ah1
挥发分av2+剩余焦炭ah2
a2
1-a2
dac
d
k1 k2 ac
dav
d
a1k1 a2k2 ac
k1
k01
exp
E1 RT
k2
k02
exp
E2 RT
aS1t、ickal2e—r给—出挥：发分在两个反应中所占当量百分数 aacv— 1、Ek由—01a1=于=v原723—E4.煤712—×>0中6E两11J干0，/个5ms燥k-o1反0；2l无；>应kk灰E00所212=，基=析12所挥.45出62以发×4的6在分14挥0低含J1发/3ms温量-分1o；时l；的，质第量一个 ah1、a方h2程—将—起两主个要反作应用所；析在出高的温焦时炭，的第质二量个方
k0 —表观频率因子； E —视在活化能； R —通用气体 常数；T—热解温度；av—在时间t内析出的挥发分的质 量；av∞—从煤粒中析出的挥发分的最大质量。
11
二、煤的热解反应动力学模型
2、平行反应模型 Stickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒在快
速热解下由两个平行反应控制
k1 Coal
96.5 57~88
55 30 15
焦炭热值占总热值的份额%
95 59.6~83.5
66 40.5 20
5
7.1.2煤的热分解
一、煤的热解过程
800K 1390K 1720K 2170K
38.3% 48% 60% 71%
当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态，失去棱角
而使其形状变得更接近于球形，同时开始释放挥发份。
，从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时 间的10%；挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反 应，焦炭的燃烧为气-固异相化学反应； ◦ 燃尽 焦炭继续燃烧，直到燃尽。这一过程燃烧速 度慢，燃尽时间长。
3
褐煤燃烧时温度和质量随时间的变化
4
常见固体燃料可燃质情况
燃料种类
无烟煤 烟煤 褐煤 泥煤 木柴
可燃质中焦炭的质量份额%
➢ 挥发份释放后留下的是一多孔的炭。热解过程中不同的煤有 着不同程度的膨胀。
➢ 加热速率对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响；慢速
加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得到很小，甚至无碳。
➢ 煤粒终温对挥发分析出的最终产量Hale Waihona Puke Baidu响很大：随着热解温度 的提高，挥发分产量可高达70%以上，即挥发分并不是一个确 定不变的常数。
燃料层时裂解或热分解
半焦
慢速 离解
二次挥发物 CO2、CO、C2H6、CH4、 H2O、液体+二次焦油
三次挥发物
饱和和不饱和H2和 气态碳氢化合物
焦炭
9
煤热解产物的产量
煤在热分解时其析出产物产量决定因素：对煤的加热速率、加 热时的温度范围、加热的持续时间、煤颗粒尺寸、气氛压力、 成分等因素。
（1）对于每一具体的加热速率，挥发分的总析出量以及挥发 物中气态和液态碳氢化合物的比例随加热温度的升高而增加。
（2）如果热解的最终加热温度保持在低水平（例如500℃）不 变，则随着加热速率的增加挥发分的总析出量将增加但挥发物 中气体和液体碳氢化合物的比例将减小。
（3）当热解的最终加热温度很高（例如高于1000℃）时，在 高的加热速率下，挥发分的总析出量及其气液碳氢化合物的比 例均增加。
（4）加热温度越高，停留时间越长，同样的煤热解时析出的 挥发分越多。
一、煤的热解过程
煤的热解过程
此时孔隙中充满
快速
液态热解产物
玻璃化
孔隙中液态热解产物 沸腾，释放出气泡
慢速热解，温度水平为400~600℃
初次挥发物 焦油、CO2、CO、C2、 C6H6、CH4、H2O
半焦 孔隙加大
快速热解，温度水平为2000 ℃
初次挥发物
中速
初次挥发物扩散通过煤粒内部孔隙或
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一、煤的热解过程
煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。 热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这些焦
油和气体称为挥发分。 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃
气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于：加热升温
速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间等。根据升 温速度不同，将热解过程分为慢速热解和快速热解： ◦ 慢速热解：加热煤粒的升温速度小于2℃/s; ◦ 快速热解：加热煤粒的升温速度大于104℃/s； ◦ 居于慢速热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。 ◦ 直径小于100μm的煤粉在煤粉炉属于快速热分解，不到
0.1s内完成热分解。
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热解过程：分解反应和缩合缔合反应。 1. 煤在热解过程中随着温度的上升，在105℃以前主要析出吸
附气体和水分，但水分要到约300℃时才能完全析出。 2. 在200～300℃时析出热解水，并开始析出气态产物（如CO
和CO2等），同时有微量的焦油析出，而且随着温度的上升，煤 粒会变软并成为塑性状态。 3. 在300～500℃时，开始大量析出焦油和气体（主要为CH4及 其同系物，以及不饱和烃及CO、CO2等），即初次挥发物。 4. 在初次挥发物扩散出来通过煤粒孔隙或燃料层时，它们有可 能再次分解或热解形成二次挥发物。 5. 在500～750℃时，半焦开始热解，此时开始大量析出含氢 较多的气体。 6.在760～1000℃时，半焦继续热解，析出少量以含氢为主的 气体，半焦变成高温焦炭。
第七章 煤燃烧原理与技术
煤粒的燃烧
煤粒的燃烧过程 煤粒的热分解 碳粒燃烧的异相化学反应速度 碳粒的动力扩散燃烧区 碳粒的燃烧反应机理与燃尽时间 碳的气化反应及其对燃烧的影响 焦炭的燃烧
煤的燃烧方式与技术
煤的层状燃烧技术
煤的沸腾燃烧技术 煤的旋风燃烧技术 煤的悬浮燃烧技术
煤粉燃烧稳燃技术
煤粉射流稳燃机理 新型稳燃技术
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7.1煤粒的燃烧
2
7.1.1煤粒的燃烧过程
煤的燃烧过程大致可分为5步：
◦ 干燥 100℃左右，析出水分； ◦ 热解 约300℃以后，燃料热分解析出挥发分，为
气态的碳氢化合物，同时生成焦和半焦； ◦ 着火 约500℃，挥发分首先着火，然后焦炭开始
着火； ◦ 燃烧 挥发分燃烧，焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快
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二、煤的热解反应动力学模型
1、一步 反应模型
煤的热解过程及其复杂，因而建立热解反应动力学模型来描 述煤粒热解的动力学过程，并进而计算挥发物的析出速率也 是一个十分复杂的问题。
dav
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k0 av
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E RT
上式可描述中等温度时的热解过程，称为一步反应模型， 由Badzioch提出。
k2
挥发a分1 av1+剩余焦1-a炭1 ah1
挥发分av2+剩余焦炭ah2
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k1 k2 ac
dav
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k1
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E1 RT
k2
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E2 RT
aS1t、ickal2e—r给—出挥：发分在两个反应中所占当量百分数 aacv— 1、Ek由—01a1=于=v原723—E4.煤712—×>0中6E两11J干0，/个5ms燥k-o1反0；2l无；>应kk灰E00所212=，基=析12所挥.45出62以发×4的6在分14挥0低含J1发/3ms温量-分1o；时l；的，质第量一个 ah1、a方h2程—将—起两主个要反作应用所；析在出高的温焦时炭，的第质二量个方
k0 —表观频率因子； E —视在活化能； R —通用气体 常数；T—热解温度；av—在时间t内析出的挥发分的质 量；av∞—从煤粒中析出的挥发分的最大质量。
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二、煤的热解反应动力学模型
2、平行反应模型 Stickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒在快
速热解下由两个平行反应控制
k1 Coal
96.5 57~88
55 30 15
焦炭热值占总热值的份额%
95 59.6~83.5
66 40.5 20
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7.1.2煤的热分解
一、煤的热解过程
800K 1390K 1720K 2170K
38.3% 48% 60% 71%
当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态，失去棱角
而使其形状变得更接近于球形，同时开始释放挥发份。
，从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时 间的10%；挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反 应，焦炭的燃烧为气-固异相化学反应； ◦ 燃尽 焦炭继续燃烧，直到燃尽。这一过程燃烧速 度慢，燃尽时间长。
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褐煤燃烧时温度和质量随时间的变化
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常见固体燃料可燃质情况
燃料种类
无烟煤 烟煤 褐煤 泥煤 木柴
可燃质中焦炭的质量份额%
➢ 挥发份释放后留下的是一多孔的炭。热解过程中不同的煤有 着不同程度的膨胀。
➢ 加热速率对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响；慢速
加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得到很小，甚至无碳。
➢ 煤粒终温对挥发分析出的最终产量Hale Waihona Puke Baidu响很大：随着热解温度 的提高，挥发分产量可高达70%以上，即挥发分并不是一个确 定不变的常数。
燃料层时裂解或热分解
半焦
慢速 离解
二次挥发物 CO2、CO、C2H6、CH4、 H2O、液体+二次焦油
三次挥发物
饱和和不饱和H2和 气态碳氢化合物
焦炭
9
煤热解产物的产量
煤在热分解时其析出产物产量决定因素：对煤的加热速率、加 热时的温度范围、加热的持续时间、煤颗粒尺寸、气氛压力、 成分等因素。
（1）对于每一具体的加热速率，挥发分的总析出量以及挥发 物中气态和液态碳氢化合物的比例随加热温度的升高而增加。
（2）如果热解的最终加热温度保持在低水平（例如500℃）不 变，则随着加热速率的增加挥发分的总析出量将增加但挥发物 中气体和液体碳氢化合物的比例将减小。
（3）当热解的最终加热温度很高（例如高于1000℃）时，在 高的加热速率下，挥发分的总析出量及其气液碳氢化合物的比 例均增加。
（4）加热温度越高，停留时间越长，同样的煤热解时析出的 挥发分越多。