锅炉原理-第五章-煤粉燃烧理论基础及燃烧设备资料
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煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
煤粉炉燃烧原理及燃烧设备第一节燃烧化学反应动力学基础燃烧一般是指燃料与氧化剂进行的剧烈化学反应。
燃料与氧化剂可以是同一形态的，如气体燃料在空气中的燃烧，称为单相（均相）燃烧；燃料与氧气剂也可以是不同形态的，如固体燃料在空气中的燃烧，称为多相燃烧。
电厂锅炉的主要燃料是煤，使用空气作燃料的氧化剂。
电厂锅炉的主要燃料是煤使用空气作燃料的氧化剂一、碳粒的燃烧过程和燃烧速度炭粒表面的多相燃烧大致包括如下几个过程炭粒表面的多相燃烧大致包括如下几个过程：（1）参加燃烧的氧从周围环境扩散到炭粒的反应表面；（2）氧被炭粒表面吸附；（3）在炭粒表面进行燃烧化学反应；（4）燃烧产物由炭粒表面解吸附；（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。
炭粒燃烧速度是指炭粒单位表面上的实际反应速度，它取决于上述过程中进行得最慢的过程。
碳的燃烧速度主要决定于氧向炭粒表面的扩散速度和在反应表面上进行的化学反应速度最终决定于两者中的较慢者速度，最终决定于两者中的较慢者。
(吸附和解吸附过程速度快)1、影响化学反应速度的因素（1）浓度对化学反应速度的影响化学反应是在一定条件下反应物分子之化学反应是在一定条件下，反应物分子之间彼此碰撞而产生的，分子在单位时间内的碰撞次数越多则化学反应速度越快的碰撞次数越多，则化学反应速度越快。
分子碰撞次数决定于单位容积中反应物的分子数，即物质浓度。
在定温度下反应容积不变增加反应在一定温度下，反应容积不变，增加反应物的浓度即可增加反应物的分子数，分子之间的碰撞次数就会增多，反应速度就会加快。
加快（2）压力对化学反应速度的影响分子运动论认为，气体压力是气体分子撞击容器壁面的结果。
在温度和容积不变的条件下，反应物压力高，意味着反应物浓度大，因此化学反应速度就快。
（3）温度对化学反应速度的影响阿累尼乌斯定律反映的是温度对化学反应速度影响的规律。
阿累尼乌斯定律反映的是温度对化学反应速度影响的规律化学反应是在一定条件下，反应分子间发生碰撞而发生的，应在条件应发生撞发生的但并不是所有碰撞的分子都可以发生反应，只有那些碰撞能量足以破坏现存化学键并建立新的化学键的碰撞才是有效的。
5煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
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2、旋转射流的特点
（1）二次风是旋转气流。一次风可以是旋转气流，也 可用扩锥扩展。因此整个气流形成空心圆锥形旋转气
流。
（2）旋转射流有强烈的卷吸作用，能将中心及外缘的 气体带走，造成负压区，在中心部分和外缘就会因高温烟 气回流而形成回流区。
–中心部分形成的回流区称为内回流区；
–外缘部分形成的回流区称为外回流区。
• 单蜗壳扩锥型旋流燃烧器： • 双蜗壳旋流燃烧器： • 轴向叶片旋流燃烧器： • 切向叶片式旋流燃烧器：
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三、新型煤粉燃烧器
（一）煤粉稳燃 1、常用稳燃措施 （1）敷设燃烧带； （2）热风送粉； （3）较低的一次风速和一次风率； （4）减小颗粒细度； （5）控制最低运行负荷以及采用性能良好的燃烧器。 2、三高区理论 高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度。
影响因素： （1）反应物性质；（2）反应物的浓度；（3）温度； （4）压力；（5）是否有催化剂或连锁反应。
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2
（二）质量作用定律
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3
（三）阿累尼乌斯定律
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4
（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
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沿炉膛高度燃料分级燃烧81
一次燃料 80%入炉燃料
二次燃料 20%入炉燃料
主燃烧区 100%NOX
再燃还原区
一次风
燃尽区
燃尽风
40%NOX 炉膛内燃料分级燃烧过程
第五章 煤粉燃烧理论及燃烧设备
着火和熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时的放热量Q1为
Q1 k0e
E RT
C VQr
n o2
向周围介质的散热量Q2为
Q2 S T Tb
?
着火和熄火的热力条件
着火热
定义 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量 计算
一次风 煤粉 水分
g 100 M ar Qzh V1ck cr Mcq t zh t1 100 M ar M 4.19 100 t1 2510 cq t zh 100 100
瞬时化学反应速度可表示为 dc A ＝－ dc B ＝ dc G dCH A＝－ B G H dt dt dt dt
影响化学反应速度的因素
浓度 温度
压力
催化反应
氧的扩散速度
炭粒与氧的燃烧化学反应是在炭粒表面进行 的。由于化学反应消耗氧，炭粒反应表面氧 浓度CB小于周围介质中的氧浓度CO，周围环 境的氧不断向炭粒表面扩散。氧扩散过程的 快慢用氧的扩散速度表示。
第五章
煤粉燃烧理论基础及 燃烧设备
本章内容
燃烧的基本理论
煤粉气流的着火和燃烧
煤粉燃烧器及其炉内布置型式 煤粉炉点火设备 燃烧调整试验方法
本章重点与难点
炭粒的燃烧过程与影响因素 燃烧的三个区域 着火和熄火的热力条件 煤粉气流着火的影响因素 燃烧完全的条件
直流射流的特性、直流燃烧器的种类、特点、布 置方式 旋流射流的特性、旋流燃烧器的种类与特点、布 置方式
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要 作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需 要，用于挥发分的燃烧 二次风 着火后单独送入的空气，补充后期 燃烧所需空气，用于焦炭燃烧，并起到气流 的扰动和混合的作用 三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充 分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉 的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧
第5章 锅炉燃烧原理及燃烧系统
§ 5§ 5.1 燃烧化学反应动力学基础 煤粉炉燃烧原理和燃烧设备
第 5 章
一、燃烧化学反应速度 1.化学反应速度 锅炉燃烧过程是个复杂的化学—物理过程，燃烧 速度取决于化学条件和物理条件。燃料的燃烧化 学反应可表示为
aA bB gG hH
燃料 氧化剂 燃烧产物 反应速度--单位时间内,单位体积中反应物消耗或生成物 的摩尔数，摩尔/(m 3/s)。
l??其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，
1)浓度的影响：Wh
Wh k CB
dC B dt
kCB
碳粒燃烧的化学反应速度
碳粒燃烧的化学反应速度常数 碳粒表面的氧浓度
2. 温度对燃烧速度的影响
遵循阿累尼乌斯定律：
K Koe
E RT
式中： K--表征化学反应速度的常数； K0--频率因子；
R--通用气体常数， R＝8.314 kJ/(Kmol.K)；
E --化学反应活化能 , kJ/Kmol；， T─绝对温度， K。
实际的锅炉燃烧过程、压力和浓度可认为基本不变, 所 以温度是影响反映速度的主要因素。
3.连锁反应
在化学反应中会自动生成一系列新的活化中心、使反应由 许多中间过程组成, 即连锁反应。如 500 °C 时氢的燃烧, 连锁反应使反应速度加快。
包括加热煤粉和空气 (一次风), 使煤粉气流中的 水分蒸发和过热所需要的热量。
1)着火热的组成
2)着火热的来源
炉膛内高温烟气的对流换热;炉膛内高温火焰 的辐射换热。以对流换热为主。
3)着火位置:离开燃烧器 200~300 毫米处,最多不超过 500 毫米。 二．煤粉的燃烧过程 1.燃烧阶段 １)着火前的准备阶段－－吸热阶段
直接影响一次风和二次风的混合情况, 燃烧器出口截面越大着火点离喷 口越远尽量采用尺寸小的小功率燃烧器
第 5 章
一、燃烧化学反应速度 1.化学反应速度 锅炉燃烧过程是个复杂的化学—物理过程，燃烧 速度取决于化学条件和物理条件。燃料的燃烧化 学反应可表示为
aA bB gG hH
燃料 氧化剂 燃烧产物 反应速度--单位时间内,单位体积中反应物消耗或生成物 的摩尔数，摩尔/(m 3/s)。
l??其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，
1)浓度的影响：Wh
Wh k CB
dC B dt
kCB
碳粒燃烧的化学反应速度
碳粒燃烧的化学反应速度常数 碳粒表面的氧浓度
2. 温度对燃烧速度的影响
遵循阿累尼乌斯定律：
K Koe
E RT
式中： K--表征化学反应速度的常数； K0--频率因子；
R--通用气体常数， R＝8.314 kJ/(Kmol.K)；
E --化学反应活化能 , kJ/Kmol；， T─绝对温度， K。
实际的锅炉燃烧过程、压力和浓度可认为基本不变, 所 以温度是影响反映速度的主要因素。
3.连锁反应
在化学反应中会自动生成一系列新的活化中心、使反应由 许多中间过程组成, 即连锁反应。如 500 °C 时氢的燃烧, 连锁反应使反应速度加快。
包括加热煤粉和空气 (一次风), 使煤粉气流中的 水分蒸发和过热所需要的热量。
1)着火热的组成
2)着火热的来源
炉膛内高温烟气的对流换热;炉膛内高温火焰 的辐射换热。以对流换热为主。
3)着火位置:离开燃烧器 200~300 毫米处,最多不超过 500 毫米。 二．煤粉的燃烧过程 1.燃烧阶段 １)着火前的准备阶段－－吸热阶段
直接影响一次风和二次风的混合情况, 燃烧器出口截面越大着火点离喷 口越远尽量采用尺寸小的小功率燃烧器
第五章 煤粉燃烧理
阿累尼乌斯定律表示：
dC
a b k AC A C B
k k0e
E RT
b wB k 0 C B e
E RT
3、活化能的影响：在一定温度下，活化能越大，活化分子 数越少，则化学速度越慢；反之，若活化能越小，化学反应 速度就越快。在相同条件下，不同燃料的焦碳的燃烧反应， 其活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分煤 的活化能较大。各类煤的焦炭按方程反应的活化能的值 (MJ/kmol) 分别为： 褐煤：92~105；烟煤：117~134；无烟煤：140~147 4、压力对化学反应速度的影响 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意 味着反应物浓度增加，从而使反应速度加快。化学反应速度 与反应系统压力的次方成正比：
r kC0
当温度很高时（＞1400℃），化学反应速度常数随温度的升 高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速 度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这
时»，则 ks≈ ， k
r kC0
3、过渡燃烧区 介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应 速度常数与氧的扩散速度系数处于同一数量级，因 而氧的扩散速度与炭粒表面的化学反应速度相差不 多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速 度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。 在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩 散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。 在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温 区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外， 大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。煤粉锅炉 着火区是动力区。 因此煤粉锅炉提高炉膛温度和氧的扩散速度都可 பைடு நூலகம்强化煤粉的燃烧过程。
B ks r
dC
a b k AC A C B
k k0e
E RT
b wB k 0 C B e
E RT
3、活化能的影响：在一定温度下，活化能越大，活化分子 数越少，则化学速度越慢；反之，若活化能越小，化学反应 速度就越快。在相同条件下，不同燃料的焦碳的燃烧反应， 其活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分煤 的活化能较大。各类煤的焦炭按方程反应的活化能的值 (MJ/kmol) 分别为： 褐煤：92~105；烟煤：117~134；无烟煤：140~147 4、压力对化学反应速度的影响 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意 味着反应物浓度增加，从而使反应速度加快。化学反应速度 与反应系统压力的次方成正比：
r kC0
当温度很高时（＞1400℃），化学反应速度常数随温度的升 高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速 度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这
时»，则 ks≈ ， k
r kC0
3、过渡燃烧区 介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应 速度常数与氧的扩散速度系数处于同一数量级，因 而氧的扩散速度与炭粒表面的化学反应速度相差不 多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速 度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。 在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩 散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。 在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温 区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外， 大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。煤粉锅炉 着火区是动力区。 因此煤粉锅炉提高炉膛温度和氧的扩散速度都可 பைடு நூலகம்强化煤粉的燃烧过程。
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煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
• 各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大， 过分强调着火温度意义不大，
• 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态， 孕育时间长，着火温度可低于大气温度。
• 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大 简化。
• 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系 统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。
（二）质量作用定律
（三）阿累尼乌斯定律
（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
二、燃烧速度与燃烧区域 1、碳的多相燃烧特点
2、多相燃烧反应的燃烧区域
第二节 煤和煤粉的着火和燃烧
一、热力着火
1、定义 着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程 可分为： 连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。 热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生
（3）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要 比直流射流短。
（4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角， 用符号表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流 大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散 角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回 流量也增多。
（5）当气流旋流强度增加到一定程度时射流会 突然贴在墙壁上，即扩散角等于180℃，这种现象
（二）低NOx燃烧技术
• 随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅 度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关
NOX，mg/m3
3000
2000
低挥发份煤
液态排渣炉
1000
高挥发份煤
固态排渣炉
0
0
1
2
3
4
5
燃烧器出口氧量，%
• 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态， 孕育时间长，着火温度可低于大气温度。
• 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大 简化。
• 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系 统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。
（二）质量作用定律
（三）阿累尼乌斯定律
（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
二、燃烧速度与燃烧区域 1、碳的多相燃烧特点
2、多相燃烧反应的燃烧区域
第二节 煤和煤粉的着火和燃烧
一、热力着火
1、定义 着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程 可分为： 连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。 热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生
（3）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要 比直流射流短。
（4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角， 用符号表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流 大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散 角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回 流量也增多。
（5）当气流旋流强度增加到一定程度时射流会 突然贴在墙壁上，即扩散角等于180℃，这种现象
（二）低NOx燃烧技术
• 随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅 度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关
NOX，mg/m3
3000
2000
低挥发份煤
液态排渣炉
1000
高挥发份煤
固态排渣炉
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燃烧器出口氧量，%
第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
2）燃烧阶段（放热）
煤粉颗粒局部着火燃烧 →燃烧扩散到整个表面
3）燃尽阶段
炭粒变小，表面形成灰壳， 少量未燃尽炭继续燃烧
2024年8月3日
2024年8月3日
一、煤粉的燃烧过程
2．炭粒的燃烧
1）煤粉燃烧的关键
➢ （1）可燃质的主要部分 ➢ （2）燃烧过程最长 ➢ （3）放热量份额大
2）燃烧机理 C O2 CO2 一次反应 2C O2 2CO
5）炉内散热条件——敷设卫燃带（注意结渣） 6）燃烧器结构特性
➢ （1）一、二次风混合 ➢ （2）尺寸
7）锅炉负荷——着火稳定性条件限制了调节范围
2024年8月3日
6．结论
1）稳定着火过程的首要条件：组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混 合→供给足够Qzh
2）减小Qzh的有效措施：提高一次风温、合适的一次风量和风速 3）难燃煤稳定着火常用方法：较细较均匀煤粉，敷设卫燃带
1．着火过程
煤粉空气混合物→燃烧器→喷入炉膛→卷吸高温烟气（湍 流扩散、回流）+ 高温火焰辐射→被迅速加热→热量达到 一定T→着火
2024年8月3日
3．理想的煤粉气流着火
1）着火过早→燃烧器喷口烧坏、附近结渣 2）着火太迟→推迟整个燃烧过程→q4↑
→火焰中心上移→炉膛出口受热面结渣
2024年8月3日
2024年8月3日
1．炭粒的多相燃烧反应
1）参加燃烧的O从周围环境扩散到炭 粒的反应表面
2）氧气被炭粒表面吸附（最快） 3）在炭粒表面进行燃烧化学反应 4）燃烧产物由炭粒解吸附（最快） 5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周
围环境中（较快）
2024年8月3日
4．燃烧过程反应区域
1）动力燃烧区（T<1000℃）取决于T和燃料反应特性 →提高T以强化动力燃烧工况
煤粉颗粒局部着火燃烧 →燃烧扩散到整个表面
3）燃尽阶段
炭粒变小，表面形成灰壳， 少量未燃尽炭继续燃烧
2024年8月3日
2024年8月3日
一、煤粉的燃烧过程
2．炭粒的燃烧
1）煤粉燃烧的关键
➢ （1）可燃质的主要部分 ➢ （2）燃烧过程最长 ➢ （3）放热量份额大
2）燃烧机理 C O2 CO2 一次反应 2C O2 2CO
5）炉内散热条件——敷设卫燃带（注意结渣） 6）燃烧器结构特性
➢ （1）一、二次风混合 ➢ （2）尺寸
7）锅炉负荷——着火稳定性条件限制了调节范围
2024年8月3日
6．结论
1）稳定着火过程的首要条件：组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混 合→供给足够Qzh
2）减小Qzh的有效措施：提高一次风温、合适的一次风量和风速 3）难燃煤稳定着火常用方法：较细较均匀煤粉，敷设卫燃带
1．着火过程
煤粉空气混合物→燃烧器→喷入炉膛→卷吸高温烟气（湍 流扩散、回流）+ 高温火焰辐射→被迅速加热→热量达到 一定T→着火
2024年8月3日
3．理想的煤粉气流着火
1）着火过早→燃烧器喷口烧坏、附近结渣 2）着火太迟→推迟整个燃烧过程→q4↑
→火焰中心上移→炉膛出口受热面结渣
2024年8月3日
2024年8月3日
1．炭粒的多相燃烧反应
1）参加燃烧的O从周围环境扩散到炭 粒的反应表面
2）氧气被炭粒表面吸附（最快） 3）在炭粒表面进行燃烧化学反应 4）燃烧产物由炭粒解吸附（最快） 5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周
围环境中（较快）
2024年8月3日
4．燃烧过程反应区域
1）动力燃烧区（T<1000℃）取决于T和燃料反应特性 →提高T以强化动力燃烧工况
锅炉教案第五章燃烧理论.
第五章 煤粉燃烧的理论基础和燃烧设备（一）教学要求1.掌握炭粒的三个燃烧区域，理解影响燃烧反应的化学因素和物理因素2.掌握煤粉气流着火的影响因素和完全燃烧的条件3.了解直流射流的特性，理解直流燃烧器的结构型式及其布置情况4.了解旋流射流的特性，理解旋流燃烧器的结构型式及其布置情况5.了解W 型火焰燃烧技术（二）重点和难点重点：1.炭粒燃烧的动力燃烧区、扩散燃烧区、过渡燃烧器三个区域2.煤粉气流着火的影响因素3.煤粉完全燃烧的条件难点：1.直流燃烧器的结构型式及其布置情况2. 旋流燃烧器的结构型式及其布置情况（三）教学方式课堂讲授、多媒体教学结合课堂讨论及现场模型讲授(四)教学内容第一节 燃烧的基本理论复习几种热损失。
为了减小热损失，锅炉燃烧需要作到：稳定着火、快速燃尽。
为实现该目的，需寻找强化燃烧的方法，这就要认识燃烧过程的本质。
从而，需要学习基础燃烧理论。
燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应；同时伴随各种物理过程燃烧反应根据参加反应的物质不同分为：一、化学反应速度某一反应物浓度的减少速度或生成物浓度的增加速度表示。
1.浓度浓度越大，反应速度越快。
质量作用定律：对于均相反应，在一定温度下化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度项的方次等于化学反应式中相应的反应系数。
对于异相反应：化学反应在炭粒表面进行，认为碳粒浓度不变，化学反应速度指单位时间内碳粒表面上氧浓度的变化。
质量作用定律说明：在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞hH gG bB aA +→+b B a A C kC w =b B B kC w =机会越多，化学反应速度就越快。
2.温度阿累尼乌斯定律：温度增加，反应速度近似成指数关系增加，体现在反应速度常数。
反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系3.压力在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加。
第五章 锅炉原理及设备 第二讲5.2煤粉气流的燃烧过程
14
31-6
图5-2表示三个区域的火炬情况。
气流温度的变化 是在着火区和燃烧区中 温度上升，在燃尽区中 温度下降。 气流进入炉膛时温 度很低(通常不到 300℃)，加热到着火点 就开始着火，随着着火 煤粉增多，温度上升速 度加快。
31-7
当可燃质开始大量燃烧，温度 突然很快上升时，可以认为气流进入 燃烧区。火焰中心温度有1600 ℃左右。 当大部分可燃质烧掉后，气流温度开 始下降，这时可以认为气流进入燃尽 区。 在燃尽区内，燃烧放热很少，而水 冷壁仍在不断吸热，故烟气温度逐渐 下降，到炉膛出口降至1000℃左右。
14
31-17
水分大的煤，着火需要的热量就多。同时由于一部分燃烧热
消耗在加热水分并使其汽化和过热上，这就降低了炉内的烟气温 度。从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射 热都降低，这对着火显然是不利的。此外，炉内烟气温度低，也 不利于燃烧化学反应的进行，影响煤粉迅速完全燃烧。 灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定不利，而且燃烧时， 灰壳对焦炭核的燃尽起阻碍作用，所以不易烧透。 煤粉细度和均匀性指数煤粉越细、越均匀，煤粉总的表面积 越大，挥发分越容易尽快析出，有利于着火和燃烧，降低排烟、 化学、机械不完全燃烧热损失，提高锅炉效率，但煤粉过细炉膛 容易结焦。煤粉越粗、越不均匀，不仅不利于着火，而且燃烧时 间延长，燃烧不稳，火焰中心上移，烟温升高，增加机械不完全 燃烧和排烟热损失，降低锅炉效率，同时增加受热面磨损程度。
14
31-4
3.燃尽阶段
燃尽阶段是燃烧阶段的继续。这一阶段的特点是氧气供应不足， 风粉混合较差，空间温度较低，以致这一阶段需要的时间较长。 如燃烧烟煤时，在到炉膛出口约8m的距离内仅燃烧了不到1%的未 燃尽部分。 所以，为了使煤粉在炉内尽可能燃尽，以提高燃料的利用率，应保证 燃尽阶段所需要的时间，并应设法加强扰动来击破灰衣，以便改善风粉 混合，使灰渣中的可燃物燃透烧尽。
第5章煤粉燃烧及燃烧设备——锅炉原理
❖ 四、影响煤粉着火的因素
❖ 在煤粉炉中，燃烧所需的空气被分成一次风和二次风。
❖ 一次风的作用是将煤粉通过燃烧器输送到炉膛，并供给 煤粉在着火阶段所需的空气；
❖ 二次风则在着火以后混入保证煤粉的燃尽。煤粉的点燃 过程是将一次风气流和高温炽热的烟气混合，使煤粉空 气混合物的温度升高到煤粉能够着火。
❖ 影响煤粉气流着火的主要因素是：
❖ 通过试验证明，锅炉的炉温在中温区域（1000～2000℃）内 比较适宜。当然，在中温区域，在保证炉内不结渣的前提下，
可以尽量提高些。
02.06.2020
.
❖ 3.足够的燃烧时间
❖ 在一定的炉温下，一定细度的煤粉要有一定的时间才能燃 尽。煤粉在炉内的停留时间，是煤粉自燃烧器出口一直到 炉膛出口这段行程所经历的时间。
❖ 燃烧器的尺寸也影响到着火。燃烧器出口截面积愈大，煤粉 气流的卷吸能力越小，着火点离喷口距离就愈远。因此，采 用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的，因 为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流受热的周界面，也缩短了 着火区扩展到整个气流截面所需要的时间。
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❖ 6.锅炉负荷
❖ 锅炉经常在变负荷下工作。锅炉负荷降低时，燃料量减少， 放热量减少，而炉膛内的水冷壁和过热器等受热面的结构 和面积保持不变，致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的 温度降低，煤粉气流的加热条件恶化，因而对煤粉气流的 着火和燃烧是不利的。
❖ 我国电厂在燃用无烟煤时，所设计的预热空气温度 一般为350~420C，以尽量使煤粉空气混合物的初 温接近300C。
02.06.2020
.
❖ 4.炉内散热条件
❖ 炉内散热条件好，则炉内温度低，从而不利于燃料 的着火和燃烧。因此实践中，为使低挥发分煤的及 时着火和稳定燃烧，常在燃烧器区域用耐火保温材 料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓的卫燃带，以 减少水冷壁吸热量、维持燃烧器区域的温度水平， 进而改善煤粉气流的着火和燃烧条件。
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扩散速度系数
周围介质的氧 浓度
炭粒表面的氧 浓度
如何得到 k？s
( Nu)Oks2
ksd
D
炭粒直径
氧扩散的努谢 尔特数
试验得出
分子扩散系数
ks
D d
( Nu)Oks2
2
(
Nu
)O2 ks
2(1 0.08 Re 3 )
三、燃烧速度与燃烧区域
反应速度
燃烧速度
r B ks
B
k0CBb
e
E RT
ks ks(C0 CB )
炉膛高度、容积、截面积 容积热负荷、截面热负荷
第三节 煤粉燃烧器及点火设备
煤粉炉燃烧设备：燃烧器、点火装置、炉膛
燃烧器要求：
1) 组织良好的空气动力场 2) 有较好的燃料适应性 3) 环保 4) 运行可靠 5) 易于实现远程和自动控制
直流和旋流燃烧器
一、旋流煤粉燃烧器
（一）旋转射流的特性
射程短、早 期混合强烈
第五章 煤粉燃烧理论基础 及燃烧设备
第一节 燃烧基本原理
燃烧是燃料与氧化剂进行的发光发热的高速化学反应。 一般分为均相燃烧和异相燃烧
一、化学反应速度
通用化学反应方程式
aA bB gG hH
a,b – 反应物 A,B 的化学反应计量系数 g,h – 生成物 G,H 的化学反应计量系数
化学反应速度
影响因素：燃料性质、运行工况
1.燃料性质---挥发分（图5-5）、水分、灰分、煤粉细度 2.一次风温 3.一次风量（一次风率 表5-3） 4.一次风速 –表5-4 5.炉内散热条件 6.燃烧器结构特性 7.锅炉负荷
四、燃烧完全条件
燃烧效率 r 100 q3 q4
1.合适而充足的空气量 2.适当高的炉温 （1000-2000 0C) 3.空气和煤粉良好扰动和混合 4.煤粉在炉内有足够的停留时间
kCOb
2、温度的影响
阿累尼乌兹公式
E
k k0e RT
k 0 – 频率因子；
E – 活化能；
R – 摩尔通用气体常数；
T – 热力学温度
B
k0CBb
e
E RT
温度越高，反应速度越快。
反应级数
3、反应物压力的影响
kn
x
n A
(
p RT
)n
反应物的压力越大，反应速度越快。
4、催化反应
一、煤粉的燃烧过程
煤粉燃烧的三个阶段
1.着火前的准备阶段 2.燃烧阶段 3.燃尽阶段
图5-2
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
放热 吸热
Q1
E
k0e RT
COn2VQr
Q2 S(T Tb )
图5-4
三、煤粉气流的着火
煤粉气流着火温度,表5-1，5-1
着火热
一次风加热、水分加热、蒸发 公式5-23
（二）直流煤粉燃烧器的形式 1.均等配风直流煤粉燃烧器
2.分级配风直流煤粉燃烧器
（三）几种改进的直流煤粉燃烧器 1.宽调节比燃烧器
2.PM燃烧器
三、点火装置
电火花点火
电弧点火
高能点火
第四节 煤粉炉的炉膛及其特征
一、煤粉锅炉的炉膛
1) 足够的空间和合理的形状 2) 合理的炉内温度和空气动力特性 3) 能布置足够数量的辐射受热面
二、燃烧器布置及炉内空气动力特性 （一）旋流燃烧器布置及其炉内空气动力特性
（二）直流燃烧器布置及其炉内空气动力特性
1、切圆燃烧方式
切向燃烧方式空气动力场
2、四角切圆燃烧存在的主要问题
1）易结渣－－火焰偏斜 影响火焰偏斜的因素： 补气条件 邻角气流横向推力 燃烧器结构特性 假想切圆直径
2）炉膛出口烟温偏差大 3）二次风分配不均 4）采用摆动燃烧器需经常维护，每天都要转动一动以避免卡涩
需具备条件、技术要求、试验方法
自学，一般了解。
2SO2 O2 2SO3
O2 2NO 2NO2 2NO2 2SO2 2SO3 2NO
5、连锁反应
自动连续加速－－生成新的活化链 三个过程
链的激发、传递、断裂
不分支连锁反应：
Cl2 H2 2HCl
分支连锁反应：
2H2 O2 2H2O
二、氧的扩散速度
ks ks(C0 CB )
三、W形火焰燃烧 方式
燃烧器
燃烧器配风
PAX型燃烧器
第五节 燃烧调整试验方法
燃烧调整试验的目的和内容
目的：确定最合理、最经济的安全运行方式和参数控制要求，为锅炉安 全运行、经济调度、自动控制几运行调整和事故处理提供依据。
内容：空气动力场试验、锅炉负荷特性试验、风量分配试验、最佳过量 空气系数试验、煤粉经济细度试验、燃烧器的负荷调整范围及合理 组合方式试验、一次风风量及阻力调整试验。
x
dCx dt
C – 反应物或生成物浓度； t - 时间
影响因素：反应物的浓度、压力、温度、有否催化 反应和连锁反应。
1、反应物浓度的影响
A
dCA dt
பைடு நூலகம்
k
AC
Ca b
AB
B
dCB dt
k
BC
Ca b
AB
质量作用定律
k – 化学反应常数
对于炭粒燃烧
B
dCB dt
kCBb
或
O
dCO dt
扩散速度
即
r ks(C0 CB ) r kCB
r
ks
C0
CB
r
k
CB
r
1
1
1
C0 kzC0
k ks
折算速度系数
r
1
1
1
C0 kzC0
k ks
1.温度很低，k很小—动力区燃烧； 2.温度很高，k很大—扩散区燃烧； 3. 过度区燃烧；
W kC0
相对速度和粒径的影响
第二节 煤粉气流的着火和燃烧
旋转强度
n M KL
M－气流切向旋转动量矩
K－气流轴向旋转动量
L－燃烧器喷口特征尺寸
（一）旋流煤粉燃烧器的型式 三种旋流器
1.单蜗壳型旋流煤粉燃烧器
2.双蜗壳旋流煤粉燃烧器
3.轴向叶片型旋流煤粉燃烧器
4.切向叶片式旋流煤粉燃烧器
5.双调风低NOx旋流煤粉燃烧器
二、直流煤粉燃烧器
（一）直流射流的特性
周围介质的氧 浓度
炭粒表面的氧 浓度
如何得到 k？s
( Nu)Oks2
ksd
D
炭粒直径
氧扩散的努谢 尔特数
试验得出
分子扩散系数
ks
D d
( Nu)Oks2
2
(
Nu
)O2 ks
2(1 0.08 Re 3 )
三、燃烧速度与燃烧区域
反应速度
燃烧速度
r B ks
B
k0CBb
e
E RT
ks ks(C0 CB )
炉膛高度、容积、截面积 容积热负荷、截面热负荷
第三节 煤粉燃烧器及点火设备
煤粉炉燃烧设备：燃烧器、点火装置、炉膛
燃烧器要求：
1) 组织良好的空气动力场 2) 有较好的燃料适应性 3) 环保 4) 运行可靠 5) 易于实现远程和自动控制
直流和旋流燃烧器
一、旋流煤粉燃烧器
（一）旋转射流的特性
射程短、早 期混合强烈
第五章 煤粉燃烧理论基础 及燃烧设备
第一节 燃烧基本原理
燃烧是燃料与氧化剂进行的发光发热的高速化学反应。 一般分为均相燃烧和异相燃烧
一、化学反应速度
通用化学反应方程式
aA bB gG hH
a,b – 反应物 A,B 的化学反应计量系数 g,h – 生成物 G,H 的化学反应计量系数
化学反应速度
影响因素：燃料性质、运行工况
1.燃料性质---挥发分（图5-5）、水分、灰分、煤粉细度 2.一次风温 3.一次风量（一次风率 表5-3） 4.一次风速 –表5-4 5.炉内散热条件 6.燃烧器结构特性 7.锅炉负荷
四、燃烧完全条件
燃烧效率 r 100 q3 q4
1.合适而充足的空气量 2.适当高的炉温 （1000-2000 0C) 3.空气和煤粉良好扰动和混合 4.煤粉在炉内有足够的停留时间
kCOb
2、温度的影响
阿累尼乌兹公式
E
k k0e RT
k 0 – 频率因子；
E – 活化能；
R – 摩尔通用气体常数；
T – 热力学温度
B
k0CBb
e
E RT
温度越高，反应速度越快。
反应级数
3、反应物压力的影响
kn
x
n A
(
p RT
)n
反应物的压力越大，反应速度越快。
4、催化反应
一、煤粉的燃烧过程
煤粉燃烧的三个阶段
1.着火前的准备阶段 2.燃烧阶段 3.燃尽阶段
图5-2
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
放热 吸热
Q1
E
k0e RT
COn2VQr
Q2 S(T Tb )
图5-4
三、煤粉气流的着火
煤粉气流着火温度,表5-1，5-1
着火热
一次风加热、水分加热、蒸发 公式5-23
（二）直流煤粉燃烧器的形式 1.均等配风直流煤粉燃烧器
2.分级配风直流煤粉燃烧器
（三）几种改进的直流煤粉燃烧器 1.宽调节比燃烧器
2.PM燃烧器
三、点火装置
电火花点火
电弧点火
高能点火
第四节 煤粉炉的炉膛及其特征
一、煤粉锅炉的炉膛
1) 足够的空间和合理的形状 2) 合理的炉内温度和空气动力特性 3) 能布置足够数量的辐射受热面
二、燃烧器布置及炉内空气动力特性 （一）旋流燃烧器布置及其炉内空气动力特性
（二）直流燃烧器布置及其炉内空气动力特性
1、切圆燃烧方式
切向燃烧方式空气动力场
2、四角切圆燃烧存在的主要问题
1）易结渣－－火焰偏斜 影响火焰偏斜的因素： 补气条件 邻角气流横向推力 燃烧器结构特性 假想切圆直径
2）炉膛出口烟温偏差大 3）二次风分配不均 4）采用摆动燃烧器需经常维护，每天都要转动一动以避免卡涩
需具备条件、技术要求、试验方法
自学，一般了解。
2SO2 O2 2SO3
O2 2NO 2NO2 2NO2 2SO2 2SO3 2NO
5、连锁反应
自动连续加速－－生成新的活化链 三个过程
链的激发、传递、断裂
不分支连锁反应：
Cl2 H2 2HCl
分支连锁反应：
2H2 O2 2H2O
二、氧的扩散速度
ks ks(C0 CB )
三、W形火焰燃烧 方式
燃烧器
燃烧器配风
PAX型燃烧器
第五节 燃烧调整试验方法
燃烧调整试验的目的和内容
目的：确定最合理、最经济的安全运行方式和参数控制要求，为锅炉安 全运行、经济调度、自动控制几运行调整和事故处理提供依据。
内容：空气动力场试验、锅炉负荷特性试验、风量分配试验、最佳过量 空气系数试验、煤粉经济细度试验、燃烧器的负荷调整范围及合理 组合方式试验、一次风风量及阻力调整试验。
x
dCx dt
C – 反应物或生成物浓度； t - 时间
影响因素：反应物的浓度、压力、温度、有否催化 反应和连锁反应。
1、反应物浓度的影响
A
dCA dt
பைடு நூலகம்
k
AC
Ca b
AB
B
dCB dt
k
BC
Ca b
AB
质量作用定律
k – 化学反应常数
对于炭粒燃烧
B
dCB dt
kCBb
或
O
dCO dt
扩散速度
即
r ks(C0 CB ) r kCB
r
ks
C0
CB
r
k
CB
r
1
1
1
C0 kzC0
k ks
折算速度系数
r
1
1
1
C0 kzC0
k ks
1.温度很低，k很小—动力区燃烧； 2.温度很高，k很大—扩散区燃烧； 3. 过度区燃烧；
W kC0
相对速度和粒径的影响
第二节 煤粉气流的着火和燃烧
旋转强度
n M KL
M－气流切向旋转动量矩
K－气流轴向旋转动量
L－燃烧器喷口特征尺寸
（一）旋流煤粉燃烧器的型式 三种旋流器
1.单蜗壳型旋流煤粉燃烧器
2.双蜗壳旋流煤粉燃烧器
3.轴向叶片型旋流煤粉燃烧器
4.切向叶片式旋流煤粉燃烧器
5.双调风低NOx旋流煤粉燃烧器
二、直流煤粉燃烧器
（一）直流射流的特性