燃烧过程的基本理论

3、燃烧区域
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根据氧扩散到表面 及 在表面上消耗(即化学反应速度k)， 按温度变化，分成三个区域： (1)当温度较低时(t<1000℃)，化学反应速度较低，而扩散到 表面的氧气比消耗的多得多。此时燃烧速度主要决定于化学 反应动力因素(温度、燃料的反应特性)，氧气扩散速度β影响 很小，故称动力燃烧区； ( k << β ) (2)当温度很高时(t>1400℃)，由于k因T升高面大大增加，此 时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区； ( k >> β ) (3)上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
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一、二次风的混合情况：低挥发分煤，适当推迟 6、锅炉负荷 负荷降低时，散热量相对增加，使散热曲线向左移 限制了煤粉炉不投油稳燃的范围＞70% 新型低负荷稳燃燃烧器 循环流化床锅炉调节范围大 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
燃烧完全的条件
经济（q3、q4 最小） 燃烧效率
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燃烧过程着火和熄火的热力条件 技术比武讲义
1、着火：由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高 速燃烧状态的瞬间过程，此时反应系统的温度为着火温度 2、着(熄)火条件分析： 以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象 1)燃烧时的放热量Q1 根据有关化学反应速度的原理：
n Q1 = k0 exp(− E / RT )C O2 VQr
ω1 = k1 C C
a A
b B
k : 反应速度常数，与温度等因素有关 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
2、温度的影响
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阿累尼乌斯定律: 温度T 与化学反应速度常数 k 的关系 k
k = k0 e
−
E RT
k0
活化能 E 达到活化状态所需能量 活化能 反应活泼性，是否易 于反应， E ↓ 易反应 E 的大小与煤种有关 能源动力与机械工程学院
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四、煤与煤粉燃烧的特点
1、煤：比碳复杂 1)有H2O 2)有挥发分 3)多孔性 4)有灰 2、煤粉 极细的煤粉可能先于挥发分燃烧 30-100μm 0.1s—0.2s 达到1500℃ 催化；
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提高系统温度、形成多孔性、耗氧； 不仅是表面过程； 影响反应表面。
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技术比武讲义 第一节 化学反应速度及其影响因素
广义来讲影响化学反应速度的因素 燃烧本质上是一种发光发热的化学反应
一、均相反应与多相反应
同一相态 不同相态
均相反应 交界面上发生反应
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技术比武讲义 二、化学反应速度 对任一化学反应，可写出其化学计量方程式：
a A+bB ⇔ gG + hH
三、碳的多相燃烧反应
1、研究对象：固相表面上进行的多相反应 2、过程 (1)氧分子扩散到反应表面； (2)氧分子吸附于表面上；
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(3)在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物； (4)燃烧产物解吸附； (5)产物扩散到周围。 这些过程中哪些是瓶颈呢？ (2)、(4)、(5)均快 (1)、(3)较慢 能源动力与机械工程学院 当 (1)较慢 (3)较慢 扩散燃烧区 动力燃烧区 华北电力大学
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影响煤粉气流着火的主要因素 技术比武讲义 煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高
为何要分为一次风与二次风??
提高煤粉浓度可以强化着火 能源动力与机械工程学院 浓淡燃烧器 华北电力大学
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着火太早
烧喷口，附近结渣
着火推迟
炉膛出口处受热面(??)的结渣 汽温升高 q4 增大
ϑl′′ < DT (50 − 100) ℃
炉膛出口烟温低于灰的变形温度50-100 ℃ 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
着火热：加热到着火温度所需热量 加热煤、空气、水分（蒸发、过热）
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燃料性质 运行工况 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
影响煤粉气流着火的因素 燃料品质
燃料
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Q1
化学反应速度
T
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2)向周围介质散热量Q2 考虑一个综合了辐射、对流的换热过程
Q2
Q2 = αS (T − Tb )
3)不同热力条件下，Q1与Q2的关系
Tb
T
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技术比武讲义 ①当壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热 平衡点 交点1： 所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火 ②当壁温提高到一定值，会交于2、3两点。 反应初期，向2点靠近；达到2点(不稳定)后只要稍 加提高系统温度，反应将自动加速而转变到高速燃烧 状态(着火)，最后稳定于高温燃烧状态3。 2点对应温度即着火温度Tzh 着火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统 温度大于着火温度，燃烧反应会自动加速进行
0
T
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3、压力的影响
P ↑ C ↑ W ↑
与系统压力的 n 次方成正比 PFBC-CC 增压循环流化床锅炉蒸汽燃气联合循环 可快，可慢 改变了反应物的活化能 自动连续加速进行 挥发分对煤燃烧的影响 华北电力大学
4、催化作用
实质
5、链锁反应
达到一定温度时，氢的燃烧反应 能源动力与机械工程学院
二、碳的燃烧反应
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碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量 等均有影响 学术界的三种理论: 1、一次反应 二次反应 2、一次反应 二次反应 3、一次反应 C+O2 ⇔ 2C+O2 ⇔ CO2 2CO
C+CO2 ⇔ 2CO 2CO+O2 ⇔ 2CO2 C+O2 ⇔ CxOy(络合物)
二次反应 络合物分解为CO、CO2 只要有足够 O2 CO2 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
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燃烧过程的基本理论
重要性
燃烧过程对火力发电机组安全 经济运行的影响 稳定燃烧 高效燃烧
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重点
掌握“动力燃烧区域”、“扩散燃烧区域” 了解燃烧过程着火与熄火的热力条件 掌握影响煤粉气流着火的因素 掌握燃烧完全的条件
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技术比武讲义 综上可知，要想提高燃烧速度： 1)在温度低的动力区，应提高反应系统的温度 提高炉膛温 度； 2)在温度高的扩散区，应增大O2扩散 粒径、粒子与气流的相 对速度，加强扰动； 3)在过渡区，两者都应增大。 不同燃料、细度、燃烧空气动力场 区域是变化的，用准则Sm 或 R 来区分
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第二节 煤、焦炭和煤粉的燃烧 一、煤燃烧的四个阶段
1. 预热、干燥(吸热) 2. 挥发分析出(热解)，并着火 3. 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度) 4. 燃尽(残余焦炭 灰渣) 如何强化着火 如何强化燃烧、燃尽 q4 第四节 第五节
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而煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析 出几乎延续到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子 先着火 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
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技术比武讲义 ③对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定 程度，交于4、5点，系统温度随之下降达到不稳定的4 点，只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直 到5点（缓慢氧化状态）稳定。 4点对应温度即熄火温度Txh 熄火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统温 度小于熄火温度，燃烧反应即会自动中断
η r = 100 − (q3 + q4 ) , %
安全（不结渣、不出现膜态沸腾)） 1、最佳的炉膛出口过量空气系数 使 q2＋q3＋q4 之和最小 q q2＋q3＋q4 q2 q4 q3 能源动力与机械工程学院
α l′′
α l′′
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技术比武讲义 2、适当高的炉温： 不产生水冷壁结渣和膜态沸腾 根据煤种，采用适当的炉膛截面热负荷 3、有足够的燃烧时间 主要取决于炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度 及烟气在炉内的流动速度，即与炉膛容积热负荷、 炉膛截面热负荷有关，在锅炉设计时要适当选取， 在运行中不要超负荷运行。 不同煤种 不同的炉膛形状(瘦、胖) 4、空气和煤粉的良好挠动和混合 燃烧器的结构特性 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
燃料品质 燃烧器
结构
炉膛 锅炉负荷
运行 能源动力与机械工程学院
调节方式
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1、燃料性质
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Vdaf
Mar
Ad
Rx
2、散热条件：无烟煤 卫燃带(结渣) 3、煤粉气流初温：无烟煤 热风送粉 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
4、一次风量和风速 太大太小均不合适，应控制在一定范围内 (煤质差时应大还是小??) 5、燃烧器的特性：
则： 可以用反应物浓度减少的速度表示：
d CA ωA = − dt d CG ωG = dt
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可以用生成物浓度增加的速度表示：
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技术比武讲义 三、影响化学反应速度的因素 反应物浓度 温度 压力 催化作用 连锁反应
1、反应物浓度的影响 质量作用定律：一定温度下，如下关系 正反应速度：