燃烧理论基础简介

燃烧理论基础简介

一、碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区

1．动力区：

温度低于900～1000℃时，化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度，氧气的供应十分充足，提高扩散速度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于温度。

2．扩散区：

温度高于1200℃时，化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度，以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉，碳粒表面处的氧浓度接近于0，提高温度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。

3．过渡区：

介于动力区和扩散区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。

二、直流煤粉燃烧器

1、煤粉燃烧器的作用

煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。其作用是：

(1) 向炉内输送燃料和空气；

(2) 组织燃料和空气及时、充分的混合；

(3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。

在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。

（二）、直流煤粉燃烧器的类型

直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。我们称为均等配风方式，这种方式适合烟煤的燃烧。

因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。

我公司三期锅炉燃烧器

燃烬风喷口

煤粉喷口

油层喷口

着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。为了消除这种现象，有时将一

次风分割成多股小射流，使气流扰动增强，提高着火的稳定性。

一次风喷口附近处于高温，且一次风速较低，喷口易烧坏。为了冷却一次．

风喷口，可在一次风喷口上加装夹心风或周界风。当然，夹心风或周界风也可增强一次风气流卷吸高温烟气的能力。四角布置直流燃烧器的工作原理直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。

直流喷燃器四角切圆燃

直流燃烧器的工作过程： (1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；射流两侧的补气及压力平衡过程；(2)

煤粉气流的着火过程；(3)

(4) 煤粉与二次风空气的混合过程；气流的切圆旋转过程；(5) 焦碳的燃尽过程。(6)

上述几个过程虽然有先后顺序或某几个过程同时进行，但各过程之间的相互影响是十分显著的。主气流卷吸高温烟气的过程从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。由于气流的紊流扩散，带

图6-4直流喷燃器烟气卷吸

动周围的热烟气一道向前流动，这种现象叫“卷吸”。由于“卷吸”，射流不断扩大，不断向四周扩张。同时，主气流的速度由于衰减而不断减小。正是由于射流的这种“卷吸”作用，将高温烟气的热量源源不断地运输给进入炉内的新煤粉气流，煤粉气流才得到不断加热而升温，当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后，便首先从气流的外边缘开始着火，然后火焰迅速向气流深层传播，达到稳定着火状态。

3.邻角气流的撞击点燃作用

在切圆燃烧炉中，四股气流具有“自点燃”作用。即煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃。这是煤粉气流着火的主要条件。背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气，但这部分卷吸获得的热量较少，此外，一次风与二次风之间也进行着少量的过早混合，但这种混合对着火的影响不大。

4.煤粉气流接受辐射加热

煤粉气流着火的热源部分来自炉内高温火焰的辐射加热，但着火的主要热源来自卷吸加热，约占总着火热源的60～70%。

5.热源不足时的着火

当煤粉气流没有足够的着火热源时，虽然局部的煤粉通过加热也可达到着火温度，并在瞬间着火，但这种着火不能稳定进行，即着火后还容易灭火。这样的着火极易引起爆燃，因而是一种十分危险的着火工况。

6．煤粉气流从着火到燃尽的各阶段

煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.5～1.0米处开始着火，

在离开喷口1～2米的范围内，煤粉中大部分挥发分析出并烧完，此

后是焦炭和剩余挥发份的燃烧，需要延续10～20米甚至更长的距离。当燃料到达炉膛出口处时，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃尽。

四角切圆燃烧的气流偏斜

采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，

引起结渣以及燃烧不稳定现象。

1.邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因

射流自燃烧器喷口射出后，由于受到上游邻角气流的直接撞击，撞击点愈接近喷口，射流偏斜就愈大；撞击动量愈大，气流偏斜就愈严重。射流两侧“补气”条件的影响

射流自喷口射出后仍然保持着高速流动，射流两侧的烟气被卷吸着一道前进，射流两侧的压力就随着降低，这时，炉膛其它地方的烟气就纷纷赶来补充，这种现象称为“补气”。如果射流两侧的补气条件不同，就会在射流两侧形成压差。向火面的一侧受到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；而背火面的一侧补气条件差，压力较低。这样，射流两侧就形成了压力差，在压力差的作用下，射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。

四角切圆燃烧的气流对射流弯曲变形影响较大(hr/b)3.燃烧器的高宽比

燃烧器的高宽比值愈大，射流形状愈宽而薄，其“刚性”就愈差，因而，射流愈容易弯曲变形。．

在大容量锅炉上，由于燃煤量显著增大，燃烧器的喷口通流面积也相应增大，所以喷口数量必然增多。为了避免气流变形和减小燃烧器区域水冷壁的热负荷，将燃烧器沿高度方向拉长，并把喷口沿高度分成2～3组，每组的高宽比不超过6，相邻两组喷口间留有空档，空档相当于一个压力平衡孔，用来平衡射流两侧的压力，防止射流向压力低的一侧弯曲变形。