第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
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电厂锅炉原理及设备
2021年2月8日
第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
第一节
燃烧的基本理论
第二节
煤粉气流的着火和燃烧
第三节
煤粉燃烧器及点火设备
第四节
煤粉炉的炉膛及其特性
第五节
燃烧调整实验方法
2021年2月8日
第一节 燃烧的基本理论
燃烧概念
—— 燃料与氧化剂进行的发热与发光的高速化学反应 ➢ 单相（均相）反应 ➢ 多相（异相）燃烧
➢ 1）（C0－CB）——供应燃烧足够空气量 ➢ 2）d↓→表面积↑→与O的反应面积↑→O消耗↑→CB↓→（C0－CB）↑→ωks↑—
—减小d ➢ 3）气流与炭粒的相对速度↑→扰动↑→O向炭粒表面的供应速度↑，燃烧产物
离开表面的速度↑→ωks↑
2021年2月8日
三、燃烧速度与燃烧区域
1．炭粒的多相燃烧反应 2． 炭粒燃烧速度ωks：单位表面上的实际反应速度 3．稳定燃烧：ωB =ωks =ωr 4．燃烧过程反应区域
3）实际炉内燃烧：C、p基本不变，T↑→加速燃烧反应，缩短燃烧时间
2021年2月8日
3．p对ω的影响
1）V不变，p↑→C↑→ω↑ 2）ω与p的n次方成正比：
kn
x
n A
p RT
n
2021年2月8日
4．催化反应
1）催化作用：催化剂加入反应系统，引起ω变化 2）特点
➢ （1）催化剂可影响ω，但自身不受影响 ➢ （2）一定条件下不能改变平衡状态，只能改变达到平衡的t（实质是改变E）
C CO2 2CO 二次反应 2CO O2 2CO2
3）不同T下炭粒燃烧过程
➢ （1）T<1200℃ ➢ （2）T>1200℃
4）影响炭粒燃烧的因素
T、是否等温、炭粒的几何形状和结构、炭粒周围气流性质
2021年2月8日
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
1．着火和Tzh
➢ 1） 缓慢氧化状态→高速燃烧状态的瞬间——着火 ➢ 2） 转变瞬间的T——Tzh
2021年2月8日
1．C对ω的影响
1）化学反应本质
—— 一定条件下，不同反应物分子彼此碰撞 →单位t内碰撞次数↑→ω↑
┠单位V内反应物分子数（物质C）
2）ω与C的关系——质量作用定律
（1）均相反应 一定T下，ω与参加化学反应的各反应物 的C成正比，各反应物浓度项方次取相应 的反应系数
（2）多相燃烧 单位t内炭粒表面上O浓度的变化——ωB
2021年2月8日
5．连锁反应
1）作用：使化学反应自动连续加速进行
2）机理
3）反应过程
➢ （1）链的激发形成过程 ➢ （2）链的传递过程 ➢ （3）链的断裂过程
4）不分支连锁反应 分支连锁反应
2021年2月8日
二、氧的扩散速度
1．炭粒的燃烧：炭粒在表面与O进行 2．O的扩散速度：ωks=αks（C0－CB）
一、化学反应速度
化学计量方程式 aA bB gG hH
化学反应速度的表示
A
dCA dt
B
dCB dt
G
dCG dt
H
dCH dt
➢ 1）反应物消耗的速度 或 生成物浓度增加的速度
➢ 2）单位：mol/m3·s
➢ 3）影响反应速度的因素
• （1）原始反应物的性质 • （2）反应系统的条件：反应物浓度、温度、压力、是否有催化反应或连锁反应
2021年2月8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）
2021年2月8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
2．燃烧过程中的放热和吸热
➢ 1）燃烧室内煤粉空气混合物燃烧的放热量Q1 ➢ 2）燃烧过程中向周围介质的散热量Q2
3．Q1-T、Q2-T变化曲线及分析
Q1
k0e
E RT
COn2VQr
Q2 ST Tb
4．加快着火的方法
➢ 1）加强放热：散热条件不变，C↑、p↑、T0↑ ➢ 2）减少散热：放热条件不变，T0↑，气流速度↑、燃烧室保温
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
2021年2月8日源自文库
2021年2月8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
第二节 煤粉气流的着火和燃烧
一、煤粉的燃烧过程 二、燃烧过程着火和熄火的热力条件 三、煤粉气流的着火 四、燃烧完全的条件
2021年2月8日
一、煤粉的燃烧过程
1．煤粉燃烧的三个阶段
1）着火前的准备阶段（吸热）
煤粉气流被烟气加热→T↑→M蒸发→干燥煤粉热分解，析出V（煤的特性、 加热T和速度）→V着火燃烧→放出的热量加热炭粒→炭粒温度↑→达到一定T 并有O接触→炭粒着火燃烧
2021年2月8日
不同状态物质的燃烧
自然界里的一切物质，在一定温度和压力下，都以一定状态（固态、 液态、气态）存在。这三种状态的物质燃烧过程是不同的。固体和液 体发生燃烧，需要经过分解和蒸发，生成气体，然后由这些气体成分 与氧化剂作用发生燃烧。气体物质不需要经过蒸发，可以直接燃烧。
2021年2月8日
3）结论：若T、V一定，反应物C↑→ω↑
2021年2月8日
A
dCA dt
kACAaCBb
B
dCB dt
kCBb
甲烷燃烧
2021年2月8日
2．T对ω的影响
1）反应速度常数k（若反应物C不随t变化）
Arrhenius定律
E
k k0e RT
2）
B
k0
C
b B
e
E RT
（1）若C不变，ω与T成指数关系：T↑→ω↑ （2）现象解释：活化分子的碰撞才是反应的有效碰撞 （3）T一定，E↑→ω↓
2）扩散燃烧区（T>1400℃） →改善扩散混合条件，相对速度↑或d↓
3）过渡燃烧区（1000℃<T<1400℃） →提高T，改善扩散混合，强化扩散
煤粉锅炉
➢ （1）粗煤粉：炉膛高温区，接近扩散燃烧 ➢ （2）其余煤粉：炉膛燃烧中心外，都为过渡、动力区
层燃炉：扩散区→强化燃烧→强制通风
2021年2月8日
2021年2月8日
第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
第一节
燃烧的基本理论
第二节
煤粉气流的着火和燃烧
第三节
煤粉燃烧器及点火设备
第四节
煤粉炉的炉膛及其特性
第五节
燃烧调整实验方法
2021年2月8日
第一节 燃烧的基本理论
燃烧概念
—— 燃料与氧化剂进行的发热与发光的高速化学反应 ➢ 单相（均相）反应 ➢ 多相（异相）燃烧
➢ 1）（C0－CB）——供应燃烧足够空气量 ➢ 2）d↓→表面积↑→与O的反应面积↑→O消耗↑→CB↓→（C0－CB）↑→ωks↑—
—减小d ➢ 3）气流与炭粒的相对速度↑→扰动↑→O向炭粒表面的供应速度↑，燃烧产物
离开表面的速度↑→ωks↑
2021年2月8日
三、燃烧速度与燃烧区域
1．炭粒的多相燃烧反应 2． 炭粒燃烧速度ωks：单位表面上的实际反应速度 3．稳定燃烧：ωB =ωks =ωr 4．燃烧过程反应区域
3）实际炉内燃烧：C、p基本不变，T↑→加速燃烧反应，缩短燃烧时间
2021年2月8日
3．p对ω的影响
1）V不变，p↑→C↑→ω↑ 2）ω与p的n次方成正比：
kn
x
n A
p RT
n
2021年2月8日
4．催化反应
1）催化作用：催化剂加入反应系统，引起ω变化 2）特点
➢ （1）催化剂可影响ω，但自身不受影响 ➢ （2）一定条件下不能改变平衡状态，只能改变达到平衡的t（实质是改变E）
C CO2 2CO 二次反应 2CO O2 2CO2
3）不同T下炭粒燃烧过程
➢ （1）T<1200℃ ➢ （2）T>1200℃
4）影响炭粒燃烧的因素
T、是否等温、炭粒的几何形状和结构、炭粒周围气流性质
2021年2月8日
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
1．着火和Tzh
➢ 1） 缓慢氧化状态→高速燃烧状态的瞬间——着火 ➢ 2） 转变瞬间的T——Tzh
2021年2月8日
1．C对ω的影响
1）化学反应本质
—— 一定条件下，不同反应物分子彼此碰撞 →单位t内碰撞次数↑→ω↑
┠单位V内反应物分子数（物质C）
2）ω与C的关系——质量作用定律
（1）均相反应 一定T下，ω与参加化学反应的各反应物 的C成正比，各反应物浓度项方次取相应 的反应系数
（2）多相燃烧 单位t内炭粒表面上O浓度的变化——ωB
2021年2月8日
5．连锁反应
1）作用：使化学反应自动连续加速进行
2）机理
3）反应过程
➢ （1）链的激发形成过程 ➢ （2）链的传递过程 ➢ （3）链的断裂过程
4）不分支连锁反应 分支连锁反应
2021年2月8日
二、氧的扩散速度
1．炭粒的燃烧：炭粒在表面与O进行 2．O的扩散速度：ωks=αks（C0－CB）
一、化学反应速度
化学计量方程式 aA bB gG hH
化学反应速度的表示
A
dCA dt
B
dCB dt
G
dCG dt
H
dCH dt
➢ 1）反应物消耗的速度 或 生成物浓度增加的速度
➢ 2）单位：mol/m3·s
➢ 3）影响反应速度的因素
• （1）原始反应物的性质 • （2）反应系统的条件：反应物浓度、温度、压力、是否有催化反应或连锁反应
2021年2月8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）
2021年2月8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
2．燃烧过程中的放热和吸热
➢ 1）燃烧室内煤粉空气混合物燃烧的放热量Q1 ➢ 2）燃烧过程中向周围介质的散热量Q2
3．Q1-T、Q2-T变化曲线及分析
Q1
k0e
E RT
COn2VQr
Q2 ST Tb
4．加快着火的方法
➢ 1）加强放热：散热条件不变，C↑、p↑、T0↑ ➢ 2）减少散热：放热条件不变，T0↑，气流速度↑、燃烧室保温
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
2021年2月8日源自文库
2021年2月8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
第二节 煤粉气流的着火和燃烧
一、煤粉的燃烧过程 二、燃烧过程着火和熄火的热力条件 三、煤粉气流的着火 四、燃烧完全的条件
2021年2月8日
一、煤粉的燃烧过程
1．煤粉燃烧的三个阶段
1）着火前的准备阶段（吸热）
煤粉气流被烟气加热→T↑→M蒸发→干燥煤粉热分解，析出V（煤的特性、 加热T和速度）→V着火燃烧→放出的热量加热炭粒→炭粒温度↑→达到一定T 并有O接触→炭粒着火燃烧
2021年2月8日
不同状态物质的燃烧
自然界里的一切物质，在一定温度和压力下，都以一定状态（固态、 液态、气态）存在。这三种状态的物质燃烧过程是不同的。固体和液 体发生燃烧，需要经过分解和蒸发，生成气体，然后由这些气体成分 与氧化剂作用发生燃烧。气体物质不需要经过蒸发，可以直接燃烧。
2021年2月8日
3）结论：若T、V一定，反应物C↑→ω↑
2021年2月8日
A
dCA dt
kACAaCBb
B
dCB dt
kCBb
甲烷燃烧
2021年2月8日
2．T对ω的影响
1）反应速度常数k（若反应物C不随t变化）
Arrhenius定律
E
k k0e RT
2）
B
k0
C
b B
e
E RT
（1）若C不变，ω与T成指数关系：T↑→ω↑ （2）现象解释：活化分子的碰撞才是反应的有效碰撞 （3）T一定，E↑→ω↓
2）扩散燃烧区（T>1400℃） →改善扩散混合条件，相对速度↑或d↓
3）过渡燃烧区（1000℃<T<1400℃） →提高T，改善扩散混合，强化扩散
煤粉锅炉
➢ （1）粗煤粉：炉膛高温区，接近扩散燃烧 ➢ （2）其余煤粉：炉膛燃烧中心外，都为过渡、动力区
层燃炉：扩散区→强化燃烧→强制通风
2021年2月8日