第二节 煤和煤粉的着火和燃烧
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第二节 煤和煤粉的着火和燃烧 一、热力着火 （一）几个概念 着火：由缓慢的氧化反应转变到剧烈的 氧化反应，这一瞬间过程称之为着火。 着火温度（着火点）：燃百度文库开始着火时 所对应的最低温度称为燃料的着火温度或着 火点。 着火热：由初始温度加热到着火温度时 所需要的热量。为使燃料尽快着火，应从两 方面着手，一是减小着火热，二是加强传热， 提高加热速度。
5．燃烧器结构特性与布置 主要是指一、二次风混合的情况。 一、二次风混合过早，若在煤粉气流着火前就 混合，增大了一次风量，使着火热增大，推迟着火 过程。 燃用低挥发分煤种时，应使一、二次风的混合 点适当推迟。 燃用高挥发分煤时，因为煤粉着火快，一、二 次风的混合点要早些。 6．锅炉负荷 锅炉负荷降低时，送进炉内的燃料消耗量相应 减少，而水冷壁总的吸热量虽然也减少，但减少的 幅度较小，相对于单位质量燃料来说，水冷壁的吸 热量反而增加了。
2
向周围介质散失的热量 Q2 为：
Q2 AT Tb （5-10）
式中： -混合物向炉膛壁面的综合放热系数，它等 于对流放热系数与辐射放热系数之和； A -炉膛壁面面积，m2； Tb -炉膛壁面的温度，K。 煤粉空气混合物的着火、熄火以及燃烧的过程 是否能持续稳定地进行，都与燃烧过程的热力条件 有关，因为在燃烧过程中，同时存在着放热和吸热 两个过程。这两个互相矛盾过程的发展，对燃烧过 程可能是有利的、也可能是不利的，也即会使燃烧 过程发生(着火)或者停止(熄火)。
四、燃烧完全的条件
（1）合适的空气量； （2）适当高的炉温； （3）空气与燃料的良好扰动和混合； （4）足够的炉内停留时间。
五、强化煤粉气流燃烧的措施
（一）提高热风和一次风温度
（二）限制一次风量 （三）合理送入二次风 （四）着火区保持高温 （五）选择适当的煤分细度 (六）强化燃烧阶段和燃尽阶段
（七)合理组织炉内空气动力工况
六、稳定煤粉炉燃烧的主要技术措施有： （1）煤粉细度。煤粉细度合适，应是煤粉经济细 度。低负荷时或燃用难烧的煤种时，煤粉应细些，一 般对无烟煤，煤粉细度R90通常在10％左右。 (2)一次风煤粉混合物浓度。锅炉低负荷、燃用贫 煤和无烟煤时，为减小着火热，一次风粉混合物的煤 粉浓度要高些。 （3）分级送风。燃料燃烧的不同阶段需要不同的 风量，相应于各阶段的需要，尽可能适时送入必需的 风量，改善加热和着火条件。 (4)煤粉气流的加热条件。维持着火区的炉膛温度 和壁面温度，如采用敷设卫燃带，可尽量维持炉膛温 度，但高负荷时，炉内温度高，要注意防止炉内结渣。
2．着火热的来源 煤粉气流着火热来源有两个方面：一方面 是卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热，另一方 面是炉内高温火焰的辐射换热。
二、煤粉的燃烧过程
（一）燃烧阶段
1．着火前的准备阶段 煤粉气流喷入炉膛至着火这一阶段称为着火前 的准备阶段。 2．燃烧阶段 燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。煤粉气流一 旦着火燃烧，可燃质与氧就发生高速的燃烧化学反 应，放出大量的热量，烟气温度迅速升高达到最大 值，氧浓度及飞灰含碳量则急剧下降。 3．燃尽阶段 燃尽阶段是燃烧过程的继续。煤粉经过燃烧后， 炭粒变小，表面形成灰壳，大部分可燃物已经燃尽， 只剩少量残炭继续燃烧。
煤和煤粉的着火和燃烧 点1是一个稳定的低温缓慢氧化的平衡点；点3是一个稳定的高温 快速反应的平衡点；点2即为热力着火点。点4即为热力熄火点。
（二）着火热
1．着火热计算 它包括加热煤粉及空气（一次风）、使煤粉 气流中水分蒸发和过热所需要的热量。
100 M ar M Qzh V1ck cd Mcq t zh t1 ar M 4.1868 100 t1 2510 cq t zh 100 100 100
4．一次风量、一次风速和一次风温
增加煤粉气流中的一次风量，相应增加 了着火热，会使着火推迟；减小一次风量， 会使着火热显著降低，有利于着火。 一次风速对着火过程也有一定的影响。 一次风速过高，通过单位截面积的流量增大， 势必降低煤粉气流的加热速度，使着火距离 加长。 一次风温越高，着火热越小，越容易着 火。
强化煤粉气流卷吸烟气的能力。煤粉气流进入 炉内，着火热主要来自卷吸高温烟气、吸收烟气的对 流热量，因此，在炉内形成回流区，强化煤粉气流卷 吸高温烟气的能力，对煤粉的着火和燃烧非常重要。 (5)一次风煤粉混合物温度。采用较高的一次风 温度，能提高一次风煤粉气流的温度，从而减小着火 热，也有利于着火和燃烧。 (6)一次风煤粉气流的出口速度。一次风煤粉气 流速度低，煤粉气流的浓度越小，燃烧越稳定，着火 位置离喷口越近。
（二）碳粒的燃烧机理
碳粒的燃烧机理是比较复杂的。其反应 式为：
C O2 CO2
2C O2 2CO
CO2 C 2CO
2CO O2 2CO2
碳粒在静止的空气中或碳粒与空气两者 无相对运动燃烧时，在温度低于1200℃时， 按下示反应式进行燃烧反应：
4C 3O2 2CO 2CO2
度水平降低，对着火也是不利的。
灰分在燃烧过程中不但不能放热，而且还要
吸热。 煤粉细度也会影响煤粉气流的着火温度，煤 粉愈细，着火愈容易。
2．炉膛温度 减少炉内散热，有利于着火。 在实践中为了加快和稳定低挥发分煤的着 火常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分 水冷壁遮盖起来，构成卫燃带。目的是减少水 冷壁吸热量，即减少燃烧过程的散热，提高燃 烧器区域的温度水平，从而改善煤粉气流的着 火条件。 3．煤粉气流的初温 提高初温，可减少着火热，使煤粉尽快 着火。 燃用低挥发分煤时，常采用热风送粉系统。
煤粉空气混合物燃烧放热量Q1，单位为 E kJ/s： b RT
Q1 k0Co2 e VQr
式中： k0 -频率因子，近似认为它是一个常数； Co - 可 烧 混 合 物 中 煤 粉 反 应 表 面 氧 浓 度 ， kmol/m3； b-燃烧反应式中氧的反应系数； E-活化能，kJ/Kmol； R-通用气体常数，8.314kJ/（kmol· k）； T-反应系统温度，k； V-可燃混合物容积，m3； Qr-可燃反应热（即发热量），kJ/kmol；
当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始 转向如下反应：
3C 2O2 2CO CO2
图5-3 碳粒表面燃烧过程 （a）温度低于1200℃；（b）温度高于1200℃
三、影响煤粉气流着火的因素
1．燃料的性质 挥发分含量降低，煤粉气流的着火温度显著 提高，着火热也随之增大。
水分增大，着火热也随之增大，致使炉内温
5．燃烧器结构特性与布置 主要是指一、二次风混合的情况。 一、二次风混合过早，若在煤粉气流着火前就 混合，增大了一次风量，使着火热增大，推迟着火 过程。 燃用低挥发分煤种时，应使一、二次风的混合 点适当推迟。 燃用高挥发分煤时，因为煤粉着火快，一、二 次风的混合点要早些。 6．锅炉负荷 锅炉负荷降低时，送进炉内的燃料消耗量相应 减少，而水冷壁总的吸热量虽然也减少，但减少的 幅度较小，相对于单位质量燃料来说，水冷壁的吸 热量反而增加了。
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向周围介质散失的热量 Q2 为：
Q2 AT Tb （5-10）
式中： -混合物向炉膛壁面的综合放热系数，它等 于对流放热系数与辐射放热系数之和； A -炉膛壁面面积，m2； Tb -炉膛壁面的温度，K。 煤粉空气混合物的着火、熄火以及燃烧的过程 是否能持续稳定地进行，都与燃烧过程的热力条件 有关，因为在燃烧过程中，同时存在着放热和吸热 两个过程。这两个互相矛盾过程的发展，对燃烧过 程可能是有利的、也可能是不利的，也即会使燃烧 过程发生(着火)或者停止(熄火)。
四、燃烧完全的条件
（1）合适的空气量； （2）适当高的炉温； （3）空气与燃料的良好扰动和混合； （4）足够的炉内停留时间。
五、强化煤粉气流燃烧的措施
（一）提高热风和一次风温度
（二）限制一次风量 （三）合理送入二次风 （四）着火区保持高温 （五）选择适当的煤分细度 (六）强化燃烧阶段和燃尽阶段
（七)合理组织炉内空气动力工况
六、稳定煤粉炉燃烧的主要技术措施有： （1）煤粉细度。煤粉细度合适，应是煤粉经济细 度。低负荷时或燃用难烧的煤种时，煤粉应细些，一 般对无烟煤，煤粉细度R90通常在10％左右。 (2)一次风煤粉混合物浓度。锅炉低负荷、燃用贫 煤和无烟煤时，为减小着火热，一次风粉混合物的煤 粉浓度要高些。 （3）分级送风。燃料燃烧的不同阶段需要不同的 风量，相应于各阶段的需要，尽可能适时送入必需的 风量，改善加热和着火条件。 (4)煤粉气流的加热条件。维持着火区的炉膛温度 和壁面温度，如采用敷设卫燃带，可尽量维持炉膛温 度，但高负荷时，炉内温度高，要注意防止炉内结渣。
2．着火热的来源 煤粉气流着火热来源有两个方面：一方面 是卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热，另一方 面是炉内高温火焰的辐射换热。
二、煤粉的燃烧过程
（一）燃烧阶段
1．着火前的准备阶段 煤粉气流喷入炉膛至着火这一阶段称为着火前 的准备阶段。 2．燃烧阶段 燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。煤粉气流一 旦着火燃烧，可燃质与氧就发生高速的燃烧化学反 应，放出大量的热量，烟气温度迅速升高达到最大 值，氧浓度及飞灰含碳量则急剧下降。 3．燃尽阶段 燃尽阶段是燃烧过程的继续。煤粉经过燃烧后， 炭粒变小，表面形成灰壳，大部分可燃物已经燃尽， 只剩少量残炭继续燃烧。
煤和煤粉的着火和燃烧 点1是一个稳定的低温缓慢氧化的平衡点；点3是一个稳定的高温 快速反应的平衡点；点2即为热力着火点。点4即为热力熄火点。
（二）着火热
1．着火热计算 它包括加热煤粉及空气（一次风）、使煤粉 气流中水分蒸发和过热所需要的热量。
100 M ar M Qzh V1ck cd Mcq t zh t1 ar M 4.1868 100 t1 2510 cq t zh 100 100 100
4．一次风量、一次风速和一次风温
增加煤粉气流中的一次风量，相应增加 了着火热，会使着火推迟；减小一次风量， 会使着火热显著降低，有利于着火。 一次风速对着火过程也有一定的影响。 一次风速过高，通过单位截面积的流量增大， 势必降低煤粉气流的加热速度，使着火距离 加长。 一次风温越高，着火热越小，越容易着 火。
强化煤粉气流卷吸烟气的能力。煤粉气流进入 炉内，着火热主要来自卷吸高温烟气、吸收烟气的对 流热量，因此，在炉内形成回流区，强化煤粉气流卷 吸高温烟气的能力，对煤粉的着火和燃烧非常重要。 (5)一次风煤粉混合物温度。采用较高的一次风 温度，能提高一次风煤粉气流的温度，从而减小着火 热，也有利于着火和燃烧。 (6)一次风煤粉气流的出口速度。一次风煤粉气 流速度低，煤粉气流的浓度越小，燃烧越稳定，着火 位置离喷口越近。
（二）碳粒的燃烧机理
碳粒的燃烧机理是比较复杂的。其反应 式为：
C O2 CO2
2C O2 2CO
CO2 C 2CO
2CO O2 2CO2
碳粒在静止的空气中或碳粒与空气两者 无相对运动燃烧时，在温度低于1200℃时， 按下示反应式进行燃烧反应：
4C 3O2 2CO 2CO2
度水平降低，对着火也是不利的。
灰分在燃烧过程中不但不能放热，而且还要
吸热。 煤粉细度也会影响煤粉气流的着火温度，煤 粉愈细，着火愈容易。
2．炉膛温度 减少炉内散热，有利于着火。 在实践中为了加快和稳定低挥发分煤的着 火常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分 水冷壁遮盖起来，构成卫燃带。目的是减少水 冷壁吸热量，即减少燃烧过程的散热，提高燃 烧器区域的温度水平，从而改善煤粉气流的着 火条件。 3．煤粉气流的初温 提高初温，可减少着火热，使煤粉尽快 着火。 燃用低挥发分煤时，常采用热风送粉系统。
煤粉空气混合物燃烧放热量Q1，单位为 E kJ/s： b RT
Q1 k0Co2 e VQr
式中： k0 -频率因子，近似认为它是一个常数； Co - 可 烧 混 合 物 中 煤 粉 反 应 表 面 氧 浓 度 ， kmol/m3； b-燃烧反应式中氧的反应系数； E-活化能，kJ/Kmol； R-通用气体常数，8.314kJ/（kmol· k）； T-反应系统温度，k； V-可燃混合物容积，m3； Qr-可燃反应热（即发热量），kJ/kmol；
当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始 转向如下反应：
3C 2O2 2CO CO2
图5-3 碳粒表面燃烧过程 （a）温度低于1200℃；（b）温度高于1200℃
三、影响煤粉气流着火的因素
1．燃料的性质 挥发分含量降低，煤粉气流的着火温度显著 提高，着火热也随之增大。
水分增大，着火热也随之增大，致使炉内温