煤粉燃料的燃烧

6.3.1方案一
• 所有空气(α=0.5)都作为一次风和煤粉一起进入炉内 （即α＝0.5），气流从初温127℃开始得到马弗炉内 的烟气卷吸和辐射受热而逐渐升温。 • 距马弗炉出口0.35m处达到着火温度835℃，于是煤 粉着火燃烧，温度迅速上升。 • 当气流到达x1=0.63m处时，空气烧光，其在马弗炉 内的燃烧基本结束。 • 从这个方案可以看出，全部空气都用作一次风，提 高了最初的煤粉气流的热容量。使加热到着火的时 间(由此也决定了空间长度)延长，这样就不能缩短 整个火炬长度。
– 干燃料升温所需要的热量，约20% – 空气升温所需要的热量，约70% – 水分升温所需要的热量，约10%
6.2煤粉火炬燃烧的特点
• 影响着火热的因素 –燃料性质的影响 • 挥发分。煤粉气流的稳定着火在很大程度上取决于所析出 的挥发分在其点燃后于一次风发生反应所形成的高温燃烧 产物来维持的 • 煤中灰分。灰分增加，燃料消耗量增加，造成着火热增加 • 水分。水分增加，着火热增加 –一次风量的影响 • 一次风量增加，着火热增加，着火推迟。理论上保证挥发 分完全燃烧的一次风份额和该煤种的干燥无灰基挥发分含 量相当。在实践上，对不同煤种即根据挥发分含量，也同 时根据煤粉输送过程等经验确定所采用的一次风份额
煤粉燃烧
6.1概述
• 煤粉燃尽时间
− τ0=δ0n/ki , n=1.8~2 − 减少δ0可以大幅度缩短燃尽时间，因此电站锅炉通常采 用煤粉燃烧方式。
• 煤粉被空气携带，以悬浮状态通过燃烧室并完成 燃烧过程。
– 输送煤粉的空气称为一次风 – 除一次风外，单独有组织供给燃烧所需的空气称为二次 风
6.2煤粉火炬燃烧的特点
6.2煤粉火炬燃烧的特点
• 煤粉气流的燃尽过程较长，实际工作中需要一定 的燃烧室冷却面积进行火焰的辐射换热，燃尽时 间会更长。
– 煤粉气流燃烧正常时，一般离燃烧器喷口0.3~0.5m处开 始着火，离喷口1~2m的距离内，大部分挥发分已经析 出和烧掉，但是焦炭粒的燃烧常要持续10~20m或更远 的距离，有一个较长的燃尽过程。 – 一般煤粉锅炉燃烧室设计足够大，保证在燃烧室的一般 高度处，能达到约98%的燃尽率。
6.3.1方案一
6.3.2方案二
• 空气分成一次风(∆α1=0.15)与二次风(∆α2＝0.35)。 一次风量较少，所以煤粉气流受热升温较快，到 0.06m处温度就已上升到825℃。但是这时尚未达 到着火温度，然而二次风就在这个时候加入，结 果使整个煤粉气流的温度下降到320℃，然后象方 案1一样地逐惭升温、着火、燃烧。火炬长度仍为 x1=0.63m。 • 从这个方案可以看出，二次风过早地在一次风与 煤粉气流尚未着火燃烧以前送入，其结果与全部 空气作为一次风一样，也不能缩短火炬长度。
• 煤粉燃烧要注意控制其污染物排放
– 污染物主要包括粉尘、氮氧化物和硫氧化物，下一章重 点讨论
6.2结论
– 煤粉同其他燃料相比，较难与着火。 – 为了达到一定的着火温度，需要供给煤粉气流足够的着 火热。 – 实际燃烧过程中，希望尽可能的减少煤粉气流的着火 热，改善着火条件，稳定燃烧。 – 对于具体的燃烧设备，希望煤粉气流在喷入燃烧室后， 有适当的着火距离（着火点距喷口的距离）。着火距离 过小，容易烧坏喷口。着火距离过大，煤粉燃尽的行程 就长，所需燃烧室的高度和体积就大。 – 对于难着火煤粉，通常着火距离过长，这时需要通过一 定的技术减小着火距离。
–
6.2煤粉火炬燃烧的特点
不同煤种煤粉气流中颗粒的大致着火温度
煤 褐 烟 贫 种 煤 煤 煤 挥发分 vdaf(%) 50 40 30 20 14 4 无烟煤 着火温度 Tj（℃） 550 650 750 840 900 1000
6.2煤粉火炬燃烧的特点
• 一般情况下，煤粉气流在着火过程中所吸收的热 量只有10~30%来源于辐射传热量，所以其主要的 热量来源是对流换热。 • 着火热：将煤粉加热到着火温度所需热量称为着 火热。着火热主要有三部分构成：
6.2煤粉火炬燃烧的特点
– 一次风温的影响 • 一次风温对煤粉气流影响很大，提高一次风温可降 低着火热。如果一次风气流的初温为20℃时着火热 记为100%，那么当风粉混合物温度为300 ℃时，其 着火热可降低至40.5% – 其他因素 • 燃烧器的空气动力工况，例如旋流燃烧器制造的回 流区会引入高温烟气并被卷吸入煤粉气流可改善着 火条件。 • 煤粉细度、一次风速、炉膛温度等都会对着火热产 生影响
1. 煤粉空气混合物气流较难于点燃
– – – – 煤粉炉中，燃烧所需空气分为一、二次风。 一次风作用：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空气； 二次风作用：煤粉着火以后混入保证煤粉燃尽。 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的 温度。 煤粉着火温度使有一定条件下煤粉着火的临界条件决 定的，不同条件所测得的着火温度不同。
6.3一元系统热工况
• 马弗炉燃烧过程计算
–计算条件 •马弗炉内总过量空气系数0.5 •空气初温127℃ •分级送入的二次风与煤粉的混合转瞬间完成 –计算方案 •所有空气作为一次风送入 •空气分成一次风和二次风，∆α1=0.15, ∆α2=0.35,l=0.06m •空气分成一次风和二次风，∆α1=0.15, ∆α2=0.35,l=0.09m •空气分成一次风和二次风，二次风分两批送入， ∆α1=0.15, ∆α21=0.15, ∆α22=0.2,l1=0.09m,l2=0.2m
6.3一元系统热工况
• 一元系统
– 系统中在气流的横截面上温度、浓度等参数是均匀的， 仅沿气流方向这些参数才有变化。
• 有研究者对马弗炉里煤粉与空气气流的燃烧过程 进行了一元系统的燃烧热工况计算。
– 马弗炉：一种不用燃油而用煤块与煤粉生火的燃烧器。 煤粉炉生火时先用煤块在手0~100度，这时将煤粉与 空气气流送进马弗炉，使气流在马弗炉内着火，着火以 后的煤粉气流吹进煤粉炉，这样就慢慢地使煤粉炉生 火。