3.4固体燃料燃烧过程

（3）自然通风，自由空间的高度≥0.3～ 1.0m，
机械通风时更大。
3.4.3 喷燃燃烧
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
回转窑内的 喷燃
优点：
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
3.4.3.1 煤粉的制备
煤粉制备设备
球磨机 立式磨
球磨机
HRM立式磨
比较：
（1）球磨的结构简单、操作可靠、对煤种的适应性好； （2）立式磨设备体型小，系统简单、噪音低、单位电 耗低、但不宜磨硬质煤。
沸腾燃烧室的组成及构造：
(1) 供煤系统：由锤链式破碎机、斗式提升机 喂煤仓、喂煤机和喂煤管等组成 。 (2) 鼓风系统：由离心式风机、一次和二次风 管、风室、布风板及风帽等组成 。 (3) 燃烧室:由炉膛和混合室构成，设加煤口、 下煤管、炉门、冷风门、清灰门、密封装置 。
板状活动炉条：安装在框架上作往复运动 固定梁状炉条
水平炉栅：供灰渣燃烬之用
工作过程：借助炉栅的推动作用
进行加煤、拨火及除渣的操作。
活动炉条的往复运动使 煤沿炉栅而缓缓地向炉栅 下端移动中依次进行干燥、 预热、燃烧和燃烬过程。
1
倾斜推动炉栅示意图 1—活动炉条；2—固定炉条
3.4.2.4 层燃燃烧室的计算
留时间以保证其能充分燃烬。
3.4.3.3
1.
煤粉的燃烧设备
煤粉烧嘴
（1）旋流式煤粉烧嘴:装有使气体产生旋转运动的导流叶片
固定式：旋流程度不能调节
类型
可调式：旋流程度可以调节
工作原理：如图。
(烟煤）
一次风速：20～26m/s 二次风速：20～30m/s
这种烧嘴形成的火焰在炉 膛中充满程度好，射程短。 适用于燃烧室 。
直流式烧嘴的使用特点：
（1）流体阻力较小，喷出的煤粉气流射程远，高温烟气的回流 量也少，致使着火延迟，炉膛火焰充满度差。 （2）空气喷出速度一般比旋流式烧嘴所用风速大。
2. 煤粉燃烧室 类型 立式：燃料由顶部喷入燃烧室—高:宽=1:1 卧式：燃料由侧壁喷入燃烧室—高:宽:深=1:1:3
卧式煤粉燃烧 1—煤粉烧嘴；2—除灰门；3—防爆阀； 4—风量调节器；5—热风管；6—混合室
直火式层燃的特点 ： （1）燃料层薄 烟煤——100～200mm
燃料层温度高 >1300℃
无烟煤——60～150mm
（2）一次空气量充足：占总空气量的85%～90%左右 （3）燃烧室空间大：供挥发物及细煤粒燃烧 2. 半煤气式 氧化层；厚度与直火式相同，进行氧化反应。
燃料层
还原层： CO2 +C→2CO -热量
旋流式烧嘴的空气动力工况 1—一次风；2—二次风；
（2） 直流式煤粉烧嘴 （a）直筒式：出口风速小，风煤混合差，黑火头长，火焰短。
适用于烧燃烧速度慢的煤。
（b）拔哨式：喷出速度大，燃烧速度快，火焰形状粗短，不规则，
易烧窑皮。适用于烧燃烧速度快的煤。
（c）拔哨导管式：火焰形状规则且加长。
（d）带风翅的喷煤嘴（内部装上一定角度的风翅）：风煤
率高，较易控制，且煤粉细度较稳定，但该系统需要较多的 设备和较大的厂房 ，风管流体阻力比直吹式系统大。
3.4.3.2 煤粉的燃烧过程
1．燃烧过程：
煤粉随空气喷入窑炉或燃烧室后呈悬浮状态，煤粉一边 随气流流动，一边依次进行干燥、预热、挥发分逸出及燃烧、 焦炭粒子燃烧及燃烬等过程。
助燃空气
一次空气：随煤粉一起进入燃烧室或窑炉的空气 二次空气：单独供给的空气
（3）劳动条件好，环境污染少；
（4）可使用劣质煤，燃料费用低 。
3.4.2.3 层燃燃烧室
人工操作燃烧室 燃烧室
加煤、拨火和除渣由人工完成
机械操作燃烧室
加煤、拨火和除渣由机械完成
1．人工操作燃烧室 （1）水平炉栅燃烧室 工作过程：如图。
设混合室的人工操作水平炉栅燃烧室 1—炉膛；2—看火孔；3—加煤口；4—清灰门； 5—灰坑；6—炉栅；7—冷风门；8—混合室； 9—挡火墙；10—喷火口；11—回转烘干机
回转炉栅燃烧室中燃烧过程示意图 Ⅰ—新燃料干燥预热区；Ⅱ—挥发物逸出、燃烧区； Ⅲa—焦炭燃烧氧化区；Ⅲb—焦炭燃烧还原区；Ⅳ—灰渣燃烬区
火焰 新燃料 层 焦碳层 灰渣层 炉篦 一次空 气
活动炉条的往复运动使煤沿炉栅缓缓地向炉栅下端 移动中依次进行干燥、预热、燃烧和燃烬过程。
（2）倾斜推动炉栅燃烧室 主要结构部件：倾斜推动炉栅 倾斜炉栅 炉 栅
旋转，增强一二次风的混合及相对运动，有利于燃烧。火焰 粗短，易烧窑皮。
（e）多风道喷嘴
多风道煤粉燃烧器的原理：如图。
三风道燃烧器的特点：
（1）内外净风出口速较大（70~150m/s），有利于提高煤粉的燃 烧速度和燃烬程度； （2）内外风的配合有利于煤粉的燃烧；火焰形状规整，有利于 保护窑衬； （3）一次风量小（12～ 14% ），有利于燃烧温度的提高及余热 的有效利用。 （4）火焰形状调节灵活，可调幅度大，对煤质的适应性强。 （5）NOx有害气体低。
半煤气层燃的特点：
（1）燃料层较厚：为直火式的2~ 3倍， （2）一次空气量不足：占总空气量的40%~ 70%；
（3）燃料层内的温度比直火式低：氧化层内约为1200℃； （4）燃烧室空间小：温度约1000~ 1100℃的半煤气产物 去窑炉与二次空气混合后燃烧。 半煤气的成分： CO 7%~20%；H2 5%~12%；CH4 0~2%； N2 50%~60%；CO2 10%~15%； Qnet,ar 2500~4000kj/Bm3
燃煤量<200kg/h—采用人工操作燃烧室， 燃煤量大于200kg/h—采用机械化燃烧室
BQnet,ar 3600q F
BQ net,ar 3600qV
（3） 计算炉栅面积
F
（4） 计算炉膛容积
V
炉膛高度
H
V F
注意事项：
（1）人工操作燃烧室:炉栅宽度不宜超过1.2m， 需要较宽炉栅时，则应每隔1.0~1.2m设一个炉门， 深度不宜大于2m。 （2）机械化燃烧室:炉栅的尺寸应尽量符合国家 定型产品的尺寸。
煤粉在窑内燃烧形成火焰过程示意图
2．煤粉喷燃时的注意事项 （1）一、二次空气的比例要合适
携带煤粉入窑
一次风的 作用 形成风煤流股 供挥发物燃烧
一般回转窑：25～30%
一次风量
立波尔窑：15～20% ＳＰ、ＮＳＰ窑：<15%
二次风的作用
供煤粉的焦炭粒子燃烧
（2）恰当的一、二次空气的温度
t一次↑，煤粉易着火，对燃烧有利，t
3. 全煤气式(固体燃料的气化) 氧化层：厚度与直火式基本相同 燃料层
还原层：CO2+C─→ 2CO-热量
厚度比半煤气式厚 全煤气式层燃的特点：
（1）燃料层厚度为直火式三倍以上，一次空气不足，二
次空气为零，燃烧产物中可燃气体占35%~48%； （2）将煤制成煤气，易满足窑炉内火焰的气氛和温度要 求，燃烧温度较直火式、半煤气式温度高；
所走过的轨迹。
燃焰： 着火以后，炽热的炭粒所走过的轨迹。 一次风速↑ ：黑火头长，一次风速过大 ，产生离焰， 甚至“熄火”； 一次风速↓：产生“回火”。 一般回转窑：W一次=40～80m/s 一次风速对火焰长度的影响：
一次风速大，煤粉射程长，火焰伸长； 一次风速大，强化焦炭燃烧，火焰缩短。
（5）制备细度合格、粒度均匀的煤粉
煤粉细，燃烧速度快；粒度均匀，有利于燃烧。 细度控制：4900孔筛筛余为8～15%
（6）保持较高的炉膛温度
炉内温度高，煤粉燃烧速度快，才能保证燃烧在炉内基本燃烬。
（7）使用合适的煤粉烧嘴
合适的煤粉烧嘴能加强风煤混合，加速燃烧。
（8）炉膛空间的大小和形状要适当
适当大小和形状的炉膛空间，以使煤粉在其中有足够的停
煤粉制备系统
直吹式系统：不设中间贮仓 中间仓式系统：设有中间贮仓
比较：
（1）直吹式 特点:流程简单，占厂房
面积小，动力消耗也 较低；但煤磨与窑互 相牵制，两者的操作 要很好的配合，煤磨 往往不能满负荷运转。
（2）中间仓式
单风机系统：适用于湿法回转窑 双风机 系统：适用于SP、NSP窑
特点:煤磨操作不受窑的干扰，可额定负荷下运转，粉磨效
3.4的燃烧过程
燃料中的可燃物与空气中的氧产生剧烈的氧化反应， 放出大量的热量并伴随有强烈发光现象的物理化学过程。
燃烧过程
准备阶段
燃烧阶段
燃烬阶段
干燥、预热和干馏
挥发分和焦炭燃烧
固体燃料所特 有的阶段
3.4.2 层燃燃烧 3.4.2.1 层燃的燃烧过程
层燃：把煤块放在炉篦上堆成一定 厚度的煤层进行燃烧。 燃烧过程：
炉栅（炉篦）的作用 ：用于支撑燃烧的燃料层；并使一次
空气均匀的穿过燃料层；灰渣从炉栅孔排出。
炉栅的类型
板式
梁式
炉栅的有效面积：通风孔隙的总面积 有效面积与炉栅总面积的比： 自然通风：20～25% 机械通风：7～10%
人工加煤燃烧室的炉条
（a）（b）梁式炉条；（c）（d）板式炉条；
炉栅的通风空隙的大小和多少，对通风的均 匀性及燃烧室的操作有很大的影响。
（2）倾斜炉栅燃烧室
炉栅由阶梯倾斜炉条和水平炉条组成 ，炉栅的倾斜角度约30º ~50º。
工作过程：如图。
人工操作燃烧室的特点：
（1）着火条件好，对燃料的适 应性强，设备简单，金属耗量少。 （2）加煤、拨火、清灰等操作全
倾斜炉栅燃烧室 1-炉膛；2—板状炉条；3—梁式炉条； 4—水池；5，8—横梁；6—加煤口； 7—抽砖（清灰用）
新燃料层加入燃烧室时,开始处于燃料 层表面,随后由于燃烧的进行逐渐下沉,自上 而下依次进行准备、燃烧和燃烬三个阶段， 完成燃烧过程。
火焰 新燃 料层 焦碳 层 灰渣 层 炉篦 一次 空气
氧化层：主要进行氧化反应 燃料层 还原层：CO2 +C→2CO
主要与燃料粒度大小、挥发分和灰分多少及燃 烧层温度高低等因素有关
1. 燃烧室的热力强度 热力强度 炉栅面积热力强度q 炉膛容积热力强度q
V
F
单位时间内、在单位 面积炉栅上燃料燃烧 所放出的热量
单位时间内、单位容 积的炉膛空间内燃料 燃烧所放出的热量
qF
BQnet,ar 3600 F
qV
BQnet,ar 3600V
燃烧室炉栅面积热力强度qF(kW/m2)
一次空气：供给焦炭燃烧的需要 助燃空气 二次空气：供给挥发物、CO以及 部分被气流扬起的细小煤粒等燃烧 空气过剩系数α = 1.3~1.7
3.4.2.2
层燃的方式
1．直火式（完全燃烧式）
在燃料层中，发生氧化放热反应： C + O2 ─→ CO2 + 热量 2C + O2 ─→ 2CO +热量 2CO + O2 ─→ 2CO2 + 热量
靠人工进行，劳动强度大，煤的不
完全燃烧损失大，过剩空气系数大
（α =1.3～1.7），炉温呈周期性波动，因此热效率低，燃烧不稳定
2．机械操作燃烧室 （1）回转炉栅燃烧室（链条炉） 主要结构部件：一条无端的链状炉栅 工作过程：借助炉栅的回转作用进行加煤、拨火及除渣的操作。
如图：
燃料是在随炉栅不断运动 过程中依次进行干燥、预 热、着火、燃烧和 燃烬等过程的 。
通风方式及 煤种 燃烧室型式 人工操作 燃烧室 810～930 930～1050 350～580 470～700 回转炉栅 燃烧室 930～1050 580～810 ----倾斜推动炉 栅燃烧室 810～930 810～930 520～700 520～700 振动炉栅 燃烧室 930～1160 900～1160 -----
人工 通风 自然 通风
烟煤 无烟 煤 烟煤 无烟 煤
炉膛容积热力强度q V一般为290～350 kW/m2。燃用烟煤时可取低值，
而燃用无烟煤时可取高值 。
2. 燃烧室的计算步骤 （1） 确定燃烧室发出热量或燃煤量 ；需考虑燃烧室的热效率。
人工操作燃烧室：80% 机械操作燃烧室：85～ 90%
（2）按要求选择燃烧室的型式 ：
一次↑↑，煤粉有产生爆炸的危险。
一次风 温度

控制：t一次≤150℃。 t二次↑，对燃烧有利，愈高愈好。 取决于冷却机的热效率。
二次风 温度
（3）控制适当的过剩空气系数 过剩空气 系数
α ↓，燃烧不完全，燃烧温度低； α ↑↑，过剩空气多，燃烧温度低 。
（4）控制合适的一次风喷出速度 黑火头：煤粉和空气的混合物从烧嘴喷出到着火燃烧
立式煤粉燃烧室 1—煤粉烧嘴；2—防爆阀；3—风量调节器； 4—炉门；5—除灰门；6—混合室
q V =140×103~230×103W/m3
﹡ 3.4.4 沸腾燃烧
沸腾燃烧是基于固体颗粒流态化技术，将其应用于碎 煤燃烧的一种新型燃烧方法，它是利用空气动力作用
使煤在沸腾状态下完成传热、传质和燃烧过程。