硅酸盐热工基础第四章

1、燃料及其燃烧干燥干燥预预热热干馏干馏时间时间温温度度吸热、不需空气吸热、不需空气挥发物种类、多少挥发物种类、多少 煤的结构特点煤的结构特点 煤是由很多不同结构的含煤是由很多不同结构的含C C、H H、O O、N N、S S的的有机聚合物粒子有机聚合物粒子和和矿物杂质矿物杂质混合而成，混合而成，各种有机聚合物粒子之间常由不同的碳氢各种有机聚合物粒子之间常由不同的碳氢支链连结成更大的粒子。支链连结成更大的粒子。 煤的燃烧过程煤的燃烧过程：干燥干燥热解及挥发分析出热解及挥发分析出挥发分燃烧挥发分燃烧焦炭燃烧焦炭燃烧加加具体到当煤加热到足够高的温度时，先变成当煤加热到足够高的温度时，先变成塑性塑性状态

2、状态，失去棱角而使其形状变得更接近于球形，失去棱角而使其形状变得更接近于球形，同时开始同时开始释放挥发份释放挥发份。24426222HCO、焦焦油油、CHHCHCCOOH 挥发份释放后留下的是挥发份释放后留下的是多孔的炭多孔的炭。热解过。热解过程中不同的煤有着程中不同的煤有着不同程度的膨胀不同程度的膨胀。加加 加热速率加热速率对挥发分析出的速率及其成分有很对挥发分析出的速率及其成分有很大的影响；大的影响；慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得到很少，甚至无碳。时则得到很少，甚至无碳。 煤粒终温煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大：对挥发分析出的最终产量

3、影响很大：随着热解温度的提高，挥发分产量可高达随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70%70%以上，即挥发分并不是一个确定不变的常数。以上，即挥发分并不是一个确定不变的常数。加加 挥发份的燃烧挥发份的燃烧 焦炭的燃烧焦炭的燃烧焦炭含量占焦炭含量占555597%97%，燃烧时间占燃烧时间占90%90%，发热，发热量占量占606095%95%加加加加加加*块煤层燃的三种方式：块煤层燃的三种方式：（1）完全燃烧式（直火式）完全燃烧式（直火式）特征：炉篦上燃料层较薄（烟煤特征：炉篦上燃料层较薄（烟煤100200mm，无，无烟煤烟煤60150mm），一次空气量充足），一次空气量充足QCO2OCO2QCO

4、2OC2QCOOC22222 燃料层基本只有氧化层，层内燃烧温度达燃料层基本只有氧化层，层内燃烧温度达1300以以上，燃烧后产物主要是上，燃烧后产物主要是CO2，几乎没有其他可燃气，几乎没有其他可燃气体。直接进入燃烧室的二次空气供给挥发分燃烧，体。直接进入燃烧室的二次空气供给挥发分燃烧，燃烧产物与燃料层中逸出的燃烧产物混合后排出燃烧产物与燃料层中逸出的燃烧产物混合后排出燃烧室燃烧室加加完全燃烧（直火）式层燃特点：完全燃烧（直火）式层燃特点：燃层薄，燃料在炉篦上和燃烧室内完全燃烧燃层薄，燃料在炉篦上和燃烧室内完全燃烧所需二次空气量小，约占总空气量的所需二次空气量小，约占总空气量的1015%挥发物

5、与二次空气需在燃烧室空间混合燃烧，要挥发物与二次空气需在燃烧室空间混合燃烧，要求有较大的燃烧室空间求有较大的燃烧室空间加加（2）半煤气式）半煤气式特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的23倍，倍， 一次空气量不足一次空气量不足QCO2OCO2QCO2OC2QCOOC22222 氧化层中的氧化层中的CO2向上通过炙热焦炭层，发生还原反向上通过炙热焦炭层，发生还原反应，吸热应，吸热一次空气的氧在燃料底层的一次空气的氧在燃料底层的100200mm范围基本范围基本耗尽，与直火式氧化层一样，主要进行氧化反应耗尽，与直火式氧化层一样，主要进行氧化反应放热放热mol/kJ163CO

6、2CCO2 该层即还原层该层即还原层加加还原层中还原层中CO2不断减少，不断减少，CO不断增加，气体温度不断增加，气体温度不断下降。随温度下降，还原反应逐渐减慢，最不断下降。随温度下降，还原反应逐渐减慢，最后停止。后停止。半煤气式层燃燃烧产物含有较多可燃气体，其含半煤气式层燃燃烧产物含有较多可燃气体，其含量和成分与燃料性质、燃层厚度等因素有关。如量和成分与燃料性质、燃层厚度等因素有关。如烟煤半煤气为：烟煤半煤气为：CO720%，H2512%，CH402%，N25060%，CO21015%；低热值为；低热值为2500400kJ/m3；气流再向上，进入新煤层，一方面把煤加热使之气流再向上，进入新煤

7、层，一方面把煤加热使之干燥、干馏，一面把煤放出的挥发分和水分带走干燥、干馏，一面把煤放出的挥发分和水分带走进入炉膛空间。进入炉膛空间。加加燃烧室中的半煤气，根据需要可在燃烧室中或在燃烧室中的半煤气，根据需要可在燃烧室中或在窑炉内与二次空气混合再燃烧窑炉内与二次空气混合再燃烧半煤气燃烧特点：半煤气燃烧特点：燃料层比较厚，一次空气量不足，二次空气量较燃料层比较厚，一次空气量不足，二次空气量较直火式的大，约占总空气量的直火式的大，约占总空气量的3060%由于还原层的吸热反应，燃烧温度比直火式的低由于还原层的吸热反应，燃烧温度比直火式的低多数半煤气燃烧室产生的半煤气并不在燃烧室内多数半煤气燃烧室产生的

8、半煤气并不在燃烧室内燃烧，而是在窑炉内与二次空气混合燃烧。所以燃烧，而是在窑炉内与二次空气混合燃烧。所以半煤气燃烧室空间比直火式的小，燃烧室内温度半煤气燃烧室空间比直火式的小，燃烧室内温度也较低，约也较低，约10001100 加加（3）全煤气式）全煤气式特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的3倍以上，倍以上， 一一次空气量不足，二次空气量为零。次空气量不足，二次空气量为零。燃烧产物中可燃成分占燃烧产物中可燃成分占3548%实质是煤的气化实质是煤的气化逆流式（上饲式）顺流式（下饲式）交叉式（前饲式）逆流式（上饲式）顺流式（下饲式）交叉式（前饲式）12345678910燃

9、烧层结构燃烧层结构准备准备燃烧燃烧燃烬燃烬新燃料层新燃料层：煤上下夹击：煤上下夹击受热，干燥、干馏受热，干燥、干馏，将水汽、挥发物等带离煤层进入炉膛空间，将水汽、挥发物等带离煤层进入炉膛空间，挥发分及挥发分及COCO着火燃烧；着火燃烧；具体燃烧过程：具体燃烧过程：焦炭层焦炭层:主要燃烧放热区，温度最高主要燃烧放热区，温度最高 还原层还原层：气流中：气流中COCO2 2与碳起还原反应，即与碳起还原反应，即 COCO2 2 +C2CO +C2CO，温度越高，速度越快，温度越高，速度越快 氧化层氧化层：主要进行氧化反应：主要进行氧化反应灰渣层灰渣层: :冷空气进入，冷空气进入，炉篦和灰渣炉篦和灰渣被

10、冷却，而被冷却，而空气空气则被预热。则被预热。* * * * 灰渣具有灰渣具有保护炉篦过热保护炉篦过热和和均匀分散空气均匀分散空气的作用的作用 气体成分及温度变化：气体成分及温度变化：气体成分（气体成分（% %）温度（温度（）10005001500燃料层高度燃料层高度燃料颗粒大，氧化层厚；燃料颗粒大，氧化层厚；燃料挥发分高，氧化层薄；灰分多，氧化层厚燃料挥发分高，氧化层薄；灰分多，氧化层厚 如果燃烧层稳定，氧化层的厚度几乎不随鼓风量如果燃烧层稳定，氧化层的厚度几乎不随鼓风量变化变化改变煤层的厚度还可以改变烟气的成分改变煤层的厚度还可以改变烟气的成分 一次空气主要是供给焦炭燃烧的需要，二次空气一

11、次空气主要是供给焦炭燃烧的需要，二次空气则是供给挥发物、则是供给挥发物、COCO以及部分被气流扬起的细小以及部分被气流扬起的细小煤粒等燃烧的需要；煤粒等燃烧的需要；一般取空气过剩系数一般取空气过剩系数1.31.31.71.74 燃烧规律：燃烧规律：了解了解5 人工操作燃烧室的空气供需状况人工操作燃烧室的空气供需状况abab进入炉内的总空气量进入炉内的总空气量cd cd 实际参与燃烧的有效实际参与燃烧的有效 空气量空气量efef实际需要空气量实际需要空气量ghgh焦炭燃烧所需空气量焦炭燃烧所需空气量略略无端链状炉条无端链状炉条：缓慢回转。：缓慢回转。灰渣灰渣：由尾部排出：由尾部排出空气空气：风舱

12、中自下：风舱中自下而上穿过炉篦而上穿过炉篦* * * * 回转炉篦作用：回转炉篦作用：承托煤层承托煤层、加煤加煤、除渣。除渣。煤煤：由：由煤斗煤斗下部经下部经煤闸门煤闸门带入燃烧室。带入燃烧室。组成组成：活动炉条活动炉条、固定炉条固定炉条（相间布置、相互搭（相间布置、相互搭接）。接）。倾斜角倾斜角: :小于自然休止角。小于自然休止角。空气空气: :由下向上流动。由下向上流动。活动炉条活动炉条固定炉条固定炉条组成组成：激振器激振器、板状炉条板状炉条、弹簧板弹簧板、下框架下框架、 密封板密封板空气空气: :由下方供入由下方供入1324567 891011新燃料区新燃料区挥发物逸出、燃挥发物逸出、燃

13、烧区烧区灰渣区灰渣区a焦炭燃烧氧化区焦炭燃烧氧化区b焦炭燃烧还原区焦炭燃烧还原区AGABBCCDDEFAB CDE EFGH空气空气 ab煤闸门煤闸门煤斗煤斗AB CDE EFGH空气空气 ab煤斗煤斗煤闸门煤闸门A BCDE F链条炉原则性配风方案链条炉原则性配风方案尽早配风法尽早配风法强风后吹法强风后吹法推迟配风法推迟配风法配风量配风量配风量配风量配风量配风量FBQqarnetF3600, 按按水水平平面面上上投投影影计计）面面积积，通通风风孔孔及及炉炉条条炉炉篦篦面面积积，（包包括括燃燃料料的的低低位位发发热热量量，料料量量，每每小小时时进进入入燃燃烧烧室室的的燃燃炉炉篦篦面面积积热热强

14、强度度，FkJ/kgQh/kgBm/kwqar,net2F略略V3600BQqar,netV 或或炉炉膛膛体体积积减减少少炉炉篦篦面面积积成成反反比比，提提高高它它们们，可可或或与与、VFqqVF合合理理的的数数值值范范围围都都是是一一，越越小小越越好好，所所以以不不是是面面积积或或容容积积燃燃烧烧损损失失不不完完全全并并不不可可取取，因因为为会会导导致致，但但过过分分提提高高VFVFqqqq略略选选择择燃燃烧烧室室形形式式根根据据工工艺艺要要求求)2(，尽量采用机械化操作，尽量采用机械化操作，可采用人工操作，可采用人工操作200kg/hBh/200kgB 略略HV)4(及炉膛高度及炉膛高度计

15、算炉膛容积计算炉膛容积FVH 3600qBQV Far,net F)3(炉炉膛膛面面积积计计算算Farnet,3600qBQF 略略具体燃烧过程：具体燃烧过程：煤粉进入到炉膛受到导热、对流及辐射煤粉进入到炉膛受到导热、对流及辐射加热、逸出挥发分，并升温着火，形成加热、逸出挥发分，并升温着火，形成着火区着火区着火后煤粉与空气强烈反应，并放出大着火后煤粉与空气强烈反应，并放出大量的热，构成量的热，构成燃烧区燃烧区当温度达到最大值后，燃烧过程已相当当温度达到最大值后，燃烧过程已相当完全，反应减慢，这时放热量小于散热完全，反应减慢，这时放热量小于散热量，温度下降，从而进入量，温度下降，从而进入燃尽区燃

16、尽区1 1温度温度2 2飞灰含碳量飞灰含碳量3 3COCO2 2浓度浓度4 4氧浓度氧浓度、着火区、着火区、燃烧中心区、燃烧中心区、燃尽区、燃尽区（8 8）一、二次空气的比例要合适，考虑两个方面）一、二次空气的比例要合适，考虑两个方面： 一次风携带煤粉喷入燃烧室或窑炉并供逸出的挥发分燃一次风携带煤粉喷入燃烧室或窑炉并供逸出的挥发分燃烧烧 煤粉制备系统的设计要求及窑炉的特点。煤粉制备系统的设计要求及窑炉的特点。（9 9）一、二次空气的温度）一、二次空气的温度一次风的温度一次风的温度150150，以防止煤粉发生爆炸；二次风的，以防止煤粉发生爆炸；二次风的温度不受限制（尽量高）。温度不受限制（尽量高

17、）。（1010）保持较高的炉膛温度）保持较高的炉膛温度（1111）使用合适的煤粉烧嘴）使用合适的煤粉烧嘴二次风壳二次风壳一次风壳一次风壳旋流叶片旋流叶片旋风炉旋风炉直筒式直筒式拔哨式拔哨式拔哨导管式拔哨导管式 燃烧状态：燃烧状态：将磨成微粒或细粉状的燃料与空气混合后从将磨成微粒或细粉状的燃料与空气混合后从喷燃器喷出，在炉膛空间呈悬浮状态时的一种燃烧。喷燃器喷出，在炉膛空间呈悬浮状态时的一种燃烧。直流式（火炬式）旋涡式（旋风式）特点：燃烧速度快、燃烧效率高、特点：燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便燃烧温度高、煤耗低、调节方便煤粉燃烧器：煤粉燃烧器： 煤粉燃烧器：煤粉燃烧器：直流

18、煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器旋流煤粉燃烧器旋流煤粉燃烧器图4-39、401、煤粒与空气之间能充分混合。空气过剩系数小，煤粒与空气之间能充分混合。空气过剩系数小，燃烧速度非常迅速燃烧速度非常迅速2、热效率高，可达热效率高，可达95%以上以上3、燃烧温度稳定，可保持在燃烧温度稳定，可保持在9601050范围内范围内4、可充分利用各种劣质燃料可充分利用各种劣质燃料5、沸腾燃烧室结构简单、操作灵活、易于调节、沸腾燃烧室结构简单、操作灵活、易于调节、自动化程度高及操作环境好自动化程度高及操作环境好6、空气动力消耗大，烟气中飞灰量较多空气动力消耗大，烟气中飞灰量较多7、操作不当时，不完全燃烧造成的热损失大操作

19、不当时，不完全燃烧造成的热损失大8、煤的结焦性强时，排渣困难煤的结焦性强时，排渣困难沸腾燃烧的特点：沸腾燃烧的特点：沸腾燃烧室的底部安沸腾燃烧室的底部安装有装有布风板炉栅布风板炉栅；块煤经锤链式破碎机块煤经锤链式破碎机破碎后，其粒度在破碎后，其粒度在0.510mm之间，碎之间，碎煤经喂煤口投放到布煤经喂煤口投放到布风板炉栅上；风板炉栅上；布风板下为风室，空布风板下为风室，空气由此向上吹送。气由此向上吹送。 空气速度与煤粒存在状态：空气速度与煤粒存在状态：（1 1）速度低：碎煤颗粒静止在布风板上）速度低：碎煤颗粒静止在布风板上固定床固定床；（2 2）速度达某值：煤粒被风托起，颗粒间的空隙加大，）

20、速度达某值：煤粒被风托起，颗粒间的空隙加大，颗粒在一定高度内上下翻腾，煤颗粒能悬浮在空气中颗粒在一定高度内上下翻腾，煤颗粒能悬浮在空气中受热，完成受热，完成干燥、预热、干馏、挥发分逸出及燃烧、干燥、预热、干馏、挥发分逸出及燃烧、焦炭的燃烧及燃烬焦炭的燃烧及燃烬等燃烧过程等燃烧过程沸腾床沸腾床（3 3）流速过快：煤不完全燃烧）流速过快：煤不完全燃烧气力输送气力输送颗粒重颗粒重力和阻力和阻力与气力与气流推力流推力煤层高度、阻力随速度变化关系煤层高度、阻力随速度变化关系固定床固定床 沸腾床沸腾床 气力输送气力输送abcaabbcc燃层高度燃层高度实际流速实际流速燃层阻力燃层阻力w w w w w w

21、 柱形：柱形：锥形：锥形：布风装置：直孔式、侧孔式布风装置：直孔式、侧孔式锥形沸腾室：沸腾段、悬浮段（使小颗粒沉降、锥形沸腾室：沸腾段、悬浮段（使小颗粒沉降、延长小颗粒停留时间，利于燃烧）延长小颗粒停留时间，利于燃烧）空气空气正压进煤正压进煤烟气烟气溢流渣溢流渣负压进煤负压进煤悬浮段悬浮段沸腾段沸腾段1 1 强化燃烧，传热系数高、容积热强度大强化燃烧，传热系数高、容积热强度大2 2 煤种适应性广煤种适应性广3 3 利于环保利于环保4 4 利于实现机械化、自动化利于实现机械化、自动化5 5 效率较低（烟气带走的热量、飞灰、可燃物较效率较低（烟气带走的热量、飞灰、可燃物较多）多）6 6 控制和检测

22、手段复杂，耗电多控制和检测手段复杂，耗电多煤浆燃料是煤浆燃料是煤粉与液体煤粉与液体如如水、油或甲醇水、油或甲醇混合而混合而成的燃料。种类以煤与何种液体相混合来命名有：成的燃料。种类以煤与何种液体相混合来命名有：（1 1）油煤浆（）油煤浆（COMCOM或或CODCOD）油与煤粉混合，可以包含油与煤粉混合，可以包含10%10%的水的水（2 2）煤油水浆（）煤油水浆（COWCOW）和煤水油浆（）和煤水油浆（CWOCWO）：水）：水含量大于含量大于10%10%加加（3 3）水煤混合燃料）水煤混合燃料煤与水的混合物，煤与水的混合物，CWFCWF水煤燃料，水煤燃料，CWSCWS水水煤浆煤浆（4 4）煤甲醇

23、水混合物）煤甲醇水混合物（5 5）油石油焦浆）油石油焦浆（6 6）水石油焦浆）水石油焦浆加加（1 1）用于工业蒸汽锅炉）用于工业蒸汽锅炉（2 2）用于电站锅炉）用于电站锅炉（3 3）用于各种工业窑炉）用于各种工业窑炉（4 4）用于内燃机）用于内燃机（5 5）用于燃气轮机联合循环）用于燃气轮机联合循环（6 6）用于煤粉锅炉的点火燃料）用于煤粉锅炉的点火燃料水煤浆是近十几年发展起来的一种新型燃料，它水煤浆是近十几年发展起来的一种新型燃料，它由由煤粉、水和少量化学添加剂煤粉、水和少量化学添加剂组成。水煤浆的用组成。水煤浆的用途可以代油：途可以代油：加加加加(1)(1)非牛顿流体，一种高浓度煤粉颗粒在

24、水中非牛顿流体，一种高浓度煤粉颗粒在水中的悬浮混合物的悬浮混合物, ,可以泵送或雾化喷入炉中可以泵送或雾化喷入炉中(2)(2)需有稳定的剪切应力和良好的稳定性（抵需有稳定的剪切应力和良好的稳定性（抵制煤粉颗粒沉积）制煤粉颗粒沉积）(3)(3)低粘度和很好的流变特性低粘度和很好的流变特性(4)(4)雾化水煤浆时要求其颗粒容易分离雾化水煤浆时要求其颗粒容易分离加加(5)(5)水煤浆在制造过程中进行净化处理，处理以水煤浆在制造过程中进行净化处理，处理以后可除去原料煤中灰分的后可除去原料煤中灰分的50%50%75%75%和黄铁矿和黄铁矿（硫）的（硫）的40%40%90%90%，并回收原料煤热值的，并回

25、收原料煤热值的90%90%98%98%。(6)(6)煤矿可以用水力开采，并把原煤的洗选和水煤矿可以用水力开采，并把原煤的洗选和水煤浆的制造过程结合起来，水煤浆的经济性煤浆的制造过程结合起来，水煤浆的经济性会更高。会更高。加加(1)(1)湿磨湿磨 将将原料煤原料煤 湿磨湿磨 至需要的颗粒尺寸至需要的颗粒尺寸，一般为，一般为5050200m200m。(2)(2)浮选净化浮选净化 含有合格煤粉的煤浆被送到浮含有合格煤粉的煤浆被送到浮选净化段，通过浮选工艺除去其中大部分选净化段，通过浮选工艺除去其中大部分灰分和硫分。灰分和硫分。制造水煤浆主要包括以下几步：制造水煤浆主要包括以下几步：加加(3)(3)过

26、滤和脱水过滤和脱水 从浮选段出来的煤浆送至一过从浮选段出来的煤浆送至一过滤器（常用真空浓缩过滤器），把水煤浆制滤器（常用真空浓缩过滤器），把水煤浆制成相对干燥和清洁的煤饼状，以使最终的水成相对干燥和清洁的煤饼状，以使最终的水煤浆产品达到所要求的固体浓度。煤浆产品达到所要求的固体浓度。(4)(4)混合和储存混合和储存 由浓缩过滤器出来的清洁煤浆由浓缩过滤器出来的清洁煤浆的滤饼被送到连续搅拌的混合器，在混合器的滤饼被送到连续搅拌的混合器，在混合器中加入化学添加剂，以满足所需要的水煤浆中加入化学添加剂，以满足所需要的水煤浆特性。当混合过程完成以后，水煤浆就制备特性。当混合过程完成以后，水煤浆就制备好

27、了，可以泵送去储存或直接输送到用户。好了，可以泵送去储存或直接输送到用户。加加加加水煤浆良好的雾化特性是使其水煤浆良好的雾化特性是使其稳定着火和燃稳定着火和燃烧并保证高的燃烧效率烧并保证高的燃烧效率的首要因素。的首要因素。 雾化不好不仅会造成燃烧不稳定和燃烧损失雾化不好不仅会造成燃烧不稳定和燃烧损失增加，而且还会造成炉膛结渣。增加，而且还会造成炉膛结渣。 因此，因此，水煤浆雾化喷嘴是关键的燃烧设备水煤浆雾化喷嘴是关键的燃烧设备。 由于水煤浆在常温下的工作粘度一般为由于水煤浆在常温下的工作粘度一般为0.30.31Pas1Pas，比燃料油在运行时的工作粘度大得，比燃料油在运行时的工作粘度大得多，所

28、以，水煤浆多用多，所以，水煤浆多用空气或蒸汽雾化喷嘴空气或蒸汽雾化喷嘴。一。一个良好设计的水煤浆喷嘴应能达到以下要求：个良好设计的水煤浆喷嘴应能达到以下要求：加加(1)具有良好的雾化性能，能得到尽可能细的水煤具有良好的雾化性能，能得到尽可能细的水煤浆液滴。希望雾化炬的平均液滴直径在浆液滴。希望雾化炬的平均液滴直径在75m，这样才能保证良好的燃烧。这样才能保证良好的燃烧。(2)雾化介质（压缩空气或蒸汽）和水煤浆的流量雾化介质（压缩空气或蒸汽）和水煤浆的流量比为比为0.10.25，这样经济上才合理。，这样经济上才合理。(3)由于水煤浆中含有由于水煤浆中含有70%75%的固体颗粒，因此，的固体颗粒，

29、因此，从结构和材料上，要使喷嘴具有从结构和材料上，要使喷嘴具有防磨损防磨损的功能。的功能。采用碳化硅或陶瓷作为喷口材料，可使喷嘴的采用碳化硅或陶瓷作为喷口材料，可使喷嘴的工作寿命在工作寿命在2000小时以上。小时以上。(4)喷嘴不会被水煤浆堵塞，并能承受燃烧器重复喷嘴不会被水煤浆堵塞，并能承受燃烧器重复启停所产生的热应力启停所产生的热应力n水煤浆喷嘴要求：水煤浆喷嘴要求：加加a） T型喷嘴；型喷嘴；b）标准）标准Y型喷嘴；型喷嘴；c）渐扩）渐扩Y型喷嘴型喷嘴1-碳化硅或陶瓷管碳化硅或陶瓷管加加图为以烟煤为原料煤图为以烟煤为原料煤制成的水煤浆，当采制成的水煤浆，当采用空气雾化喷嘴，空用空气雾化喷

30、嘴，空气压力为气压力为1.2105Pa，空气和水煤浆的流量空气和水煤浆的流量比分别为比分别为10%、20%、30%、40%和和50%时，时，水煤浆的水分含量和水煤浆的水分含量和雾化液滴的质量平均雾化液滴的质量平均直径的关系。直径的关系。 水煤浆水煤浆水分含量水分含量和和雾化液滴质量平均直径雾化液滴质量平均直径的关系的关系加加加加首先通过喷嘴将其雾化成首先通过喷嘴将其雾化成液液滴，液滴在高温炉滴，液滴在高温炉膛中迅速蒸发掉水分，然后就像煤粉燃烧那样，析膛中迅速蒸发掉水分，然后就像煤粉燃烧那样，析出挥发分、着火和焦炭粒燃烧和燃尽。由于水煤浆出挥发分、着火和焦炭粒燃烧和燃尽。由于水煤浆的水分含量为的

31、水分含量为2530%，因此其燃烧的首要问题是，因此其燃烧的首要问题是在燃烧器根部保证稳定的着火。在燃烧器根部保证稳定的着火。保证水煤浆的稳定着火和燃烧，除了上述的保证水煤浆的稳定着火和燃烧，除了上述的正正确设计喷嘴确设计喷嘴和和保证雾化质量保证雾化质量外，还要能在燃烧器出外，还要能在燃烧器出口火焰根部维持一个高温区，以保证水煤浆雾化炬口火焰根部维持一个高温区，以保证水煤浆雾化炬具有很高的升温速率，以使水煤浆液滴中的水分能具有很高的升温速率，以使水煤浆液滴中的水分能迅速蒸发和使挥发分析出并着火。迅速蒸发和使挥发分析出并着火。加加水煤浆燃烧过程分三个阶段：水煤浆燃烧过程分三个阶段：（1 1）水分蒸

32、发）水分蒸发（2 2）挥发分析出和燃烧）挥发分析出和燃烧（3 3）焦炭燃烧）焦炭燃烧加加旋流燃烧器旋流燃烧器加加(1) (1) 水煤浆中含有水煤浆中含有30%30%40%40%的水分，在燃烧过程的水分，在燃烧过程中首先必须有一个中首先必须有一个蒸发过程蒸发过程，使煤浆的着火热，使煤浆的着火热增加，大约是同种煤粉的增加，大约是同种煤粉的66%66%87%87%。(2)(2)水煤浆以喷雾方式进入燃烧区域，为达到良好水煤浆以喷雾方式进入燃烧区域，为达到良好的雾化，喷嘴出口速度往往高达的雾化，喷嘴出口速度往往高达200200300m/s300m/s，而煤粉则以一次风混合带入，速度较低，一般而煤粉则以一

33、次风混合带入，速度较低，一般为为202030m/s30m/s。(3)(3)雾化过程不可能得到比原煤粉更小的液滴，在雾化过程不可能得到比原煤粉更小的液滴，在煤粉燃烧中，往往小颗粒煤粉在着火阶段起主煤粉燃烧中，往往小颗粒煤粉在着火阶段起主要作用，可以迅速加热而着火，而对于煤浆，要作用，可以迅速加热而着火，而对于煤浆，这些小颗粒都形成了较大的液滴。这些小颗粒都形成了较大的液滴。加加(4)(4)水煤浆雾滴中有多个煤粉颗粒，在水分加热蒸水煤浆雾滴中有多个煤粉颗粒，在水分加热蒸发和挥发分析出过程中会产生二次破碎分离和发和挥发分析出过程中会产生二次破碎分离和结团现象，由于这种结团引起焦炭颗粒明显大结团现象，

34、由于这种结团引起焦炭颗粒明显大于一般煤粉焦炭粒子而难于燃烧。于一般煤粉焦炭粒子而难于燃烧。(5)(5)水煤浆雾炬本身具有很高的动量，这对燃烧室水煤浆雾炬本身具有很高的动量，这对燃烧室流场组织产生影响。流场组织产生影响。加加加加，单滴燃烧，单滴燃烧，内部群燃烧，内部群燃烧，外部群燃烧，外部群燃烧，外部壳燃烧，外部壳燃烧21221210G10G1010G1010G液滴云的四种群液滴云的四种群燃烧方式：燃烧方式：VRmnG/群燃烧数：群燃烧数：加加无无反反应应长长度度灰灰焦焦碳碳燃燃烧烧区区长长度度长长度度缺缺氧氧焦焦碳碳粒粒子子存存在在区区的的挥挥发发分分析析出出长长度度群群壳壳包包住住火火焰焰长

35、长度度/ashccadqdvfLLLLL群燃烧三种模式：群燃烧三种模式：带缺氧焦碳粒子存在区的水煤浆雾群燃烧带缺氧焦碳粒子存在区的水煤浆雾群燃烧加加群燃烧三种模式：群燃烧三种模式：不带缺氧焦碳粒子存在区的水煤浆雾群燃不带缺氧焦碳粒子存在区的水煤浆雾群燃烧烧加加群燃烧三种模式：群燃烧三种模式：颗粒挥发分析出和焦碳粒子燃烧的水煤浆颗粒挥发分析出和焦碳粒子燃烧的水煤浆雾群燃烧雾群燃烧加加火焰的火焰的4 4个个区域：区域：挥发分析出区挥发分析出区空气不足未燃空气不足未燃焦炭区焦炭区焦炭燃烧区焦炭燃烧区非燃烧区非燃烧区群燃烧三种模式：群燃烧三种模式：加加目前，我国的大气环境，具有普遍影响的目前，我国的大

36、气环境，具有普遍影响的污染主要是燃料的燃烧。污染主要是燃料的燃烧。影响较大的污染物有：影响较大的污染物有：飘尘、二氧化硫、氮飘尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等氧化物、一氧化碳等。各种污染物的浓度超过大气质量标准，就各种污染物的浓度超过大气质量标准，就会导致对环境污染，损害人体健康，造成对自会导致对环境污染，损害人体健康，造成对自然环境的严重破坏然环境的严重破坏加加主要为燃烧含硫的煤及石油等燃料产生。一般主要为燃烧含硫的煤及石油等燃料产生。一般1t1t煤中含有约煤中含有约5 550kg50kg硫，硫， 1t石油约含石油约含530kg硫硫二氧化硫为二氧化硫为无色有刺激性气体无色有刺激性气体，主要

37、导致呼吸，主要导致呼吸道疾病。道疾病。大气中大气中SOSO2 2平均浓度达到平均浓度达到3.5mg/m3.5mg/m3 3，会诱发哮喘、，会诱发哮喘、呼吸道感染、肺功能损伤。呼吸道感染、肺功能损伤。SOSO2 2还会对动植物造成损害，对金属、建材造成还会对动植物造成损害，对金属、建材造成腐蚀作用。腐蚀作用。加加防治二氧化硫污染的措施：防治二氧化硫污染的措施：提高窑炉热效率，降低燃料消耗提高窑炉热效率，降低燃料消耗高烟囱排放，降低污染源区的污染物浓度高烟囱排放，降低污染源区的污染物浓度燃烧脱硫（沸腾脱硫：细碎煤燃烧时加入脱燃烧脱硫（沸腾脱硫：细碎煤燃烧时加入脱硫剂如石灰石、白云石等，在灼热的沸腾

38、燃料硫剂如石灰石、白云石等，在灼热的沸腾燃料层中边燃烧边脱硫，使层中边燃烧边脱硫，使SOSO2 2与脱硫剂形成与脱硫剂形成C Ca aSOSO4 4随灰渣排出）随灰渣排出）燃料脱硫（固体燃料转换成气体燃料过程中燃料脱硫（固体燃料转换成气体燃料过程中脱硫；洗煤、重油加氢脱硫）脱硫；洗煤、重油加氢脱硫）排烟脱硫（活性炭吸附排烟脱硫（活性炭吸附SOSO2 2，再用水吸附回，再用水吸附回收，制得副产品硫酸）收，制得副产品硫酸）加加指指NONO，NONO2 2，N N2 2O O，NONO3 3，N N2 2O O3 3，N N2 2O O4 4，N N2 2O O5 5等等总称总称 。造成大气污染的主

39、要是造成大气污染的主要是NONO，NONO2 2燃烧过程的是燃烧过程的是NONOx x有两种：有两种：高温燃烧下，空气中高温燃烧下，空气中N N2 2的的O O2 2和反应生成和反应生成燃料中含氮化合物（燃料中含氮化合物（C C6 6H H5 5N N，C C1212H H9 9N N）及氨基化合物）及氨基化合物（RNHRNH3 3）燃烧分解出）燃烧分解出N2的的O2形成形成加加NO对人体和动物体内的血色素有强烈的对人体和动物体内的血色素有强烈的亲和作用，比亲和作用，比CO大大1000倍，任何动物吸倍，任何动物吸入入NO，会引起血液严重缺氧，损坏中枢，会引起血液严重缺氧，损坏中枢神经系统引起麻

40、痹症状。神经系统引起麻痹症状。浓度为浓度为0.1210-6时，有臭味时，有臭味浓度为浓度为8010-6时，经时，经35min胸部出现绞痛胸部出现绞痛 30050010-6时，数分钟引起支气管炎和肺时，数分钟引起支气管炎和肺水肿死亡水肿死亡加加NO2对人体有强烈刺激作用。对人体有强烈刺激作用。浓度浓度1mg/m3时，连续吸入时，连续吸入4h，肺细胞组织将，肺细胞组织将发生变化。发生变化。 浓度达浓度达100mg/m3时，时，1min内人的呼吸发生异内人的呼吸发生异常。常。浓度达浓度达200300mg/m3时，人在时，人在0.51h内死亡。内死亡。大气中允许的浓度大气中允许的浓度0.15mg/m3

41、加加没有完全燃烧的没有完全燃烧的微小炭粒微小炭粒及随废气一起排出的及随废气一起排出的灰分灰分。直径大于直径大于10m10m的烟尘在大气中容易沉降，称为的烟尘在大气中容易沉降，称为降尘降尘。直径小于直径小于10m10m的烟尘不容易沉降，长时间漂浮的烟尘不容易沉降，长时间漂浮于大气，称为于大气，称为飘尘飘尘。直径小于直径小于0.010.010.1m0.1m的烟尘会在肺部沉积下来，的烟尘会在肺部沉积下来，难以排出难以排出, ,严重危害健康。严重危害健康。窑炉、熔化炉、退火炉、干燥器、煤气发生炉窑炉、熔化炉、退火炉、干燥器、煤气发生炉等易产生等易产生加加防治烟尘污染的措施：防治烟尘污染的措施：合理选择

42、燃料合理选择燃料组织燃烧过程组织燃烧过程气体燃料灰尘甚少气体燃料灰尘甚少液体燃料燃烧不完全，烟囱冒大量黑烟，液体燃料燃烧不完全，烟囱冒大量黑烟，造成污染浪费燃料造成污染浪费燃料固体燃料加煤、拔火时易产生烟尘固体燃料加煤、拔火时易产生烟尘加加煤气净化时易产生。其净化洗涤水中含酚量较煤气净化时易产生。其净化洗涤水中含酚量较高，若直接排入这些有毒废水，会污染水源，高，若直接排入这些有毒废水，会污染水源，危害人体将康，危害渔业、农业危害人体将康，危害渔业、农业酚类属有较高毒性的有机化合物，主要破坏细酚类属有较高毒性的有机化合物，主要破坏细胞原浆，低浓度酚使蛋白质变质，高浓度酚使胞原浆，低浓度酚使蛋白质

43、变质，高浓度酚使蛋白质沉淀，对各种细胞有直接危害，对皮肤、蛋白质沉淀，对各种细胞有直接危害，对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用。长期饮用含酚废水，粘膜有强烈的腐蚀作用。长期饮用含酚废水，会造成头晕、贫血、皮疹、神经系统症状会造成头晕、贫血、皮疹、神经系统症状含酚废水很难处理，工厂发生炉废水一般采取含酚废水很难处理，工厂发生炉废水一般采取废水全封闭循环。废水全封闭循环。加加含酚废水全封闭循环措施：含酚废水全封闭循环措施：严格清污分流（将煤气洗涤冷却用水与生活污严格清污分流（将煤气洗涤冷却用水与生活污水、煤气设备冷却水和蒸汽冷凝水严格分开）水、煤气设备冷却水和蒸汽冷凝水严格分开）厂区和站区的煤气管道及设

44、备冷凝下来的煤气厂区和站区的煤气管道及设备冷凝下来的煤气中水，应定期集中，纳入循环水系统中水，应定期集中，纳入循环水系统防止雨水和其他用水进入循环系统防止雨水和其他用水进入循环系统设置循环水调节池，作为清理池内污物和特殊设置循环水调节池，作为清理池内污物和特殊情况的备用池以防止废水外泄情况的备用池以防止废水外泄加加含酚废水全封闭循环问题：含酚废水全封闭循环问题：投资费用大投资费用大长时间循环后，废水中含酚量渐趋饱和，煤长时间循环后，废水中含酚量渐趋饱和，煤气中酚不再溶解于水，而会被废气带走气中酚不再溶解于水，而会被废气带走循环水之恶化，会堵塞设备，腐蚀金属设备循环水之恶化，会堵塞设备，腐蚀金属设备水中挥发酚会弥散到大气中污染环境水中挥发酚会弥散到大气中污染环境含酚废水经含酚废水经溶剂萃取脱酚溶剂萃取脱酚、活性污泥生化处理活性污泥生化处理（利用活性污泥中的好氧微生物，在有氧条件下利用活性污泥中的好氧微生物，在有氧条件下将分氧化成二氧化碳、铵、水将分氧化成二氧化碳、铵、水），可向外排放），可向外排放加加主要集中在城市、工厂、火电站等人口稠密和主要集中在城市、工厂、火电站等人口稠密和能源消耗大的地区能源消耗大的地区（1 1）大气中）大气中COCO2