燃烧过程的基本理论

第三章燃烧过程的根本理论本章内容提纲本章内容燃烧反响的质量作用定律与阿累尼乌斯定律影响燃烧反响速度的因素碳粒燃烧的一次反响与二次反响燃烧反响的动力区、扩散区、过渡区热力着火、熄火条件煤和煤粉气流的着火和燃烧特点燃烧完全的条件重点掌握阿累尼乌斯定律燃烧反响的动力区、扩散区、过渡区着火和熄火的热力条件煤和煤粉气流的着火和燃烧特点燃烧燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧烈的氧化反响。燃烧学的定义：是研究燃烧过程根本规律及其应用技术的科学。它包括两方面的内容：燃烧理论和燃烧技术。燃烧理论着重研究燃烧过程所包含的各个根本现象，主要运用化学、传热传质学和流体力学的有关理论，对根本现象的物理化学本质进行阐述。热能领域主要研究燃料的燃烧速度、燃烧稳定性、火焰的流场和结构、燃烧污染物生成机理和燃烧过程的数学模型的建立等等。燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐述的物理概念和根本规律与工程技术中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析和改进，探讨新的研究方法，提高燃料利用率和燃烧设备的水平。燃烧涉及的学科伴随着流动过程——流体力学伴随着热量传输——传热学伴随着新物质的生成和扩散——传质学燃料和燃烧产物的热量转化及化学反响能够进行的程度——化学热力学燃烧反响的速度——化学动力学由此可见，燃烧过程是极其复杂的物理化学过程，是多门学科的综合和交叉燃烧理论的开展十八世纪中叶前对火的认识组成宇宙的四大元素，古希腊的四元论〔空气、水、火、土〕；我国五行说〔金、水、木、火、土〕德国化学家贝歇尔/斯塔尔为代表，燃素学说〔燃烧是分解过程，释放燃素，一种没有重量的物质在流动〕十八世纪中叶俄国化学家罗蒙诺索夫〔1756〕、法国化学家拉瓦锡〔1777〕根据试验首先正确说明燃烧的本质：可燃物质的氧化学说十九世纪热化学及热力学的开展，燃烧过程被作为热力平衡系来研究，得出了燃烧过程中一些重要的静态特性参数：燃烧反响热、绝热燃烧温度、燃烧产物平衡成份的规律性等。二十世纪初美国化学家刘易斯(B.Lewis)、苏联化学家谢苗诺夫研究了化学反响动力学机理，提出化学反响动力学是影响燃烧速率的重要因素，并发现燃烧反响具有链锁反响的特点，从而奠定了燃烧理论的根底。上世纪二十年代到四十年代俄国化学家谢苗诺夫等人由反响动力学和传热传质相互作用的观点，首次从定量关系上建立了着火及火焰传播的经典燃烧理论。人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不仅是反响动力学而是传热传质四十年代到五十年代基于扩散燃烧或扩散—动力燃烧的观点开始研究了液滴和炭粒燃烧五十年代末到六十年代美国理学家冯卡门〔VolKarman〕和钱学森首先提出用连续介质力学来研究燃烧，逐步建立了“化学流体力学〞或者“反响流体力学〞，许多学者根据这一方法来研究燃烧问题，如层流燃烧、湍流燃烧、火焰稳定等，取得了广泛的研究成果，初步形成燃烧流体力学。七十年代初斯帕尔丁〔DB．Spalding〕等一批学者系统地把计算流体力学方法用于研究层流及湍流气体燃烧，液雾及煤粉燃烧，建立了燃烧的数学模拟方法及数值计算方法，形成了“计算燃烧学〞的新领域。能很好地定量预测燃烧过程和燃烧设备性能，使燃烧理论及其应用到达了新的高度。同时燃烧测试技术的开展改进了试验方法和测试精度，使人们有可能更深入、更全面和更精确地研究和掌握燃烧机理。3.1化学反响速度及其影响因素局部内容自学(化学反响速度、影响化学反响速度因素)燃烧反响二种类型：均相(气、液、固)反响和多(异)相反响主要解决化学反响速度。燃烧反响速度的大小取决于反响物质与进行反响的条件。化学条件：燃料氧化反响的化学反响速度的影响因素有：温度、反响物质的浓度及反响空间的压力等；在锅炉燃烧技术中，其影响因素主要是温度。物理条件：燃烧空气与燃料的相对速度，气流扩散速度及热量传递速度等；在锅炉燃烧技术中，起主要作用的是气流扩散速度，包括氧气向碳粒外表的扩散和燃烧产物的反向扩散。质量作用定律：浓度对化学反响速度影响见书本公式3-4阿累尼乌斯(Arrhenius)定律(瑞典物理化学家1889年提出)阿累尼乌斯定律温度对反响(燃烧)速度的影响温度愈高，化学反响速度愈快，试验说明，温度每增加10℃,化学反响速度可增加1～2倍。1889年阿累尼乌斯在实验的根底上，总结出了速率常数与热力学温度关系的经验公式——阿累尼乌斯定律：k0──频率因子或指前因子E──活化能，受温度影响，但影响不大,kJ/kmolT──热力学温度,KR──气体常数,8.31kJ/(Kmol.K)温度对反响速度的影响集中反映在反响速度常数k上。W=kCn化学反响的先决条件是反响物分子必须先发生碰撞，能引起化学反响的碰撞称为有效碰撞，发生有效碰撞时形成的中间活化物分子称为活化分子，活化分子的平均能量(E*)与反响物分子的平均能量(E)之差称为化学反响的活化能Ea。Ea＝E*－E活化状态反应物产物能量abc△E(放热)E1E2‘反应进程基元反响的能量变化示意图△E=E1–E2’温度一定时，活化能越大，活化分子数就越少，反响速度越慢；活化能越小，反响速度越快。在相同条件下，燃料的焦炭燃烧反响的活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小活化分子与活化能举例：某种煤燃烧反响活化能E=130kJ/mol，不同温度时发生有效碰撞的概率在阿定律中，反响物碰撞总数—K0，有效碰撞在总碰撞中的比例—exp(-E/RT)，那么反响物有效碰撞数(代表反响速度)—K0exp(-E/RT)①当温度T=300K时，有效碰撞数/碰撞总数=②当温度T=400K时，有效碰撞数/碰撞总数=③当温度T=1500K时，有效碰撞数/碰撞总数=就是说每4.43×1022次碰撞中只有一次碰撞是有效的。计算结果说明，温度升高100K，有效碰撞几乎增加45万倍。温度升高到实际燃煤锅炉燃烧温度1500K，有效碰撞增加108万倍以上。一般化学反响的活化能约在：41.9-419kJ/mol，活化能小于41.9kJ/mol的反响，其速度快到难以测定褐煤：92-105kJ/mol；烟煤：117-134kJ/mol；贫煤、无烟煤：140-147kJ/mol热天平试验热重法(Thermogravimetry，TG)是在程序控制温度下测量物质的质量和温度关系的一种技术，用于热重法的仪器是热天平，它能连续记录质量与温度的函数关系〔TG曲线〕。燃烧反响动力学方程：为转化百分率，β为升温速率。f()为反响机理函数，表示反响速率d/dT与转化率之间所遵循的函数关系。k(T)为速率常数，与温度的关系通常认为符合Arrhenius公式升温速率为20℃/min

失水阶段挥发分析出与焦炭燃烧阶段剩余灰渣煤样转化率αE/(KJ/mol)RrSD云石煤0.2198.640.999870.010620.5168.070.998130.034060.8137.950.999660.01309江山煤0.2190.250.999990.004980.5121.570.991510.092410.8210.150.999990.00429风川煤0.2210.090.998910.041290.5180.540.997540.064150.8113.080.988150.10371华亭煤0.2114.570.996430.068590.541.590.988930.065650.816.910.972340.06368煤样工业分析w/%Qnet,adkJ/kgMadAadVadVdafFCad云石煤1.1384.383.7726.0210.723574江山煤1.0281.686.4435.3511.783611风川煤0.9184.863.3123.3910.844063华亭煤3.4320.7326.7235.2349.1222185鸿基煤0.8927.026.729.3265.3724421凤川煤华亭煤云石煤催化剂对化学反响速率的影响催化剂:凡能改变反响速率而它本身的组成和质量在反响前后保持不变的物质。催化作用:催化剂能改变反响速率的作用。2SO2+O2======2SO3V2O5A+KAK+BAB+KE1E2EaA+B=ABⅠⅡ催化机理:主要是改变了反响的途径，从而使反响的活化能发生了改变。反响A+B=AB，没有催化剂的活化能为Ea，有催化剂时活化能为E1和E2A+K=AKE1AK+B=AB+KE2催化反响3.2煤、焦炭和煤粉的燃烧煤燃烧、碳燃烧、煤粉燃烧〔煤粉气流燃烧〕概念不同一、煤燃烧过程的四个阶段①预热枯燥阶段：水分蒸，吸热过程，温度<200℃；②挥发分析出并着火阶段：碳氢吸热，热分解、着火，开始放热，温度>200℃～300℃；③燃烧阶段：挥发分和焦碳④燃烬阶段：焦炭燃尽成灰渣说明：(1)实际上，四个阶段没有明显区别，特别是挥发分析出、着火及燃烧和炭燃烧没有明显区别。曾经有人在实验室做试验与加热速率有很大关系。103℃/S有明显的热分解→挥发分析出→燃烧；104℃/S着火—产生火焰—显著热分解。煤粉炉5000～104℃/S没有明显区别。工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳元素分析：碳、氢、氧、氮、硫(2)时间挥发分占比例小，枯燥无灰基烟煤20～30%，燃烧时间极短。挥发分析出+挥发分与空气混和+着火燃烧<10%≈0.1s=100ms焦炭燃烧>90%≈1秒左右煤粉在炉内停留时间2～3S左右。(3)位置挥发分析出、着火燃烧—燃烧器区域前期〔未到中心〕；焦炭燃烧—燃烧器区域后期至炉膛中心位置；燃烬阶段—炉膛中部到出口前；(4)挥发分组成CO2、CO、CH4、H2、C2H2、CmHm、少量H2S、N2；(5)最重要的是着火和燃烬两个阶段。二、碳的燃烧反响煤中含有大量碳，50-95%，发热量，60-95%。关于碳燃烧，3种理论： ①C+O2↔CO2 C+1/2O2↔CO〔一次反响〕 ②CO2+C↔2CO CO+1/2O2↔CO2〔二次反响〕 ③xC+y/2O2↔CxOy 分解生成CO、CO21.最终产物CO2，在氧气缺乏〔复原性〕局部CO，衡量燃烧好坏指标。2.煤中有水： C+H2O↔CO+H2 C+2H2O↔CO2+2H2 CO+H2O↔CO2+H2 完全燃烧最终CO2+H2O3.燃烧与气化气化就是生成CO，而不是CO2〔人为〕三、碳的多相燃烧特点用物理模型来说明碳多相燃烧过程，一般认为O2→扩散→燃烧5个阶段，详见书本61。(1)参与燃烧反响的气体分子(氧)向碳粒外表的转移与扩散；(2)气体分子(氧)被吸附在碳粒外表上；(3)被吸附的气体分子(氧)在碳外表上发生化学反响生成燃烧产物；(4)燃烧产物从碳外表上解吸附；(5)燃烧产物离开碳外表，扩散到周围环境中。吸附与解吸附最快。扩散与化学反响最慢，但最主要。因此，碳的多相燃烧速度决定于氧向碳粒外表的扩散速度和氧与碳粒的化学反响速度中速度最慢的一个。四、多相燃烧反响的燃烧区域在碳的多相燃烧中，多相化学反响速度，用气相O2消耗速度w1表示化学反响速度：

燃烧反响速度也可用氧向碳粒外表扩散速度表示：

Cs——碳粒外表上氧的浓度，kg/m2； C0——周围介质中氧的浓度，kg/m2； k——化学反响速度常数； β——扩散速度常数。燃烧稳定时w1=w2=w经推到：βC0Csk碳粒1.动力燃烧区域燃烧时T不高(＜900-1000℃)，反响不强烈，β>>k，扩散能力>>化学反响能力时，这是燃烧工况所处的区域称为动力燃烧区(阶段)特征及措施： ①碳粒外表氧浓度根本上等于周围介质中氧浓度：Cs=C0 ②燃烧反响速度w=kC0 ③燃烧反响速度决定于化学反响速度，与扩散速度无关； ④燃烧温度不高，提高温度是强化燃烧的有效措施。2.扩散燃烧区域燃烧T很高(＞1500-1600℃)，化学反响非常剧烈，k>>β，化学反响能力>>扩散能力，这是燃烧工况所处的区域称为扩散燃烧区(阶段)特征及措施： ①碳粒外表氧浓度根本上等于零：Cs=0 ②燃烧反响速度w=βC0 ③燃烧反响速度决定于扩散速度，反响速度常数与T无关，燃烧反响速度与T关系不大，强化措施↑β，加强风速，扰动，减少碳粒直径。 ④燃烧温度很高，>>环境温度多相燃烧各区氧浓度变化多相燃烧的反响区域3.过渡燃烧区域实际情况大局部是该区域，T适中，过渡燃烧区域4.判断Cs/C0，谢苗诺夫准那么：β/k=SM，无烟煤的燃烧速度实验燃烧区域名称动力燃烧区域过渡燃烧区域扩散燃烧区域比值Cs/C00.90.1-0.90.1SM值0.90.11-0.90.11上述三种不同的燃烧区域并不是固定不变的，而是随着外界条件的变化而相互转移。例如，当温度提高时，化学反响速度急剧增加，原有的气流扩散速度显得过于缓慢，氧气的供给满足不了要求，于是燃烧过程由动力燃烧区移向过渡燃烧区甚至移向扩散燃烧区；反之，当气流扩散速度增大(焦炭颗粒直径缩小)，并超过化学反响速度时，氧气的供给有了剩余，温度成了强化燃烧的阻力，于是燃烧过程由扩散燃烧区移向过渡燃烧区甚至移向动力燃烧区。为了强化燃烧，层燃炉燃烧d＝15～25mm的煤块时，温度只需到达1000～1100℃左右，燃烧即处于扩散燃烧区，在保证火床稳定的情况下，必须加强送风，提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度即可。煤粉炉，由于煤粉颗粒很小(d＝100μm)，温度到达1700℃以上，燃烧才能进入扩散燃烧区。只有在燃烧中心区的粗颗粒煤粉才能处于扩散燃烧区，在燃烧中心以外，特别是在炉膛出口处，煤粉均处于过渡燃烧区甚至动力燃烧区中燃烧。所以，强化燃烧必须同时提高炉膛温度和加强燃料与空气的混合。五、煤与煤粉的燃烧特点1.煤的燃烧特点主要强调煤燃烧与纯碳燃烧区别。化学反响角度看：(1)煤中含有水生成CO、H2，使反响复杂。(2)挥发分对煤粉燃烧有影响：产生热量，形成孔隙结构，更容易燃烧；消耗碳周围氧，增加扩散阻力，不利于燃烧。(3)产生灰渣阻碍扩散，如T↑，结渣，扩散就更困难。(4)水分和挥发分析出后，形成多孔结构，有利于燃烬。水煤浆比煤粉好烧就是这个道理。灰层碳层外扩散扩散燃烧灰层厚度燃烧过程颗粒微观形态变化

(a)400mm

(b)700mm

(c)1200mm

(d)1900mm

(e)2500mm

(f)3100mm

密实团状样多孔结构团聚烧结剧烈燃烧/破碎/球形灰粒高温熔融/球形灰粒增加燃烧结束/球形飞灰颗粒(5)燃烧过程与燃烧区域靠近碳外表的燃烧产物是CO，它扩散离开外表，与氧生成CO2,CO2向两个方向上扩散，并在碳外表发生反响复原成CO。2.煤粉燃烧特点颗粒很小，30—100μm，加热速度快5000—104℃/S，几个阶段已没有明显区别。在外表燃烧碳层中气体成分和温度的分布3.3燃烧过程着火和熄火的热力条件由缓慢氧化状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变的瞬间温度成为着火温度。燃料与空气组成的混合物，其燃烧过程的发生与停止(着火与熄火)、以及燃烧过程能否稳定地进行主要取决于燃烧过程所处的热力条件。炉内煤粉空气混合物燃烧发热量Q1(kJ/s)：向周围介质散失的热量Q2：:煤粉反响外表氧浓度，kmol/m3；V:可燃混合物容积，m3；Qr:可燃物反响热，kJ/kmol；:混合物向炉膛壁面的综合放热系数，等于对流换热系数与辐射换热系数之和；A:炉膛壁面面积，m2；Tb:炉膛壁面的温度，K。放热量与散热量随温度变化曲线1点：稳定的低温缓慢氧化状态2点：热力着火点(不稳定状态)3点：高温燃烧状态4点：热力熄火点5点：低温缓慢氧化状态点Q1和Q2相切的数学条件：散热和放热相等，即Q1=Q2；在二曲线相切点2处的斜率应相等，即dQ1/dT=dQ2/dT稳定着火条件：放热及散热曲线关于着火的几点说明有关着火的几个概念：1.化学自热：不需要外界给入热量，在常温下依靠自身的化学反响发生的着火。2.热自燃(热力着火)：将燃料和氧化剂混合物迅速而均匀地加热，当混合物被加热到某一温度时便着火(全容积)3.点燃(强迫着火)：用电火花、电弧、热板等高温源使混合物局部地区受到强烈地加热而首先着火、燃烧，随后这局部已燃火焰传播到整个反响体系的空间。一般熄火温度Txh是大于着火温度Tzh；熄火点和着火点随反响系统的热力条件(散热和发热)而变；熄火温度和着火温度随热力条件而变，不是物理常数，是相对特征值；各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大，相同测试条件下，不同燃料的着火、熄火温度不同；对同一燃料，不同的测试条件也有不同，过分强调着火温度意义不大；对煤：反响能力越强〔挥发份Vdaf越高，焦炭活化能越小〕的煤，着火点低，容易着火，也易燃烬。反响能力弱的无烟煤着火温度高，也难燃烬。加快着火的措施：加强放热、减少散热。散热不变时，提高可燃物初温，增加可燃物浓度和压力，使放热强化，如浓淡燃烧器稳燃；放热不变时，可降低气流速度、燃烧室保温等措施，如增加卫燃带等。煤粉气流点火实验Wheeler水平管试验装置GodbertGreenwald垂直炉管简图Hartmann试验装置点火器的改进要点：产生煤粉气流方法、点燃方法和着火响应鉴别不同点火试验比较沉降炉单颗粒试验台各种燃料着火温度测试设备燃料着火温度(℃)气体燃料着火温度标准测试仪高炉煤气530炼焦煤气300-500发生炉煤气530天然气530液体燃料着火温度标准测试仪石油360-400固体燃料着火温度测试炉泥煤225褐煤250-450烟煤400-500无烟煤700-800煤粉气流着火温度测试设备褐煤(Vdaf

50%)550烟煤(Vdaf

40%)650烟煤(Vdaf

30%)750烟煤(Vdaf

20%)840贫煤(Vdaf

14%)900无烟煤(Vdaf

4%)1000煤的着火温度：无烟煤：700-800℃烟煤：400-500℃褐煤：250-450℃煤的着火：热天平煤粉气流：一维火焰炉实际煤粉炉的点火过程作用：启动时点燃煤粉气流低负荷稳燃辅助燃烧器种类：过度燃料型〔1〕气—油—煤粉三级点火系统：点火器-气体燃料-雾化油-煤〔2〕油—煤粉二级点火系统：点火器-油-煤直接点火型等离子点火感应点火少油点火型马弗炉点火器煤粉预燃室少油、微油点火燃烧器微油气化小油枪着火投粉后猛烈着火3.4煤粉气流着火及影响因素把煤粉气流加热到着火温度所需的热量称为着炽热；需要加热：煤粉、空气(一次风)、煤粉中水分的蒸发和过热。一次风媒粉水分过热水分蒸发制粉枯燥去掉的水分Br——燃料消耗量，kg/h；V0——理论空气量，Nm3/kg；α1——过量空气系数；r1——一次风比例；c1k——一次风比热，J/(Kg.K)q4——机械不完全燃烧热损失，％cd——煤枯燥基比热，J/(Kg.K)；Mar——煤收到基水分，％；Tzh——着火温度，K；T0——煤粉一次风初温，K；cq——蒸汽比热容，J/(Kg.K)Mmf——煤粉的水分，％着炽热的来源：对流换热—煤粉气流卷吸回来的高温回流烟气(包括内回流及外回流)，这局部热烟气和新喷入的煤粉空气强烈混合，将热量以对流方式迅速传递给新燃料，约占总着炽热的70-90%；辐射换热—火焰、烟气、炉墙对煤粉气流形成辐射传热，占10-30%。对流及辐射散热与介质的关系(a)在相同加热时间下，对流加热所得煤粉温度比辐射加热时高得多。因此，高温回流烟气是煤粉气流着火的主要热源。(b)在相同加热方式下，细颗粒煤粉的温升速度比粗颗粒大得多，即细煤粉先到达着火温度，因此，煤粉愈细愈容易着火。不同加热方式时煤粉颗粒的温升与加热时间的关系曲线1一对流加热曲线；2一辐射加热曲线；3一考虑向周围介质散热时的曲线煤粉气流着火影响因素煤粒着火温度与Vdaf的关系燃料性质：着火温度、燃料水分、灰分、煤粉细度等运行工况：煤粉气流初温、一次风率(煤粉浓度)、传热条件、加热速率等锅炉结构特性和运行情况一、燃料性质1.挥发分影响最大，Vdaf增加，着火温度点下降挥发分析出温度与含量关系着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度。煤粉气流的着火位置：200～300mm，不大于500mm着火太迟：火焰中心上移，造成炉膛上部结渣，汽温偏高，q3，q4增加着火太早：烧坏燃烧器，燃烧器附近结渣2.煤粉细度煤粉越细，燃烧反响外表积越大，煤粉升温速度加快着火更快更容易；煤粉气流相对速度加快，扩散反响加快；3.水分水分增加，着炽热增加，炉内温度水平下降，理论燃烧温度下降煤粉细度与升温过程水分(%)水分蒸发热占总着火热的比例着火热增加比例001.0200.341.44300.471.66400.581.871)SJ1煤含灰量2.65%(质量分数)2)SJ5煤含灰量47.5%(质量分数)着火温度与含灰量的影响4.灰分灰分要吸热，还会使热值降低，炉内温度水平下降，着火推迟，影响稳定性。二、炉内散热条件在燃烧器区域增加卫燃带〔燃烧带〕改善保温条件流化床主要用于防磨损液态排渣炉为了熔渣排出减少炉膛漏风三、一次风煤粉气流参数温度、风率、风速增加，相应增大着炽热，着火延迟一次风量着炽热显著降低减少燃烧初期供氧缺乏，影响燃烧反响速度，阻碍着火燃烧要满足送粉要求，不能堵管最正确值一次风：输送煤粉进入炉膛的风〔首先与燃料接触的风〕。作用：①输送煤粉；②保证挥发分燃烧所需的氧气。二次风：直接进入炉膛助燃的风。作用：①满足焦炭燃烧所需的氧气；②组织风粉进行扩散混合。三次风：除一次风、二次分外的送入炉膛的风。类型和作用：①中储式热风送粉中的乏气；②抑制氮氧化物的生成，分级送风：燃尽风(OFA、SOFA等)；③沿炉壁送入，保护水冷壁防止结渣和高温腐蚀；④控制火焰中心温度，协助调节汽温。一次风速：过高，降低煤粉气流加热速度，影响着火，着火延长；过低，燃烧器喷口烧坏，煤粉堵塞。有一个合理的选择。不同条件下着火所需烟气回流量风温(℃)一次风率(%)煤浆煤粉回流烟气与一次风比(%)回流烟气与总风量比(%)回流烟气与一次风比(%)回流烟气与总风量比(%)202070.522232.749.12030115.947.7457.8521.892040194.299.4294.7645.331502052.5816.425.857.21503080.9533.3443.9716.6415040122.2762.5968.1932.633002036.0711.2518.765.223003052.4721.6130.7111.623004073.3537.5545.3221.6830050100.8761.7362.6236.80提高一次风初温，可减少着炽热煤粉浓度与着火特性关系一次风参数的选择机组容量等级煤种300MW600MW一次风温(℃)低Vdaf煤90-13090-130烟煤70-10070-100褐煤80-18080-180一次风率(%)低Vdaf煤14-2514-25烟煤18-2518-25褐煤15-2520-35一次风速(m/s)低Vdaf煤20-2422-26烟煤22-3024-32褐煤16-2218-25二次风温(℃)低Vdaf煤350-380350-380烟煤300-360300-360褐煤300-320290-380二次风速(m/s)低Vdaf煤40-4842-50烟煤45-5246-56褐煤45-5546-56四、燃烧器结构三种不同煤粉悬浮燃烧方式二次风与一次风的配合二次风混入一次风的位置要适宜混合过早，增加冷风，增加着炽热，会推迟着火；混合过迟，焦炭着火后不能及时燃烧，使整个燃烧过程延长。对高挥发分煤，早混入，否那么影响燃烧效率对低挥发分煤，迟混入，否那么会影响着火燃烧稳定性二次风速要较高增强对煤粉的扰动和扩散，加快后期混合过程和强度一般控制动量比J2/J1=2-4燃烧器配风组织五、锅炉负荷锅炉负荷与炉内火焰温度直接相关，负荷降低，炉内燃烧火焰温度下降。200MW锅炉负荷与温度水平高度MM15800184002060030200测孔编号691519233334工况3200MW1440150015951535155513651350工况4150MW1370146515051480147512001190工况5200MW1450149015651470156012851285工况6120MW1350140014651445140010801100工况7200MW1390151515451535159012651265工况8200MW1405145514951455155512251280工况9200MW1390148515101520154012251280工况13200MW1390149015101545149012101220工况14200MW1450142014901495147511951195工况16120MW1345136013501275135510101020工况17150MW1390141014501455143511651165工况18200MW1515154015801560156512451235工况20120MW1395147514451415143511601130工况21150MW1390141014301440141011601130低负荷稳燃Vdaf(%)＜88-1212-2020-2525-3030-40褐煤切向、对冲燃烧

65-5556-4546-4042-3535-3050*-35W火焰燃烧55-4550-42

注：褐煤高值用于高水分抽炉烟枯燥制粉系统锅炉最低不投油负荷率boilerminimumstableloadratiowithoutauxiliarysupport(BMLR)：在设计煤种和合同规定条件下，锅炉不投油助燃的最低稳定燃烧负荷与锅炉最大连续负荷(BMCR)之比。每台煤粉锅炉都可能有3个不同低负荷率数值定义：设计保证值：锅炉制造厂保证的数值；试验值：在设计煤种及正常工况条件下持续4-6小时稳定运行试验；可供调度值：考虑煤种波动及设备状态、控制水平等，业主规定。3.5燃烧完全的条件良好燃烧的标志就是接近完全燃烧的程度，也就是在炉内不结渣的前提下，燃烧速度快而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。燃烧效率很高：煤粉：99.63%，燃油、燃气：按100%计算燃烧效率可用下式表示：

r=100-(q3+q4)，%

g=100-(q2+q3+q4+q5+q6)，%q2—排烟热损失，%；q3—化学不完全燃烧热损失，%；q4—机械不完全燃烧热损失，%；q5—锅炉散热损失，%；q6—其他热损失，%能否实现迅速而又完全燃烧，除了燃烧的化学反响特性和颗粒大小外，在锅炉组织燃烧时，还需要：〔1〕供给充足而又适量的空气这是燃料完全燃烧的必要条件。空气量常用过量空气系数来表示。〔2〕适当高的炉内温度炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧易于趋向完全。但过分地提高炉温也是不可取的。〔3〕空气和煤粉的良好扰动和混合〔4〕在炉内要有足够的停留时间过量空气系数燃烧室形式燃料炉膛出口过量空气系数煤粉炉固态排渣无烟煤、贫煤烟煤、褐煤1.2-1.251.2液态排渣无烟煤、贫煤烟煤、褐煤1.2-1.251.2重油、煤气锅炉重油、焦炉煤气天然气、高炉煤气1.05-1.1层燃炉链条炉无烟煤1.5-1.6烟煤、褐煤1.3抛煤机炉烟煤、褐煤1.3手烧炉排无烟煤1.5烟煤、褐煤1.4实际空气量与理论空气量之比，以炉膛出口为标志：炉膛出口过量空气系数主要由燃料和燃烧方式决定。

太小，燃烧不完全，影响q3、q4;

太大，影响炉内燃烧温度。有合理值，通过燃烧调整试验获得。新技术：富氧燃烧或纯氧燃烧。适当高的炉温温度提高，燃烧反响速度大大加快，有利于燃烧；温度太高，容易结渣，根据燃料的灰熔点和结渣性能设计锅炉，合理选择炉膛(出口)温度；温度高，NOx上升，<1500℃〔1350℃〕燃烧型90%以上；当T>1500～1600℃，热力型NOx急剧增加。空气和煤粉的良好扰动和混合动力燃烧区—温度T；扩散燃烧区—扰动〔风速〕，氧气向外表扩散速度加快；通过燃烧器形式到达，四角、射流刚性、衰减特性等。炉内停留时间燃烧时间缺乏，燃烧不完全，影响燃烧效率，因此，在炉内要有足够的停留时间。主要影响因素：(1)炉膛容积和高度——影响烟速和火焰长度(2)火焰在炉膛内的充满程度——影响炉膛利用率及烟速(3)煤粉的流动方式——直流、旋流、W火焰——影响火焰长度及煤粉停留时间(4)煤粉着火的迟早——着火推迟，燃烧时间缩短，强化着火，有利于保证燃烧时间煤粉炉：燃烧器出口→炉膛出口所经历温度2～3秒；链条炉：煤斗出口→链条老鹰铁落渣口45分～1小时。例如：油炉炉膛容积热负荷＞煤粉炉油炉停留时间＜煤粉炉锅炉高度要求锅炉蒸发量Dt/h65(75)130220400/410670无烟煤Lhy1114172124hhy811131718烟煤Lhy1012161921hhy79121417燃油Lhy711131618hhy58101214锅炉设计中，为保证燃料在炉内有足够的停留时间，保证燃烧效率，炉膛高度和燃烧器布置的设计必须满足火焰长度的要求。火焰长度〔条件火炬长度〕Lhy指锅炉最上排燃烧器出口到炉膛出口窗中点的折线距离，即abcd之长；火焰高度hhy为两者间的垂直距离。劣质煤强化着火措施一、无烟煤着火和稳燃问题增强高温烟气的回流，提高着火区温度提高一次风中的煤粉浓度和热风温度采用分级配风(一次风集中)，推迟一、二次风混合敷设卫燃带，增强着火区辐射热量提高煤粉细度采用较低的一次风速和风率二、无烟煤燃尽问题延长风粉气流的流动路程(如采用W火焰燃烧)——增加煤粉燃烧时间组织合理的炉内空气动力场合理的炉膛容积(瘦高型)——延长时间，降低烟气流速着火后及时送入大量的二次风敷设卫燃带，提高燃烧区域的温度适当增大过量空气系数提高煤粉细度燃烧质量的评价评价燃烧质量的要素是燃烧稳定性、防结渣性和经济性。稳定性和防结渣性合称为燃烧可靠性，锅炉燃烧首先要保证可靠性。锅炉运行时炉膛不应发生压力波动、熄火、爆燃等现象，并要保证满负荷、低负荷及快速变负荷时的燃烧稳定性。煤粉锅炉无油助燃的低负荷极限在一定程度上可作为判断燃烧稳定性的指标。目前燃用优质烟煤的老型煤粉锅炉其无油助燃负荷可达额定负荷的50％～60％；而新型大容量锅炉可达额定负荷的25％～30％。锅炉运行时要防止在炉膛及屏式过热器区受热面上产生严重的结渣、沾污等现象。燃料特性以及燃烧设备结构性能和运行方式等对防止结渣都有影响。平安可靠的吹灰手段和除渣能力是减轻结渣危害的有力措施。经济性用锅炉运行时的燃烧效率以及锅炉效率来表征。在考虑上述经济性的同时要考虑发电本钱和厂用电率，以便综合经济分析。对整个电厂的经济性来说，那么用发电煤耗率和供电煤耗率来衡量。项目100%负荷75%负荷50%负荷30%负荷锅炉效率(%)93.3593.3493.0192.55汽轮机热耗率(kJ/KW.h)7549884293589661厂用电率(%)3.563.894.124.73供电标准煤耗率(g/KWh)289.49340.14362.13378.12油质燃料及气体燃料的燃烧1.油的燃烧油的燃烧方式可分为两类：预蒸发型；喷雾型。预蒸发型：使燃料在进入燃烧室间之前先蒸发为油蒸气，然后以不同比例与空气混合后进入燃烧室中燃烧。例如，汽油机装有汽化器，燃气轮机的燃烧室装有蒸发管等。这种燃烧方式与均相气体燃料的燃烧原理相同。喷雾型：将液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微