煤粉制备及燃烧过程分析-煤粉燃烧过程（锅炉设备运行）

煤粉制备及燃烧过程分析任务8.1燃烧基本概念燃烧程度01燃烧速度0201燃烧程度燃烧程度即燃烧的完全程度燃烧程度燃烧有完全燃烧与不完全燃烧之分燃烧的完全程度可用燃烧效率表示02燃烧速度燃烧速度

aA十bB

gG十hH

燃料燃烧产物氧化剂

燃烧的定义锅炉内的燃烧化学反应可用如下的通式来表示当燃料与氧化剂属于同一形态，称为均相燃烧当燃料与氧化剂不属于同一形态，称为多相燃烧，例如固体燃料在空气中的燃烧燃烧速度燃烧速度的快慢取决于燃烧过程中化学反应时间的快慢和氧化剂供给燃料时间的快慢，最终取决于两者之中较慢者。化学反应速度耗氧速度01氧气扩散速度供氧速度02燃烧速度二次反应中生成的CO和C02称为二次产物。一次反应：C+02→C022C+02→2CO一次反应伴随二次反应：

C02+C→2CO2CO+02→2CO2碳粒的燃烧机理

燃烧速度碳粒表面气体浓度的变化浓度浓度燃烧速度当温度低于1200℃时，按下示反应式进行燃烧反应:

4C+3O2→2CO+2CO2此时由于温度较低，在碳粒表面生成的CO2不能与C发生上式所示气化反应。01碳粒在静止的空气中燃烧燃烧速度当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始转向如下反应：3C+2O2→2CO+CO2此时，由于温度升高加速了碳粒表面的反应，生成更多的CO。同时气化反应也因温度升高而显著地进行。01碳粒在静止的空气中燃烧燃烧速度在煤粉炉中，炉内煤粉处于悬浮状态，煤粉与空气流之间的相对速度很小，可认为焦炭粒子是在静止空气流中进行燃烧的；而在流化床炉中，煤粒是在空气流的强烈冲刷下进行燃烧的。化学反应速度及其影响因素化学反应速度取决于参加反应的原始反应物的性质，同时还受反应进行时所处条件的影响影响燃烧化学反应速度的因素：反应物质浓度对化学反应速度的影响用质量作用定律来说明。燃烧化学反应速度只与燃料表面的氧浓度成正比。化学反应速度及其影响因素对于多相燃烧，其中主要是浓度压力温度1）反应物质的浓度度速应反学化化学反应速度及其影响因素这一关系式称为阿累尼乌斯定律影响因素当反应物质的浓度不随时间变化时，反应速度就可用反应速度常数k来表示。而k值主要决定于反应温度和参加反应的燃料性质，其相互关系如下：2）温度化学反应速度及其影响因素阿累尼乌斯键指出，分子间的碰撞不是都能发生化学反应的，只有那些碰撞能量足以破坏现存化学键并建立新的化学键的才是有效的。为使某一化学反应得以进行，分子所需的最低能量称为活化能，以E表示。能量达到或超过活化能E的分子称为活化分子。活化分子的碰撞才是发生反应的有效碰撞。所以反应只能在活化分于之间进行。化学反应速度及其影响因素由上式可知，当反应物浓度不随时间变化时，反应速度主要取决于反应温度T和活化能E的大小。温度一定，活化能愈大，反应速度就愈慢，或者说，反应要在更高温度下才能进行；反之，若活化能愈小，反应速度就会愈快，或者说，反应可在较低温度下进行。化学反应速度及其影响因素活化能E与燃料性质有关，各类煤的活化能的数值(MJ／kmo1)为活化能一定，温度愈高，反应速度就愈快；反之，若温度愈低，反应速度就会愈慢。对于活化能高的无烟煤，要强化其燃烧就必须提高温度。活化能的数值(MJ／kmo1)126~147104~12684~104贫煤无烟煤烟煤褐煤煤粉迅速而又完全燃烧的条件煤粉迅速而又完全燃烧的条件2、合适的空气量合适的空气量应根据最佳炉膛过量空气系数来供应。1、相当高的炉温炉温愈高愈好。但过高的炉温会引起炉膛结渣，从而影响安全经济运行。煤粉迅速而又完全燃烧的条件4、足够的炉内停留时间一般煤粉炉煤粉从燃烧器出口到炉膛出口需要2～3s。在这段时间内煤粉必须完全烧掉。3、燃料与空气良好的混合煤粉炉一般采用一、二次风组织燃烧，一次风携带煤粉进入炉膛，二次风高速喷入炉内与煤粉混合，形成强烈扰动，从而提高扩散混合速度。三个区域的火炬情况三个区域的火炬问题气流进入炉膛时温度很低，加热到着火点就开始着火，随着着火煤粉增多，温度上升速度加快。是在着火区和燃烧区中温度上升，在燃尽区中温度下降。气流温度的变化气流进入着火区三个区域的火炬问题当大部分可燃质烧掉后，气流温度开始下降，这时可以认为气流进入燃尽区。在燃尽区内，燃烧放热很少，而水冷壁仍在不断吸热，故烟气温度逐渐下降，到炉膛出口降至1000℃左右。可燃质开始大量燃烧，温度突然很快上升时。火焰中心温度有1600℃左右。气流进入燃烧区气流进入燃尽区三个区域的火炬问题煤粉中灰分的含量在整个过程中是不断增大的。到炉膛出口，飞灰中仍会有很少量未燃尽的碳，但一般不超过飞灰总量的4％，而飞灰则高达96％左右。“”三个区域的火炬问题三个区域的火炬问题O2含量在燃烧器出口处约为21％，到炉膛出口处下降到2％

4％。气流中02的含量在整个过程中不断减少，但在燃烧区减少得很快。三个区域的火炬问题R02在燃烧器出口处约为零，到炉膛出口处上升到16％

17％。如图所示焦炭的燃烧时间最长在燃烧阶段中焦炭的燃烧是主要的焦炭中的碳是燃质的主要部分，因而是放出热量的主要来源，并决定其他阶段的强烈程度。燃烧过程关键是燃烧阶段火炬工况在燃烧区都有剧烈的变化，而在着火区，尤其是在燃尽区，变化较缓慢。010203三个区域的火炬问题煤粉制备及燃烧过程分析01燃烧过程经历三个阶段燃烧过程经历三个阶段燃烧阶段准备阶段燃尽阶段3吸热、水分蒸发、挥发分析出、温度升高准备阶段氧气供应不足，风粉混合较差，空间温度较低，需要的时间较长燃尽阶段燃烧阶段是一个强烈的放热阶段混合燃烧阶段12燃烧过程经历三个阶段大颗粒加热时，挥发分首先析出并着火燃烧，随后焦炭着火燃烧。而煤粉在高温下快速加热时，往往是细小煤粉首先着火燃烧，接着才是挥发分的析出。02煤粉燃烧的空间区域煤粉燃烧的空间区域根据对R90=5％的煤粉试验，97％的可燃质是在25％的时间内燃尽的，而其余3％的可燃质却在75％的时间才燃尽。燃烧器出口附近的区域，着火区为0.3

0.5m；与燃烧器处于同一水平的炉膛中部以及稍高的区域是燃烧区，燃烧区在4m左右；高于燃烧区直至炉膛出口的区域都是燃尽区，而燃尽区却比较长，可达20多米。着火区燃烧区燃尽区煤粉制备及燃烧过程分析任务11.1煤粉气流的着火与强化着火热概述0101着火热概述着火热概述煤粉气流着火热的来源将煤粉气流从初始温度加热到着火温度所需的热量称为着火热。煤粉气流最好离喷口不远就能迅速稳定地着火。着火愈快，充分燃尽。距离燃烧器约300~500mm处着火。煤粉在炉膛内的停留时间2~3秒。2.炉内高温火焰的辐射换热1.卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热（主要）着火太迟和着火太早的危害？着火热概述影响着火热的因素初始温度着火温度一次风量煤粉水分影响着火热的因素一方面要尽量降低着火热；另一方面要尽快提供着火热影响煤粉气流着火的主要因素影响煤粉气流着火的主要因素1、燃烧性质挥发分水分灰分影响煤粉气流着火的主要因素1、燃烧性质（1）挥发分挥发分低的煤着火温度高，着火热多，达到着火所需的时间也长些，着火点离开燃烧器喷口的距离也长些。挥发分高的煤着火是比较容易的这时应注意着火不要太早，以免造成结渣或烧坏燃烧器当燃用无烟煤、贫煤等低挥发分煤时，为了着火迅速，应提高着火区温度，使高温烟气尽可能多回流一些。影响煤粉气流着火的主要因素1、燃烧性质（2）水分（3）灰分灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定不利，而且燃烧时，灰壳对焦炭核的燃尽起阻碍作用，所以不易烧透。水分大的煤，着火热多，降低了炉内烟气温度，对着火显然是不利的。炉内烟气温度低，也不利于燃烧化学反应的进行，影响煤粉迅速完全燃烧。影响煤粉气流着火的主要因素2、一次风温采用高温预热空气作为一次风来输送煤粉，由于提高了煤粉气流的初温，减少了煤粉气流达到着火温度所需的着火热，从而使着火时间缩短。因此在燃用无烟煤、劣质煤和某些贫煤时，广泛采用热风送粉。影响煤粉气流着火的主要因素3、一次风量和风速（1）一次风量对着火燃烧影响增大一次风量，相应地增大了着火热，对着火不利。减小一次风量，会使着火热显著降低，从而加快着火。但一次风量过低，影响挥发分的着火燃烧，阻碍着火的继续扩展。影响煤粉气流着火的主要因素3、一次风量和风速（2）对一次风量的要求如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。

能满足输送煤粉的需要满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量影响煤粉气流着火的主要因素3、一次风量和风速（3）一次风率一次风量的大小是用一次风率来表示，是指一次风量占炉膛出口相应总风量的百分数。表

各种煤的一次风率推荐值煤种无烟煤贫煤烟煤褐煤干燥无灰基挥发分（%）＜1010~2020~40＞40一次风率（%）15~2020~2525~4540~45影响煤粉气流着火的主要因素3、一次风量和风速（4）一次风速一次风速过高，必将使着火推迟，致使着火距离拉长而影响整个燃烧过程；而一次风速过低，会造成一次风管堵塞，由于着火提前，还可能烧坏燃烧器。影响煤粉气流着火的主要因素3、一次风量和风速1确定了一次风量就等于确定了一次风速。一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。（4）一次风速2一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，甚至灭火。。当一次风速过高，大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起“脱火”。3当然，一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。影响煤粉气流着火的主要因素4、着火区的温度水平

01020403回流烟气对流加热卫燃带，提高着火区的温度锅炉负荷负荷越低，炉温越低固态排渣炉一般规定最低负荷，在最低负荷以下运行应采取稳燃措施。影响煤粉气流着火的主要因素5、煤粉气流的着火周界面煤粉气流与烟气的接触周界面愈大，传热量愈多，着火愈快。为此，常通过燃烧器将煤粉气流分割为若干小股，或使气流旋转扩散，以增大着火周界面。燃烧中心区的混合燃烧中心区的混合强化燃烧过程：加强氧的扩散混合不得降低炉温放出大量的热，炉温迅速升高，火焰中心的温度可达1500—1600℃。及时供应二次风加强一、二次风的混合煤粉气流着火后：燃烧速度快。一次风中的氧很快耗尽，碳粒表面缺氧限制了燃烧过程的发展。强化燃烧基本途径大部分煤粉处于过渡燃烧工况。燃烧中心区的混合对二次风要求及时混入，不能过早或过晚分期分批的供应高风速，与一次风保持一定的速度比空气与煤粉的相对速度很小，混合条件不理想推荐的二次风速见表212345燃烧中心区的混合对二次风要求

表2一次风速和二次风速的推荐值（m/s）燃烧器的型式及风速无烟煤贫煤烟煤旋流式燃烧器一次风二次风12~1615~2216~2020~2520~2530~40直流式燃烧器一次风二次风20~2545~5520~2545~5525~3540~55三次风50~6050~60燃烧中心区的混合二次风量当燃用的煤质一定时，一次风量就被确定了，这时二次风量随之确定。二次风速只随二次风量变化。锅炉运行中，重要的问题是如何根据煤质和燃烧器的结构特性以最佳方式投入二次风。燃烧中心区的混合配风方式在燃用烟煤及烟煤类混煤时，宜采用均匀配风方式；在燃用无烟煤、贫煤时，“倒塔型”配风方式的着火稳定性和燃烧效率比较高。

正塔型指二次风量

自下而上依次递减；

倒塔型则相反；

腰鼓型指两头小，

中间大，即上、下二

次风量小，而中间二

次风量大。采用“腰鼓型”配风方式燃烧效率高。燃烧中心区的混合配风方式对燃烧影响“正塔型”配风能托起颗粒较粗的煤粉，防止煤粉离析，有效降低炉渣含碳量。进一步影响过热汽温与再热汽温。运行人员可根据煤质和燃烧设备本身的条件，在运行中不断摸索经验、合理组织燃烧器的配风，以适应运行煤质多变的需要。配风方式的影响影响燃烧稳定性和燃烧效率；关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制；燃烧中心区的混合二次风温二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。二次风温受到空气预热器传热面积的限制。表3热风温度推荐值煤种无烟煤贫煤、劣质烟煤烟煤褐煤热风干燥烟气干燥热风温度（℃）380~450330~380280~350350~380300~350燃尽区的强化燃尽区的强化大部分煤粉在燃烧中心区燃尽，剩下少量粗碳粒在燃尽区继续燃烧。为了提高燃烧过程的完全程度，减少q4损失，强化燃尽过程是非常重要的。燃烧速度相当缓慢，燃尽过程延续很长，占据了炉膛空间很大部分。燃尽区的强化燃尽区的强化燃尽区的强化主要靠延长可燃物在炉内停留时间τ来保证。选择适当的炉膛容积及火炬长度强化着火与中心区的燃烧改善火焰在炉内充满程度火焰充满程度：火焰所占容积与炉膛几何容积之比。充满程度愈高，炉膛的有效容积愈大，可燃物在炉内实际停留时间愈长。实践证明火焰并未充满整个炉膛。

强化燃尽措施010203燃尽区的强化保证煤粉细度，提高煤粉均匀度。细而均匀的煤粉，使q4损失减小。燃烧过程的强化，很大程度依靠燃烧设备合理的结构与布置来实现。04措施燃尽是关键燃烧是主体着火是前提强化煤粉气流燃烧的各项措施强化煤粉气流燃烧的各项措施在烧无烟煤时，热风温度高达400℃左右。有助于减少煤粉气流所需的着火热，以加速煤粉的着火。一次风率应根据煤种适当控制。强化煤粉气流燃烧的各种措施提高热风温度提高一次风温、限制一次风量措施0102强化煤粉气流燃烧的各项措施强化煤粉气流燃烧的各种措施选择适当的气流速度合理送入二次风在着火区保持高温选择适当的煤粉细度最适宜的一、二次风速二次风混入一次风的时间要合适。最好能按燃烧区域的需要分期分批送入。措施03040605强化煤粉气流燃烧的各项措施强化煤粉气流燃烧的各种措施从燃烧器的结构、布置和运行上，改善火焰在炉内的充满度，增加煤粉在炉内的停留时间。合理组织炉内空气动力工况在强化着火阶段的同时必须强化燃烧阶段本身在燃烧中心，燃烧可能在扩散区进行在燃尽区（温度低），燃烧可能在动力区进行对燃烧中心地带，应设法加强混合对火炬尾部地带，应维持高温。措施0708煤粉制备及燃烧过程分析任务9.1燃烧基本概念氧的扩散速度及其影响因素01燃烧速度与燃烧区域0201氧的扩散速度及其影响因素多相燃烧速度氧的扩散速度及其影响因素既取决于又取决于炭粒表面上进行的燃烧化学反应情况，即化学反应速度氧向炭粒表面的扩散混合情况，即扩散速度氧的扩散速度及其影响因素扩散速度是指单位时间扩散到单位炭粒表面的氧量，该速度可由下式确定：氧的扩散速度及其影响因素均可增加扩散速度，强化氧向炭边表面的扩散过程增大炭粒与气流的相对速度或减小炭粒直径（即减小煤粉细度）由上式可知02燃烧速度与燃烧区域燃烧速度与燃烧区域由上可知，燃烧速度的快慢，既受化学