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1、水分对煤的燃烧及传热的影响鲤!±墨塑文章墒号LO04能?2j-7峨(∞01w8一OO2302文苴标识码:A中围分囊号:06432水分对煤的燃烧及侉热的景乏晌(湖南店轻工业高等专科学校,长沙410015)叶昌摘要:分析了水分在煤中存在的形式,从燃烧动力学角度讨论了水分对煤的燃烧及传热过程的影响,关键词:水分;燃烧;停熟1燃煤中水分存在的形式煤可分为泥煤,褐煤,烟煤和无烟煤.燃煤的水分主要包括游离水分和吸附水分两部分游离水分主要是煤在开采,运输,贮存过程中带人的,因此又称外在水分或机械水;吸附水分是煤在形
2、成过程中所固有的,又称内在水分.一般情况下,同种燃煤的吸附水分变化不大,而游离水分则可能由于煤在开采,运输.贮存时条件不同,往往会有较大的波动;不同种类的燃煤,泥煤,褐煤的吸附水分要比烟煤无烟煤高.表1为我国部分燃煤水分组成情况….表1我国部分燃煤水分组成情况(%)种类产地收到基水分(M.,)空气干燥基水分(M.一)2水分对煤燃烧的影响煤中的水分不宜高.水分含量增加,会使煤的热值相应降低,亦不利于着火,同时在燃煤燃烧过程中,水分的蒸发需要消耗大量的热量(Q^=2250kJ/kg),并增加烟气带走的热损
3、失,使炉温降低.但是,从燃烧动力学来讲,燃煤中含有少量(5%～8%)的外在水分,对煤的燃烧是有利的.2.1适宜的水分能加快燃煤中固定碳的燃烧煤的燃烧过程可以分为准备.燃烧和燃尽三个阶段.燃烧阶段是煤燃烧过程最重要的阶段,主要包括挥发物和固定碳的燃烧.挥发物中主要是碳氢化合物,比较容易着火,且燃烧速度快.固定碳是燃煤的主要燃质,其发热量一般占总发热量的一半以上,是煤燃烧过程中放出热量的主要来源,而且固定碳的燃烧是多相反应,完全燃烧比挥发物燃烧困难,燃烧所需时闻也比挥发物燃烧时间长得多.因此,如何保证固定
4、碳的燃烧完全,迅速,是组织燃烧过程的关键之一.固定碳的燃烧是两相(气一固相)反应的物理化学过程.氧气扩散至碳粒表面与其作用,生成的CO及C02气体再从其表面扩散出来,因此,固定碳的燃烧主要决定于化学反应速度和扩散速度.当燃煤中存在适宜水分时,在燃烧过程中水分蒸发,形成水蒸气,水蒸气能与灼热的碳发生反应,具体如下:C+H'o=CO+H'一QC+2H'o=CO,+珊广一0'C+C0'=2Co—CO+H'o=CO,+H'一以上反应加速了固定碳的气化,同时生成的水煤气中的CO使原来碳粒表面的CO浓度大大增加,
5、促进CO从其表面扩散出来,并与O,迅速反应,放出大量的热,从而提高了固定碳的燃烧速度.当然,水分的含量必须严格控制,因为无论是水蒸气的形成,还是水蒸气与灼热的碳反应,都要吸收大量的热量.过多的水分,会降低燃烧温度,使固定碳化学反应速度减慢.2.2适宜的水分能减少不完全燃烧热损失目前,燃煤大部分还是采用层状正烧法燃烧,即煤自上而下通过准备.燃烧,燃尽等三个?24?节能2001年第8期阶段完成燃烧过程.这种燃烧方法,燃煤从上部投入,就不可避免地造成煤粉飞扬.由于加煤时,燃烧炉膛温度较低,且固定碳燃烧速度较
6、慢,飞扬的煤粉就不可能完全燃烧,造成不完全燃烧损失,同时产生大量的黑熠,污染环境.当燃煤中含有一定量的水分,就可有效地减少加煤时的煤粉飞扬而造成的不完全燃烧热损失,同时也可减少黑烟对大气的污染.其次,在固定碳燃尽阶段,固定碳的外壳包了一层灰渣,使空气很难掺人里面参加燃烧,从而使燃烧进行缓慢,特别是高灰分燃煤就更难燃尽,造成不完全燃烧热损失.当燃煤中含有一定量的水分,在燃烧阶段,由于水蒸气和灼热碳的气化反应,固定碳燃烧迅速且完全,使燃尽阶段的残碳大大减少,即使在燃尽阶段存在一定的残余固定碳,水蒸气仍可与
7、之反应,使残余固定碳燃烧完全.2-3适宜的水分有利于稳定燃烧在我国,煤的燃烧方法主要有层状燃烧法和粉煤喷流燃烧法.层状燃烧法是将燃煤放在炉算上铺成一定厚度的煤层进行燃烧,在燃烧过程中一般要进行三项操作:加煤,拨火和除渣.所谓拨火就是拨动炉算上的燃料层,其目的在于平整和疏松煤层,消除风眼,使通风均衡流畅.但在拨火操作过程中,由于炉门敞开,而炉内一般为负压,炉外冷空气就会进入炉内,引起炉内温度波动;另一方面,炉外冷空气的进入会直接改变炉内气氛,影响产品质量.如烧制陶瓷产品,在高温阶段一般都需要保持还原气氛
8、,额繁的拨火操作就无法保持炉内的还原气氛,容易造成产品缺陷.当燃煤中含有一定水分,使炉算上煤的堆积密度减小(因为水的密度比煤小),这样当水分蒸发后,能使煤层孔隙率增多(尤其是碎煤),从而改善空气与煤粒接触混合,减少了风眼的产生,达到拨火操作之目的,而炉内温度和气氛波动小,燃烧稳定.3水分对煤燃烧产物的传热影响燃煤燃烧后,产生高温烟气.高温烟气作为载热体主要是通过对流换热和气体辐射换热来传递热量.在烟气温度较高,流动速度不大的情况下,气体的传热主要是通过气
