锅炉原理-第4章燃烧设备

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1、第4章燃烧设备主要内容：第一节煤粉燃烧原理第二节煤粉炉炉膛第三节直流式煤粉燃烧器第四节旋流式煤粉燃烧器第五节低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术第六节等离子点火1化学反应速度在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度的变化率对于反应式A＋B→G＋H反应速度为CA、CB、CG、CH分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3α、β、γ、δ分别为相应的化学计量系数燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程均相燃烧燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧多相燃烧燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧化学反应速度2均相反应

2、质量作用定律质量作用定律反映浓度对化学反应速度的影响对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数对反应A＋B→G＋H质量作用定律可用下式表示式中：k为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度在温度不变的情况下，反应物的浓度（单位容积中分子数）越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快3多相反应质量作用定律多相燃烧反应在固体表面进行，固体燃料浓度不变（CA=常数），故多相反应速度w是指在单位时间、单位表面上反应物（气相）浓度的变化率式中fA－单位容积两相混合物中固相物质的表面

3、积；CB－气相反应物质的浓度4阿累尼乌斯定律阿氏定律反映温度对化学反应速度的影响反应物浓度不变时，反应速度可用反应速度常数k来表示。k随温度变化的关系式中k0－频率因子，近似为一常数R、T、E－通用气体常数、热力学温度、活化能活化能E破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为活化分子。活化能E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大在一定的温度下，活化能E越大，则反应速度常数k值越小，反应速率越小；而在一定的活化能E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越大5煤燃烧过程的四个阶段预热干燥煤被加热至100℃左右，煤粒表面及煤粒缝隙

4、间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热挥发份析出并着火温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热燃烧挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热燃尽残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热上述各阶段实际是交叉进行的；着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽是目的6焦碳燃烧的动力学特性氧气从外界扩散到炭粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面氧气吸附在炭粒表面高温下，炭粒

5、和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分）发生在焦碳表面的多相燃烧反应包括下述几个过程燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散，其中CO2直接扩散在周围空气中，CO在扩散过程中遇氧气又变成CO2，然后再向远处空气中扩散7焦碳燃烧的动力学特性焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的（反应物的吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以是物理扩散的焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段，氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应8碳的燃烧反应速度反应速度常数k取决于碳粒表面的化学

6、反应速度常数kC和氧的扩散速度常数kD其中式中A为反应前置系数；d为碳粒直径；D为氧气扩散系数；为化学当量因子。若主要产物是CO2，则等于1；若主要产物是CO，则等于2；TP、Ta分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度9燃烧反应区域动力区燃烧反应的温度不高，kC《kD，焦碳燃烧处于化学动力控制下，反应速率常数k=kC燃烧反应速度w取决于碳粒表面的化学反应速度,随温度的升高按指数增大。强化燃烧的措施是提高反应系统的温度扩散区燃烧反应温度较高，kC》kD，焦碳燃烧处于扩散控制下，反应速率常数k=kD燃烧反应速度w取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。强化燃烧的措施

7、是强化扰动，减小煤粉颗粒过渡区动力区与扩散区之间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域10煤的燃烧特点煤中含有水分煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度煤中含有挥发分挥发分对煤的着火燃烧有利；另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降煤中含有矿物杂质在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减

8、少，使燃烧难以进行，燃尽困难煤是一种多孔性物质它受热