燃烧过程的基本理论

燃烧过程的基本理论重要性燃烧过程对火力发电机组安全经济运行的影响稳定燃烧高效燃烧掌握“动力燃烧区域”、“扩散燃烧区域”了解燃烧过程着火与熄火的热力条件掌握影响煤粉气流着火的因素掌握燃烧完全的条件本章重点第一节化学反应速度及其影响因素一、均相反应与多相反应同一相态均相反应不同相态交界面上发生反应广义来讲影响化学反应速度的因素燃烧本质上是一种发光发热的化学反应二、化学反应速度对任一化学反应，可写出其化学计量方程式：可以用反应物浓度减少的速度表示：HhGgBbAa则：可以用生成物浓度增加的速度表示：tdCdAAtdCdGG反应物浓度温度压力催化作用连锁反应三、影响化学反应速度的因素1、反应物浓度的影响质量作用定律：一定温度下，如下关系k:反应速度常数，与温度等因素有关bBaACCk11正反应速度：活化能E达到活化状态所需能量阿累尼乌斯定律:温度T与化学反应速度常数k的关系活化能反应活泼性，是否易于反应，E易反应E的大小与煤种有关2、温度的影响RTEekk0kT0k03、压力的影响PCW与系统压力的n次方成正比PFBC-CC增压循环流化床锅炉蒸汽燃气联合循环4、催化作用可快，可慢实质改变了反应物的活化能5、链锁反应自动连续加速进行达到一定温度时，氢的燃烧反应挥发分对煤燃烧的影响第二节煤、焦炭和煤粉的燃烧一、煤燃烧的四个阶段1.预热、干燥(吸热)2.挥发分析出(热解)，并着火3.燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度)4.燃尽(残余焦炭灰渣)q4而煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火如何强化着火第四节如何强化燃烧、燃尽第五节二、碳的燃烧反应学术界的三种理论:碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量等均有影响1、一次反应C+O2CO2二次反应C+CO22CO2、一次反应2C+O22CO二次反应2CO+O22CO23、一次反应C+O2CxOy(络合物)二次反应络合物分解为CO、CO2只要有足够O2CO2三、碳的多相燃烧反应2、过程1、研究对象：固相表面上进行的多相反应(1)氧分子扩散到反应表面；(2)氧分子吸附于表面上；(3)在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物；(4)燃烧产物解吸附；(5)产物扩散到周围。这些过程中哪些是瓶颈呢？(2)、(4)、(5)均快(1)、(3)较慢当(1)较慢扩散燃烧区(3)较慢动力燃烧区3、燃烧区域(1)当温度较低时(t1000℃)，化学反应速度较低，而扩散到表面的氧气比消耗的多得多。此时燃烧速度主要决定于化学反应动力因素(温度、燃料的反应特性)，氧气扩散速度影响很小，故称动力燃烧区；(k)(2)当温度很高时(t1400℃)，由于k因T升高面大大增加，此时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区；(k)(3)上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。根据氧扩散到表面及在表面上消耗(即化学反应速度k)，按温度变化，分成三个区域：综上可知，要想提高燃烧速度：1)在温度低的动力区，应提高反应系统的温度提高炉膛温度；2)在温度高的扩散区，应增大O2扩散粒径、粒子与气流的相对速度，加强扰动；3)在过渡区，两者都应增大。不同燃料、细度、燃烧空气动力场区域是变化的，用准则Sm或R来区分四、煤与煤粉燃烧的特点1、煤：比碳复杂1)有H2O催化；2)有挥发分提高系统温度、形成多孔性、耗氧；3)多孔性不仅是表面过程；4)有灰影响反应表面。2、煤粉极细的煤粉可能先于挥发分燃烧30-100m0.1s—0.2s达到1500℃第三节燃烧过程着火和熄火的热力条件1、着火：由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高速燃烧状态的瞬间过程，此时反应系统的温度为着火温度2、着(熄)火条件分析：以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象1)燃烧时的放热量Q1根据有关化学反应速度的原理：rnOVQCRTEkQ2/exp01化学反应速度Q1T2)向周围介质散热量Q2考虑一个综合了辐射、对流的换热过程bTTSQ2Q2TTb3)不同热力条件下，Q1与Q2的关系①当壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热平衡点交点1：所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火②当壁温提高到一定值，会交于2、3两点。反应初期，向2点靠近；达到2点(不稳定)后只要稍加提高系统温度，反应将自动加速而转变到高速燃烧状态(着火)，最后稳定于高温燃烧状态3。2点对应温度即着火温度Tzh着火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统温度大于着火温度，燃烧反应会自动加速进行③对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定程度，交于4、5点，系统温度随之下降达到不稳定的4点，只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直到5点（缓慢氧化状态）稳定。4点对应温度即熄火温度Txh熄火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统温度小于熄火温度，燃烧反应即会自动中断第四节影响煤粉气流着火的主要因素煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高为何要分为一次风与二次风??提高煤粉浓度可以强化着火浓淡燃烧器着火太早烧喷口，附近结渣着火推迟炉膛出口处受热面(??)的结渣汽温升高q4增大)10050(DTl℃炉膛出口烟温低于灰的变形温度50-100℃着火热：加热到着火温度所需热量加热煤、空气、水分（蒸发、过热）燃料性质运行工况燃料运行结构燃料品质燃料品质燃烧器炉膛锅炉负荷调节方式影响煤粉气流着火的因素1、燃料性质VdafMarAdRx2、散热条件：无烟煤卫燃带(结渣)3、煤粉气流初温：无烟煤热风送粉4、一次风量和风速太大太小均不合适，应控制在一定范围内(煤质差时应大还是小??)5、燃烧器的特性：一、二次风的混合情况：低挥发分煤，适当推迟6、锅炉负荷负荷降低时，散热量相对增加，使散热曲线向左移限制了煤粉炉不投油稳燃的范围＞70%新型低负荷稳燃燃烧器循环流化床锅炉调节范围大第五节燃烧完全的条件经济（q3、q4最小）燃烧效率安全（不结渣、不出现膜态沸腾)）1、最佳的炉膛出口过量空气系数使q2＋q3＋q4之和最小lq2＋q3＋q4lq2q4q3q%,)(10043qqr2、适当高的炉温：不产生水冷壁结渣和膜态沸腾根据煤种，采用适当的炉膛截面热负荷3、有足够的燃烧时间主要取决于炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度及烟气在炉内的流动速度，即与炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷有关，在锅炉设计时要适当选取，在运行中不要超负荷运行。不同煤种不同的炉膛形状(瘦、胖)4、空气和煤粉的良好挠动和混合燃烧器的结构特性