煤的燃烧过程及燃烧条件

煤的燃烧过程及燃烧条件煤的燃烧是复杂的物理化学过程，煤进入炉内，收到高温烟气的加热，温度逐渐升高，在此期间经历干燥、干馏、挥发分着火燃烧、焦炭燃烧、焦炭燃尽等各个阶段。1、干燥：煤被加热时，首先是水分不断蒸发，煤被干燥，显然，煤中水分多，干燥多消耗的热量也多，时间也长。2、干馏：煤被干燥后，继续被加热，达到一定温度就开始析出挥发分，同时生成焦炭，即是煤的干馏过程，每种挥发分越多，开始析出挥发分的温度越低，加热的温度越高，时间越长，析出的挥发分越多，因此，测定挥发分时规定了加热的温度和时间。挥发分多，其中碳氢化合物也越多，重碳氢化合物在高温、缺氧的条件下，会进行热分解，形成微笑的碳粒，称为炭黑。由于碳粒很小很轻，在炉内不易烧掉而随烟排走，形成黑烟，为了使燃烧充分，不冒黑烟，必须保证挥发分燃烧所需足够高的温度和充足的空气，例如加装二次风。只有当挥发分达一定浓度，而且到一定温度时，才能着火燃烧，干馏阶段为燃烧前的准备阶段。煤在燃烧的准备阶段中，非但不放热而且要吸收热量，所以必须组织好热量供应，其热源来自炉膛火焰或高温烟气、炽热的炉墙和炉拱等。热量供应情况就决定了准备阶段的时间长短。3、挥发分着火燃烧：煤继续被加热，挥发分不断析出，而且温度也随之提高，挥发分中可燃物质与氧气的化学反应也在逐渐加快，当挥发分达到一定温度和浓度时，化学反应速度急速加快，着火燃烧，形成明亮的黄色火焰，这里，挥发分要加热到一定的温度时个重要条件。不同的煤的挥发分着火温度时不一样的，通常我们将挥发分着火温度看成煤的着火温度，挥发分燃烧时放出热量，将焦炭加热到赤红程度（已达到能够着火的温度），但是焦炭并不会立刻燃烧，因为挥发分包围了焦炭，挥发分首先遇氧将氧耗掉了，氧气不能扩散到焦炭的表面，焦炭只能被加热而不能燃烧。挥发分多，着火温度低，着火容易；挥发分少，着火温度高，着火困难。4、焦炭的燃烧：当挥发分基本烧完以后，氧气不能扩散到焦炭表面上，焦炭开始着火燃烧，并发出较短的蓝色火焰。焦炭时煤的主要可燃物，燃烧时能发出很多热量，例如：无烟煤的焦炭燃烧发热量占总发热量的95%左右，挥发分很多，碳含量较小的褐煤，其焦炭燃烧发热量也占总发热量的一半以上。焦炭的燃烧时固体（焦炭）与气体（氧气）之间的反应，化学反应速度很慢，因此燃烧时间较长，所以组织好焦炭的燃烧往往煤燃烧的关键。5、焦炭燃尽：焦炭燃烧时，在其表面形成灰壳，阻碍空气与焦炭接触，同时焦炭被燃烧形成的二氧化碳和一氧化碳所包围，又妨碍空气向焦炭表面的扩散。因此，焦炭燃尽往往需要很长的时间，为了及时排掉燃烧产生的气体，还应保证空气有适当的速度，但也应注意供应太多的空气量，不利于保证一定的炉膛温度。焦炭的燃烧也燃尽，其本质都是碳与氧相化合，因此有时也不加区别，统称为焦炭的燃烧阶段。由于焦炭燃烧也燃尽时间较长（碳含量少的褐煤焦炭燃烧时间也占褐煤全部燃烧时间的90%以上，其他煤的焦炭燃烧时间会更长），在使用上，又常将燃烧阶段与燃尽阶段分开。习惯上，将燃烧速度较快，放出热量叫集中的阶段称为燃烧阶段，而将燃烧速度较慢，放出热量较少的阶段称为燃尽阶段。上述燃烧过程的各个阶段，在实际的燃烧设备中时不能截然分开的，它们常常是互相重叠，交错进行的。煤的燃烧条件：为了使煤的燃烧过程进行的快（单位时间内燃烧得多，放出热量多），未完全燃烧损失少，即迅速而完全的燃烧，必须保证下述三个最基本的条件：1、较高的温度温度是燃烧得首要条件。因为燃烧要从着火开始，在着火前的准备阶段中，干燥与干馏过程都要吸收热量。因此要求炉膛具有较高的温度，提供足够的热量。无烟煤挥发分少，着火温度高，需要炉膛具有更高的温度。褐煤，着火温度低，但是往往水分较多，而且劣质褐煤灰分也多，发热量低，燃烧放出热量少，也需要炉膛具有较高温度。其他劣质煤，为了保证着火也需要较高的炉膛温度，如果仅从着火考虑，炉膛温度越高越好。炉膛温度高，燃烧速度可以加快，燃烧时间缩短，燃烧会完全一些。温度对挥发分和煤粉的燃烧影响更大些，对较大煤块的燃烧影响相对比较小。但是当温度过高，超过灰熔点时，会引起结渣，结渣对锅炉工作的安全性与经济性都有影响。因此，温度不必过高。2、适量的空气煤只有和空气（其中的氧）接触才能燃烧。为了燃烧完全，必须供应足够的空气。实际运行的锅炉中，供应的空气量经常是偏多的。而空气量过多，会降低炉膛温度，对着火与燃烧是不利的。因此，供应的空气量要适当。在设计锅炉时常常要控制炉膛出口的过剩空气量。必须注意空气与煤能充分接触，保证空气与可燃气体能良好的混合，使空气很好的扩散到焦炭的表面上，只有提高空气冲刷煤粒的速度，加强气流的扰动，混合，才能提高煤的燃烧速度，提高煤燃烧得完全程度。3、充裕的时间燃烧是有一定速度的，因此，燃烧完全需要一定的时间，可燃气体能进行燃烧得时间取决于它们在炉膛内停留的时间，也就是取决于炉膛的容积，为此，必须保证足够的炉膛容积（燃烧空间）