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1、第七章 固体燃料的燃烧,7.1 固体燃料的燃烧过程及特点 7.2 煤的层状燃烧技术及装置 7.3 煤的悬浮燃烧技术及装置 7.4 煤的旋风燃烧技术及装置 7.5 煤的沸腾燃烧技术及装置 7.6 煤燃烧新技术及发展趋势,7.1.1 煤的燃烧过程,主要包括以各种煤炭为代表的矿物质燃料以及木柴、植物秸秆等木质燃料。 按照燃烧方式的不同，煤分别以块状、粒状或粉状进入炉膛，进行相应的层状（火床）燃烧、沸腾（流化床）燃烧和悬浮（火室）燃烧。 煤粒的燃烧经历的主要阶段： 1）煤的加热和干燥； 2）析出挥发分和形成焦炭； 3）挥发分和焦炭的着火燃烧； 4）灰渣的生成。,7.1 固体燃料的燃烧过程及特点,7.1
2、.1 煤的燃烧过程,7.1 固体燃料的燃烧过程及特点,1煤的加热和干燥； 23挥发分（碳氢化合物）析出、着火燃烧；形成碳黑，强光； 35焦炭（固定碳和灰分）形成和加热； 68焦炭燃烧，是煤燃烧的主要阶段； 610灰渣（不可燃成分）形成。,挥发分析出温度与煤着火温度直接相关，表7-1,7.1.1 煤的燃烧过程,煤的挥发分主要由矿物结晶水、挥发性成分和热分解 产物等组成，其中的主要可燃物质是碳氢化合物。 煤粒析出挥发分后的剩余部分称为焦炭，其主要成分 为固定碳和矿物杂质（即灰分）。 焦炭燃烧是煤粒燃烧的主要阶段，起着决定性的作用。,碳的燃烧速度,化学反应能力,扩散能力,主要取决于温度和焦炭的性质；
3、,主要取决于煤粒的大小以及空气、煤粒之间的相对速度,7.1.1 煤的燃烧过程,当化学反应能力扩散能力时，燃烧类型？ 燃烧速度取决于扩散能力，而与化学反应能力无关。这种燃烧状态称为扩散燃烧。 当扩散能力化学反应能力时，燃烧类型？ 燃烧速度则取决于化学反应能力本身，而与扩散能力无关。这种燃烧状态称为动力燃烧。 当燃烧过程处于扩散燃烧和动力燃烧两种极限情况之间时，扩散能力和化学反应能力相差不大，碳的燃烧速度与扩散能力和化学反应能力都有关，这种燃烧状态称为过渡燃烧。,7.1.2 煤的燃烧方式,煤的燃烧过程主要取决于输送至煤粒表面处的氧浓度以及煤粒所处的温度水平高低。氧浓度取决于气体的流动状况，温度高低
4、主要取决于燃烧设备的形式。,根据煤在燃烧设备气流中的运动状况不同，其燃烧分为,煤的燃烧方式,层状（火床）燃烧,沸腾（流化床）燃烧,悬浮（火室）燃烧,7.1.2 煤的燃烧方式,各种燃煤方式的技术特征,7.1.2 煤的燃烧方式,层状（火床）燃烧的特点，是将几十毫米大小的煤块置 于炉排上而形成具有一定厚度的煤层，大部分煤在该煤 层中进行燃烧。沸腾燃烧时，加热炉膛的煤粉（0.25mm）受到气流的作用迅速与灼热料层中的颗粒混合，并在上下翻滚运动中着火和燃烧。悬浮（火室）燃烧时，燃料呈悬浮状态在炉膛（燃烧室）空间中进行。煤破碎成细小的煤粉（粒径1的区域，高温焦炭和过量氧反应，主要生成CO2，少量CO，温度
5、达到最高；厚度为煤块尺寸的34倍； 还原区a1的区域,氧减少，CO2被还原成CO，温度降低； 干馏层新鲜煤被加热、干燥、挥发分析出等过程，并燃烧； 层状燃烧分为两种燃烧方法：薄煤层燃烧法和厚煤层燃烧法（完全燃烧需二次风）； 煤层厚度与煤的种类有关。,灰渣层,氧化区,还原区,干馏层,下,上,炉膛,7.2.2 层燃炉的特性参数,层燃炉的特性参数主要有燃烧热强度参数（包括炉排面积可见热负荷和炉膛容积可见热负荷）和炉排通风、冷却特性参数（炉排通风面积比、炉排片冷却度）等。 （1）炉排面积可见热负荷 炉排面积可见热负荷是指在单位时间内单位面积炉排上燃料燃烧所放出的全部热量，即,炉排面积可见热负荷是有一定
6、限度的； 炉排面积可见热负荷越大，炉排面积越小，燃烧设备越紧凑，成本越低；过小，导致空气流速过高，更多煤粒吹起进入炉膛，燃烧不完全； 炉排面积可见热负荷的高低取决于燃烧设备的结构形式和燃用煤种，是一个经验指标。参见表7-4.,B单位时间进入炉内的燃料量；,7.2.2 层燃炉的特性参数,（2）炉膛容积可见热负荷 炉膛容积可见热负荷是指在单位时间内单位炉膛容积中燃料燃烧所放出的全部热量，即,炉膛容积可见热负荷也是一个经验指标，其高低与燃烧设备类型、煤种和操作方法有关。 炉膛的高度：,7.2.2 层燃炉的特性参数,（3）炉排通风面积比 炉排通风面积比是指炉排面上通风孔总面积与整个炉排面积的比值，即,
7、选用炉排通风面积比较小的炉排有利于改善其工作条件。 （4）炉排片冷却度 通常采用空气冲刷炉排侧面积（炉排片冷却面积）与同煤层接触的炉排片表面积（炉排片受热面积）的比值来表征其冷却特性，即,炉排片高度越高，侧面积越大，冷却性能越好。,h炉排片高度；b宽度；,7.2.3 层燃炉的主要类型及设备,常用的有人工加煤层燃炉（手烧炉）、链条炉、往复炉排炉、振动炉排炉和抛煤机炉等形式。一、人工加煤层燃炉（手烧炉） 其基本特点是煤由人工定期从炉门加入炉内，并使其铺洒在燃烧着的煤层上进行加热、干燥和燃烧。,7.2.3 层燃炉的主要类型及设备,对炉排的要求主要是在整个燃烧层的截面上能将空气分布均匀，通风阻力和漏煤
8、损失小，同时具有足够高的机械强度和良好的耐热和散热性能。此外，炉排应钢耗小、造价低。 手烧炉中煤的着火最为可靠，称为无限制着火。 进入手烧炉内的空气量主要决定于炉排上煤层的厚度。 手烧炉燃烧过程的周期性（煤加入的周期性）是一个严重的缺点，在燃用挥发分含量较大的煤时，这种现象更加突出。 在运行中采用增多加煤次数、减少每次加煤量和提高加煤速度的方法，可以有效地减轻周期性燃烧的危害。 手烧炉的加煤、拨火和清渣三项主要运行操作均由人工完成，劳动强度大。,7.2.3 层燃炉的主要类型及设备,二、链条炉 链条炉采用移动的链条炉排作为燃煤装置，加煤、清渣、除灰等主要操作均实现了机械化。是工业锅炉中使用最广泛
9、的炉排。 链条炉排的工作过程,链条炉燃烧的区域分层,O2,着火依靠炉膛热辐射（烟气和炉墙），煤层表面先受热，再往下层传递热量。,7.3 煤的悬浮燃烧技术及装置,悬浮（火室）燃烧时，煤以煤粉形式被预热空气连续不断地送入炉膛，并呈悬浮状态在炉膛空间中进行燃烧。 与层状燃烧相比，煤粉与空气的接触面积大大增加，混合改善，燃烧速率快，燃烧效率高，机械不完全燃烧损失低。 悬浮燃烧煤种适应性广，但需要首先采用磨煤机进行煤粉制备。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,一、煤粉性质用于悬浮燃烧的煤粉，形状很不规则且粒度大小不同，粒径一般在1500m之间，其中2050m大小的颗粒占大多数。 吸附大量空气后，煤粉颗粒被空气
10、隔开，形成煤粉和空气的混合物，并具有良好的流动性。 燃煤被磨制成煤粉后，表面积剧增。 煤粉细度是表示其颗粒大小的指标。通常采用一组具有标准筛孔尺寸的筛子来测定。 具体测定方法是：取一定量的煤粉试样，并用筛孔内边长为 x m的筛子进行筛分，通过筛孔的煤粉质量为b，筛面上剩余煤粉质量为a，则煤粉细度：,Rx值越大，煤粉越粗；反之，煤粉越细。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,从燃烧看，煤粉磨制越细，越容易着火，机械不完全燃烧损失 q4 越小； 但同时，制粉系统消耗的电能及金属磨损也越大，即磨煤损耗 qm 越大； 煤粉经济细度； 合理的煤粉细度需考虑煤种、燃烧设备和磨煤机形式等因素；,7.3.1 煤粉特性
11、及燃烧,二、煤粉燃烧的特点 （一）煤粉气流的着火 煤粉气流及时、稳定的着火是煤粉炉安全经济运行的重要条件。 着火热主要有两个来源： 一是煤粉气流经燃烧器喷入炉膛后，将卷吸炉膛内的高温烟气，进行对流换热； 二是高温火焰和炉壁对煤粉气流的辐射加热。 该图表明：高温回流烟气是导致煤粉气流着火的主要热源，煤粉越细则越容易着火。 着火温度与煤的种类有关，表7-12。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,影响煤粉气流着火的主要因素： （1）燃煤特性 煤的挥发分含量和水分、灰分含量对煤的着火性能影响很大。 （2）煤粉气流的初始温度 （3）煤粉细度 （4）一次风风率（气粉比） 一次风风率是指一次风量占炉膛总风量（包括
12、炉膛漏风在内）的百分比；每种煤粉对应一个最佳气粉比； （5）着火区的烟气温度 （6）炉内高温烟气的组织 组织好炉内高温烟气的合理流动是改善着火性能的重要措施。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,（二）煤粉的燃烧 煤中的主要可燃物是焦炭。 （1）碳粒的燃烧 温度T1200时，碳粒的燃烧反应：,7.3.1 煤粉特性及燃烧,7.3.1 煤粉特性及燃烧,（2）碳的燃烧速度 碳的燃烧速度与氧的消耗速度相等：,化学反应速度常数：,O2的扩散速度：,碳粒表面O2的浓度；,ak扩散速度系数，C0碳粒周围介质中的O2浓度；,折算化学反应速度常数kzs,碳的燃烧速度与化学反应速度相关，也与O2扩散至碳粒表面的速度有关。
13、,akT0.5,7.3.1 煤粉特性及燃烧,碳的燃烧具体可分为三种情况： 1）动力控制区燃烧 T1400 ，化学反应速度 扩散反应速度，影响燃烧速度的决定因素是物理条件，即O2的扩散速度； 3）过渡燃烧 1000 T 1400 ，燃烧速度即取决于物理条件，又取决于化学条件；,O2的扩散速度系数和化学反应速度常数的比值称为谢苗诺夫准则数Sm：,表7-13判断碳粒燃烧工况的Sm准则数和Cb/C0比值,碳粒表面O2的浓度；,7.3.1 煤粉特性及燃烧,D氧扩散系数； d煤粉颗粒直径。,氧的扩散速度系数,O2的扩散速度与煤粉颗粒直径成反比，即煤粉越细，O2的扩散就越快。,通常煤粉炉的燃烧处于动力燃烧或
14、过渡燃烧状态。因此，在煤粉炉中，提高炉内燃烧温度可以达到加速燃烧过程。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,可以采取三个方面的技术措施使煤粉气流在着火之后能够进行剧烈燃烧： 保持足够高的炉膛温度，但不能引起结焦； 二次风的喷入应保证使其适时地与煤粉气流混合； 在燃烧区域中组织良好的空气动力场，促使煤粉与空气强烈、均匀地混合。（三）煤粉的燃尽 煤粉的燃尽区域在炉膛的上部，要使煤粉在该区域中燃尽，应满足下列条件： （1）保持适当大小的过量空气系数，使炉膛出口仍有一定量的O2。 （2）应按不同煤种选取经济的煤粉细度，煤粉粒度应尽可能均匀。 （3）合理选取炉膛容积热负荷，保证足够大的炉膛容积。,7.3.1 煤
15、粉特性及燃烧,（4）合理选取炉膛断面热负荷，在不致引起结渣的前提下保持炉膛出口处具有较高的温度。,（5）尽可能创造条件，加强火焰后期的混合，合理地组织二次风。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,（四）结渣 在悬浮燃烧过程中，形成大量呈熔融状态的灼热灰渣，液态或半液态的灰渣黏附在辐射受热面或炉墙上，结成紧密的黏结灰渣层，称为结渣。结渣的危害：影响受热面传热和冷却；过多的结渣影响炉内空气动力场；大渣块掉落影响可靠性。任何原因的结渣均符合两个基本条件：一是火焰贴近受热面时，高温烟气中的灰粒仍呈熔融状态；二是火焰直接冲刷受热面。,7.3.1 煤粉特性及燃烧,从设计和运行两方面防止受热面结渣： 一是炉内布置足够的受热面来冷却高温烟气，使其贴近受热面时温度降低至灰的熔融温度以下，即保证熔融状灰粒在贴近受热面时被凝固； 二是组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不直接冲刷受热面。（1）燃烧设备设计方面的技术措施：首先应选择一个良好的炉膛形式、高度及截面尺寸；其次，燃烧器应具有合理的结构并得到合理的布置。（2）燃烧设备运行方面的技术措施：应保证各燃烧器的风量分配均匀、煤粉分配均匀，还应保持炉膛出口过量空气系数为最佳值；锅炉应尽量不要超负荷运行。,
