第五章 燃烧过程和燃烧设备v在煤粉锅炉中，煤粉是在一次风的携带下以风粉混合物的形式通过燃烧器喷入炉膛的，煤粉在炉膛内呈悬浮状态燃烧v设计合理的燃烧设备，合理组织燃烧过程，充分利用劣质煤，提高燃烧效率，节约能源，降低成本 2022/1/20v一、煤的着火、燃烧v燃烧阶段：煤粒被加热和干燥：析出水分，吸热挥发分的析出和燃烧：煤热解释放出挥发分，达到相应的着火温度时即着火燃烧燃烧放出的热量占总放热量的40%左右挥发分的析出与燃烧改善了煤粒的着火性能：一方面大量挥发分的析出并燃烧，反过来加热了煤粒，使煤粒温度迅速升高；另一方面，挥发分的析出改变了煤粒的孔隙结构，改善了挥发分析出后焦炭的燃烧反应焦炭燃烧：焦炭的燃烧过程通常是在挥发分的析出完成后开始的 放热量6095主要反应：C+O2=CO2;C+O2=2CO燃尽：残余焦炭被灰分和烟气包围，反应减缓，需要足够长的时间对煤粉气流的着火还伴随着流动过程煤粉气流的着火和燃烧Datev焦炭燃烧阶段气固反应v1动力燃烧v在动力燃烧中，化学反应速率远低于扩散速率大颗粒焦炭900左右；多孔大颗粒焦炭在600以下；细颗粒多孔焦炭800温度范围内燃烧基本属于动力燃烧。
在动力区内，影响燃烧速度的决定因素是化学条件，即燃料性质、温度等，而和氧的扩散速度关系不大 v2过渡燃烧v在过渡燃烧中，反应速率与内部扩散速率相当在过渡区内，燃烧速度既取决于化学条件，又取决于物理条件对难着火的无烟煤总是将煤磨得更细，以便于着火及燃尽 v3扩散燃烧v在扩散燃烧中，传质速率远低于化学反应速率由于化学反应速率很高，传质速率相对较慢的有限氧分在刚到达焦炭外表面就被化学反应所消耗在扩散区内，影响燃烧速度的决定因素是物理条件，即氧的扩散速度，而与燃料性质及温度关系不大 Datev二、着火、熄火的热力条件v煤粉着火：煤粉由缓慢氧化转变为高速燃烧状态的瞬间过程v煤粉的着火温度：着火瞬间的温度，是由一定的环境条件下煤粉着火的临界条件决定的不同的环境条件下所测得的着火温度是不同的v实验室中在规定条件下，在着火温度测试仪中，静止的煤粉颗粒堆放在电炉中的着火温度，对烟煤为400500C；对贫煤、无烟煤和焦炭为650800CDatev实际上，煤粉气流的着火除与煤本身的放热条件有关外，还与炉膛的散热情况有关Q1=Q2时，稳定状态这个状态能着火吗？扩散区动力区过渡区1Q2当炉膛壁面温度为Tb1时，放热曲线与散热曲线交于1点，稳定，缓慢氧化；Tb1Date当炉膛温度为Tb2时，放热曲线与散热曲线相切于2点，不稳定，开始着火，2点对应的温度为着火温度Tzh；另外一个交点3是稳定的燃烧工况点，对应的温度为火焰温度。
2点3点Q2Tb2TzhDateTzh当炉膛温度为Tb2，且散热较大时，放热曲线与散热曲线分别交于5点和4点；5点稳定，缓慢氧化；4点不稳定，可能燃烧，也可能熄火4点对应的温度为熄火温度Txh.注意：熄火温度Txh着火温度Tzh：着火后的熄火Tb25点4点TxhQ2Date煤种挥发分Vdaf，煤粉气流着火温度Ti/C褐煤50550烟煤403020650750840贫煤14900无烟煤41000一般性着火温度Date三、煤粉的着火煤粉气流的着火条件,不仅在于用来点燃煤粉气流的热烟气（热源）的温度，而且需要足够的热量一般情况下煤粉气流在着火过程中所吸收的辐射传热量约为其着火所需总热量的10%30%，所以其着火所需热量的主要来源是对流传热将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量称为着火热包括：煤粉，空气，水分加热、蒸发、过热等所需热量，公式（5-23）着火热主要有两个来源：一是被煤粉射流卷吸到射流根部的高温回流烟气（包括内回流和外回流），这部分热烟气和新喷入的煤粉射流强烈混合，以对流方式把热量迅速传递给新燃料；二是高温火焰及炉壁对煤粉射流的辐射加热；另外还有少部分化学反应本身放热Datev四、影响煤粉着火的因素v在煤粉炉中，燃烧所需的空气被分成一次风和二次风。
v一次风的作用是将煤粉通过燃烧器输送到炉膛，并供给煤粉在着火阶段所需的空气；v二次风则在着火以后混入保证煤粉的燃尽煤粉的点燃过程是将一次风气流和高温炽热的烟气混合，使煤粉空气混合物的温度升高到煤粉能够着火v影响煤粉气流着火的主要因素是：v着火需要热量：燃料性质（着火温度、水分、灰分、细度）、一次风量和一次风温等v着火热来源：燃烧器的性能，即其空气动力工况，卷吸周围烟气能力Datev1燃料性质的影响v煤粉气流的稳定着火，在很大程度上是靠煤粉析出的挥发分，在其点燃后与一次风发生反应所形成的高温燃烧产物来维持的，煤的挥发分Vdaf越低，它的着火温度越高，所以，对贫煤和无烟煤，必须采取一些特殊措施，使煤粉气流能被加热到很高的温度，才能保证其着火v煤中灰分的多少直接影响煤发热量的高低，而锅炉的燃料消耗量是与燃料的发热量成反比的着火热与燃料的消耗量成正比，当煤的灰分增加时，就会显著增大煤粉气流的着火热，从而会将其着火位置（又称着火点）推迟，使着火不稳定v煤的水分增加时，用于蒸发水和过热水蒸气的热量增加，因而增加了着火热，着火点也会被推迟v煤的细度增加，化学反应速度加快，放热量增加v燃料特性对着火过程的影响是综合的，不能简单地用某单一指标来表示，但相对来说，挥发分的影响是最主要的。
例如，无烟煤的灰分和水分都很低，发热量很高，但由于无烟煤的低挥发分含量，其煤粉气流的着火就十分困难Datev2一次风量的影响v一次风量增加时着火热增大，因而着火点会推迟但是，一次风量必须同时满足既能将煤粉气力输送入炉膛，又要保证挥发分的着火和燃烧的需要这两个要求v从燃烧的角度来讲，如果一次风量等于煤中挥发分燃烧的理论空气量，则这时挥发分燃烧产物的温度最高v由于燃料的发热量与其燃烧的理论空气量基本上成正比，因此，挥发分燃烧的理论空气量和煤燃烧的理论空气量之比，就等于它们燃烧时所产生的热量之比，这个比值约等于煤的挥发分含量即：一次风份额= Vdafv但对于贫煤和无烟煤，因其Vdaf很低，如按其挥发分含量来决定一次风份额，则不能满足输送煤粉的要求，因此只能根据保证气力输送煤粉的需要而选用稍大的一次风份额，但却因此更增加了这些低挥发分煤粉气流的着火困难Date煤粉燃烧器中的一次风份额煤 种挥 发 分Vdaf,%煤粉燃烧器中的一次风份额,r1直 流式旋 流式无 烟 煤2100.150.2贫 煤10170.150.2烟 煤17300.250.3烟 煤30500.30.30.4褐 煤370.350.4油 页 岩80900.50.6泥 煤70 在使用300C以上的热风输送煤粉时，。
Datev3.一次风温的影响v提高一次风温可以降低着火热，使着火位置提前例如，如果其它条件不变，以煤粉一次风气流的初温T0=20C时的着火热为100%，则当煤粉空气混合物的初温为T0=300C时，其着火热降低至40.5%因此，热风送粉对煤粉气流的着火十分有利，特别在燃用贫煤和无烟煤时，采用很高的热空气温度，是保证低挥发分燃料稳定着火的重要措施之一v我国电厂在燃用无烟煤时，所设计的预热空气温度一般为350420C，以尽量使煤粉空气混合物的初温接近300CDatev4.炉内散热条件v炉内散热条件好，则炉内温度低，从而不利于燃料的着火和燃烧因此实践中，为使低挥发分煤的及时着火和稳定燃烧，常在燃烧器区域用耐火保温材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓的卫燃带，以减少水冷壁吸热量、维持燃烧器区域的温度水平，进而改善煤粉气流的着火和燃烧条件v实践表明，敷设卫燃带对于难燃煤种的及时着火和稳定燃烧非常有效，但卫燃带面积过大又往往是炉内结焦的根源所在，在引进的300MW和600MW机组W型火焰燃烧的锅炉上就发生过多次，造成很大损失，运行中必须加以注意Datev5.燃烧器结构和布置v燃烧器结构和喷口布置主要影响一、二次风的混合。
如果一、二次风混合过早，即在一次风煤粉气流着火前就混入二次风的话，就等于增大了一次风量，使着火热增大，着火推迟；反之，二次风混入一次风过迟，又会因供氧不足而限制固定碳的燃烧因此，燃烧器的结构和布置应使二次风适时混入一次风中，如燃用低挥发分的难燃煤种时，应使二次风混入一次风的时间适当地推迟v燃烧器的尺寸也影响到着火燃烧器出口截面积愈大，煤粉气流的卷吸能力越小，着火点离喷口距离就愈远因此，采用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的，因为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流受热的周界面，也缩短了着火区扩展到整个气流截面所需要的时间Datev6.锅炉负荷v锅炉经常在变负荷下工作锅炉负荷降低时，燃料量减少，放热量减少，而炉膛内的水冷壁和过热器等受热面的结构和面积保持不变，致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的温度降低，煤粉气流的加热条件恶化，因而对煤粉气流的着火和燃烧是不利的v当锅炉负荷降低到一定值时，就会危及煤粉着火和燃烧的稳定性，甚至锅炉熄火v采用各种稳燃技术，在不投油的情况下，固态排渣煤粉炉的最低稳燃负荷已经由过去的70% BMCR降低到最低50BMCR，甚至更低v综上所述，为组织煤粉气流良好的着火，常采用的强化措施有：使煤粉气流与高温烟气良好混合，敷设卫燃带、维持炉内高温，以保证供给煤粉气流足够的着火热；提高一次风温、采用合适的一次风量和一次风速，以减小着火热；采用合适的煤粉细度等。
Datev五、燃烧良好的条件v要组织良好的燃烧过程，其标志就是尽量接近完全燃烧，也就是在保证炉内不结渣的前提下，燃烧速度快，而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率Datev1.供应合适的空气量v燃料完全燃烧的必要条件空气量常用过量空气系数来表示，直接影响燃烧过程的过量空气系数是炉膛出口过量空气系数l” 如果l”过小，即空气量供应不足，会增大不完全燃烧热损失q3和q4，使燃烧效率降低；l”过大，会降低炉温，也会增加不完全燃烧热损失因此， l”有一个最佳值，使（q2q3q4）之和为最小值，这个值要通过燃烧调整试验来取得v一般l” Datev2.保证适当高的炉温v根据阿累尼乌斯定律，燃烧反应速度与温度成指数关系因此炉温对燃烧过程有着极其显著的影响炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行得猛烈，燃烧也易于趋向完全v炉温过高不但会引起炉内结渣，也会引起膜态沸腾，同时因为燃烧反应是一种可逆反应，过高的炉温当然会使正反应速度加快，但同时也会使逆反应（还原反应）加快，逆反应（还原反应）速度加快，意味着有较多燃烧产物又还原，这样同样等于燃烧不完全v通过试验证明，锅炉的炉温在中温区域（10002000）内比较适宜。
当然，在中温区域，在保证炉内不结渣的前提下，可以尽量提高些Datev3.足够的燃烧时间v在一定的炉温下，一定细度的煤粉要有一定的时间才能燃尽煤粉在炉内的停留时间，是煤粉自燃烧器出口一直到炉膛出口这段行程所经历的时间v在这段行程中，煤粉要从着火一直到燃尽，才能燃烧完全，如果在炉膛出口处煤粉还在燃烧，将增加燃烧热损失,同时会导致炉膛出口烟气温度过高，使过热器结渣和过热汽温升高，运行不安全v煤粉在炉内的停留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，这都与炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷有关，即要在锅炉设计中选择合适的数据，而在锅炉运行时切不可超负荷运行Datev炉膛容积热负荷v炉膛容积热负荷是指单位时间送入炉膛单位容积的平均热量，以燃料收到基低位发热量计算，单位：kW/m3，可以表示为：Datevqv越大，则炉膛容积越小，炉膛越紧凑，投资越小v但过大，则单位炉膛容积在单位时间内的燃煤量过大，炉内烟气流量增加，烟气流速加快，使燃料在炉内的停留时间缩短，不能保证燃料完全燃烧同时炉膛容积相对较小，布置足够的水冷壁有困难，不但难以满足锅炉容量的要求，而且会使燃烧区域及炉膛出口的烟气温度升高，从而导致炉内及炉膛出口后的对流受热面结渣。
v过小，则会使炉膛容积过大，不但造价高，同时会使炉内温度水平降低，燃烧不完全，着火也困难， 甚至可能熄火vqv的选取除与。