新燃烧过程基本理论蓝白

1、新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白重要性重要性q 燃烧过程对机组运行的影响燃烧过程对机组运行的影响q 稳定稳定着火着火 燃烧燃烧 燃尽燃尽化学反应，可写出其化学计量方程式：化学反应，可写出其化学计量方程式：可以用可以用反应物反应物浓度减少的速度表示：浓度减少的速度表示：a AbBgGhH可以用可以用生成物生成物浓度增加的速度表示：浓度增加的速度表示：AAdCd t GGdCd t第一节化学反应速度第一节化学反应速度均相反应与多相反应同一相态 均相反应 不同相态 交界面上发生反应燃烧燃烧本质上是一种发光发热的化学反应化学反应新燃烧过程基本理论蓝白1. 反应物浓度反应物浓度2. 温度温度

2、3. 压力压力4. 催化作用催化作用5. 连锁反应连锁反应化学反应：化学反应：一定条件下，反应分子彼此碰撞而发生的一定条件下，反应分子彼此碰撞而发生的新燃烧过程基本理论蓝白为什么反应速度与反应物浓度有关？q 质量作用定律一定温度下，正反应速度k1 ：反应速度常数，与温度温度等因素有关11abABk C C注：适合于按化学反应计量方程式的一步反应理想气体均相反应多相反应时的质量作用定律多相反应时的质量作用定律固相表面上单位时间、单位面积参加反应的气相浓度固相表面上单位时间、单位面积参加反应的气相浓度的变化的变化bBABdCk f Cdt新燃烧过程基本理论蓝白为什么反应速度与温度有关？q阿累尼乌斯

3、定律温度T 与化学反应速度常数 k的关系0ERTkk ekT0k0新燃烧过程基本理论蓝白q达到活化状态所需能量活化能 反应活泼性， E 易反应，E 的大小与煤种有关放热反应、吸热反应的活化能新燃烧过程基本理论蓝白q反应物质分子碰撞的总次数，近似认为与温度温度无关q碰撞总次数与分子运动的速度成正比，分子运动与温度的开方根成正比0Tk 常数新燃烧过程基本理论蓝白q P C W q 与系统压力的与系统压力的 n 次方成正比次方成正比q PFBC-CC 增压循环流化床锅炉蒸汽增压循环流化床锅炉蒸汽燃气联合循环燃气联合循环新燃烧过程基本理论蓝白q可快，可慢可快，可慢q催化剂是否参与化学反应催化剂是否参与

4、化学反应q改变速度，不能改变平衡状态改变速度，不能改变平衡状态q实质实质 改变了反应物的活化能改变了反应物的活化能新燃烧过程基本理论蓝白化学反应自动连续加速进行化学反应自动连续加速进行活化分子，活化能较小，形成活化链，反应自动连活化分子，活化能较小，形成活化链，反应自动连续加速进行续加速进行不分支链锁反应不分支链锁反应分支链锁反应分支链锁反应达到一定温度时，氢的燃烧反应达到一定温度时，氢的燃烧反应 挥发分对煤燃挥发分对煤燃烧的影响烧的影响着火着火由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加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，此时反应系速到高速燃烧状态的瞬间过程，此时反应系统的温

5、度为着火温度统的温度为着火温度第三节第三节 热力着火热力着火分析对象：分析对象：以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象，分析其放以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象，分析其放热量与散热量热量与散热量着着( (熄熄) )火条件分析火条件分析TbT辐射、对流辐射、对流放热放热吸热吸热吸热吸热吸吸热热吸吸热热新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白根据有关化学反应速度的原理：根据有关化学反应速度的原理：210exp/nOrQkE RTVQC化学反应速度化学反应速度Q1T新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白 考虑一个综合辐射、对流的换热过程考虑一个综合辐射、对流的换热过程2bQS TTQ

6、2TTb当壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热平衡点当壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热平衡点交点交点1 1：所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火当壁温提高到一定值，会交于当壁温提高到一定值，会交于2 2、3 3两点。两点。反应初期，向反应初期，向2 2点靠近；达到点靠近；达到2 2点点( (不稳定不稳定) )后只要稍加提高系统后只要稍加提高系统温度，温度，反应将自动加速而转变到高速燃烧状态反应将自动加速而转变到高速燃烧状态( (着火着火) )，最后稳定，最后稳定于高温燃烧状态于高温燃烧状态3 3。2 2点对应温度即着火温度点对应温度即着火温度

7、T Tzhzh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着火温度，燃烧反应会自动加速进行对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定程度，交于到一定程度，交于4 4、5 5点，点，系统温度随之下降达到不稳定的系统温度随之下降达到不稳定的4 4点，只要温度稍微下降，点，只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直到反应温度会急剧自动下降，直到5 5点（缓慢氧化状态）稳定。点（缓慢氧化状态）稳定。4 4点对应温度即熄火温度点对应温度即熄火温度T Txhxh熄火热力

8、条件：在一定的放热、散热下，只要系统温度小于熄火热力条件：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熄火温度，燃烧反应即会自动中断返回返回不同热力条件下Q1与Q2的关系 壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热平衡点壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热平衡点交点交点1：所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火：所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火 提高壁温，会交于提高壁温，会交于2、3两点。反应初期，向两点。反应初期，向2点靠近；点靠近；达到达到2点点(不稳定不稳定)后只要稍加提高系统温度，反应将自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动加速而

9、转变到高速燃烧状态(着火着火)，最后稳定于高温，最后稳定于高温燃烧状态点燃烧状态点3。 2点对应温度即着火温度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温度大于着火温度，燃烧反应会自动加速进行 对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定程对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定程度，交于度，交于4、5点，系统温度随之下降达到不稳定的点，系统温度随之下降达到不稳定的4点，点，只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直到只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直到5点（缓

10、慢氧化状态）稳定。点（缓慢氧化状态）稳定。 4点对应温度即熄火温度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小于熄火温度，燃烧反应即会自动中断从着火、熄火的热力条件可知：从着火、熄火的热力条件可知：要想强化着火，防止熄火：要想强化着火，防止熄火：加强放热加强放热增加可燃物浓度、压力、增加可燃物浓度、压力、 可燃混合物初温可燃混合物初温减少散热减少散热提高壁温提高壁温煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高P P9090新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过

11、程基本理论蓝白q着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化而不同q各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大，过分强调着火温度意义不大q如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态，孕育时间长，着火温度可低于大气温度。第六节煤和煤粉的燃烧一、煤燃烧的四个阶段1. 预热、干燥预热、干燥(吸热吸热)2. 挥发分析出挥发分析出(热解热解)，并着火，并着火3. 燃烧燃烧(挥发分、焦炭挥发分、焦炭)(保证保证O2、足够温度、足够温度)4. 燃尽燃尽(残余焦炭残余焦炭飞灰、渣飞灰、渣) q4n 如何强化着火如何强化着火 第四节第四节n 如何强化燃烧、燃尽如何强化燃烧、燃尽 第五节第五节二、碳的燃烧反应理论学术界

12、关于碳的燃烧与气化的三种理论学术界关于碳的燃烧与气化的三种理论碳是固体燃料的主要成分，燃烧放热量较大，对碳是固体燃料的主要成分，燃烧放热量较大，对着火、燃尽、发热量等均有影响着火、燃尽、发热量等均有影响1、一次反应、一次反应 C+O2 CO2 二次反应二次反应 C+CO2 2CO2、一次反应、一次反应 2C+O2 2CO 二次反应二次反应 2CO+O2 2CO23、一次反应、一次反应 xC+y/2O2 CxOy(络合物络合物) 二次反应二次反应 络合物分解为络合物分解为CO、CO2只要有足够只要有足够 O2 CO2三、煤与煤粉燃烧的特点三、煤与煤粉燃烧的特点1、煤：比碳复杂、煤：比碳复杂 1)

13、有有H2O CO+H2OCO2+H2，催化，催化 2)有挥发分有挥发分 提高系统温度、形成多孔性、耗氧；提高系统温度、形成多孔性、耗氧； 3)多孔性多孔性 动力区内、外部反应；扩散区外部反应动力区内、外部反应；扩散区外部反应 4)有灰分有灰分 影响碳的燃尽影响碳的燃尽2、煤粉：、煤粉：挥发分析出、着火、碳的着火燃烧几乎同时；挥发分析出、着火、碳的着火燃烧几乎同时；极细的煤粉可能先于挥发分燃烧极细的煤粉可能先于挥发分燃烧 30-100 m 0.1s0.2s 达到达到1500 每秒上万度每秒上万度碳的多相燃烧反应过程：研究对象：固相表面上进行的多相反应研究对象：固相表面上进行的多相反应过程过程(1

14、)氧分子扩散到反应表面；氧分子扩散到反应表面；(2)氧分子吸附于表面上；氧分子吸附于表面上；(3)在表面上发生燃烧反应，放出在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物；等燃烧产物；(4)燃烧产物解吸附；燃烧产物解吸附；(5)产物扩散到周围。产物扩散到周围。这些过程中哪些是瓶颈呢？这些过程中哪些是瓶颈呢？(2)、(4)、(5)快快(1)、(3)慢慢 (1)较慢较慢 扩散燃烧区扩散燃烧区 (3)较慢较慢 动力燃烧区动力燃烧区第七节碳粒燃烧的动力区和扩散区第七节碳粒燃烧的动力区和扩散区新燃烧过程基本理论蓝白氧扩散到表面氧扩散到表面 及及 在表面上氧的消耗在表面上氧的消耗(即化学反即化学反应速度应速度

15、)决定多相燃烧化学反应速度决定多相燃烧化学反应速度氧的消耗速度氧的消耗速度 k-化学反应速度常数氧扩散到碳粒表面的速度氧扩散到碳粒表面的速度 -扩散速度常数1fwkC20()fwCC根据氧扩散到表面根据氧扩散到表面 及及 在表面上消耗在表面上消耗(即化学反应即化学反应速度速度k)，按温度变化，分成三个区域：，按温度变化，分成三个区域：1. 动力燃烧区动力燃烧区 温度较低温度较低(t1000)时，化学反应速度较低，而时，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度主要决定于化学反应动力因素(温度、燃料的反温

16、度、燃料的反应特性应特性)，氧气扩散速度，氧气扩散速度 影响很小，故称动力燃影响很小，故称动力燃烧区；烧区； ( k 1400)(t1400)， k k因因T T升高面大升高面大大增加，此时扩散速度相对太低，成为制大增加，此时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区约因素，故称扩散燃烧区k k 3. 3. 过渡区过渡区 两者之间的温度区域，两者之间的温度区域， k k 1)在温度低的动力区，应提高反应系统的温度在温度低的动力区，应提高反应系统的温度 提高炉膛温度；提高炉膛温度；2)在温度高的扩散区，应增大在温度高的扩散区，应增大O2扩散扩散 粒径粒径、粒子与气流的相对速度，加强扰动；、粒

17、子与气流的相对速度，加强扰动；3)在过渡区，两者都应增大。在过渡区，两者都应增大。综上可知，要想提高燃烧速度综上可知，要想提高燃烧速度不同燃料、细度、燃烧空气动力场不同燃料、细度、燃烧空气动力场区域是变化的，用准则区域是变化的，用准则Sm Sm 或或 R R 来区分来区分 Smk谢苗诺夫准则谢苗诺夫准则SmSm延伸：延伸： 燃烧完全的条件燃烧完全的条件经济（经济（q3、q4 最小）最小）燃烧效率燃烧效率安全（不结渣、不出现膜态沸腾安全（不结渣、不出现膜态沸腾)34100(), %rqq以下分析对于的燃料品质细度一定时的情况以下分析对于的燃料品质细度一定时的情况新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白 q2q3q4 l q2 q4 q3 q q2q3q4 之和最小之和最小新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白n 温度温度着火快着火快燃烧完全燃烧完全n 温度温度水冷壁结渣、膜态沸腾水冷壁结渣、膜态沸腾q 适宜：中温区域适宜：中温区域10002000新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白q多相燃烧反应速度速度的决定因素q燃烧器的结构特性：一、二次风配合q扰动混合在不同阶段的要求n着火推迟混合n燃烧、燃尽充分混合混合新燃烧过程基本理论蓝白新燃烧过程基本理论蓝白q 着火早晚着火早晚q 火焰中心位置火焰中心位置q 炉膛的设计炉膛的设