新05燃烧过程的基本理论

第五章燃烧理论基础重要性燃烧过程对机组安全经济运行的影响稳定高效燃烧着火燃烧燃尽化学反应，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：可以用生成物浓度增加的速度表示：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本质上是一种发光发热的化学反应第二节影响化学反应速度的因素反应物浓度温度压力催化作用连锁反应化学反应：一定条件下，反应分子彼此碰撞而发生的1、反应物浓度为什么反应速度与反应物浓度有关？？质量作用定律一定温度下，正反应速度

k1

：反应速度常数，与温度等因素有关

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2、温度为什么反应速度与温度有关？？阿累尼乌斯定律温度T与化学反应速度常数

k的关系kT0k0活化能E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、吸热反应的活化能频率因子k0反应物质分子碰撞的总次数，近似认为与温度无关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3、压力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，可慢催化剂是否参与化学反应改变速度，不能改变平衡状态实质改变了反应物的活化能5、链锁反应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，反应自动连续加速进行不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

挥发分对煤燃烧的影响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第三节热力着火分析对象：以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象，分析其放热量与散热量着(熄)火条件分析TbT辐射、对流α放热吸热吸热吸热吸热燃烧时的放热量Q1根据有关化学反应速度的原理：化学反应速度Q1T向周围介质散热量Q2

考虑一个综合辐射、对流的换热过程Q2TTb①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、散热平衡点交点1：所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火提高壁温，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点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从着火、熄火的热力条件可知：要想强化着火，防止熄火：①加强放热增加可燃物浓度、压力、可燃混合物初温②减少散热提高壁温煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高P90关于着火温度的说明着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化而不同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、煤燃烧的四个阶段预热、干燥(吸热)挥发分析出(热解)，并着火燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度)燃尽(残余焦炭飞灰、渣)q4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，对着火、燃尽、发热量等均有影响1、一次反应C+O2CO2

二次反应C+CO22CO2、一次反应2C+O22CO

二次反应2CO+O22CO23、一次反应xC+y/2O2CxOy(络合物)

二次反应络合物分解为CO、CO2只要有足够O2CO2三、煤与煤粉燃烧的特点1、煤：比碳复杂

1)有H2OCO+H2O→CO2+H2，催化

2)有挥发分提高系统温度、形成多孔性、耗氧；

3)多孔性动力区内、外部反应；扩散区外部反应

4)有灰分影响碳的燃尽2、煤粉：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

30-100m0.1s—0.2s达到1500℃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过程(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)快(1)、(3)慢(1)较慢扩散燃烧区

(3)较慢动力燃烧区第七节碳粒燃烧的动力区和扩散区多相燃烧反应的燃烧区域

氧扩散到表面

及在表面上氧的消耗(即化学反应速度)决定多相燃烧化学反应速度氧的消耗速度

k-化学反应速度常数氧扩散到碳粒表面的速度

β-扩散速度常数根据氧扩散到表面

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：1.动力燃烧区温度较低(t<1000℃)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<<)燃烧区域2.扩散燃烧区温度较高(t>1400℃)，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.过渡区两者之间的温度区域，k≈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。综上可知，要想提高燃烧速度

不同燃料、细度、燃烧空气动力场区域是变化的，用准则Sm或R来区分谢苗诺夫准则Sm延伸：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)以下分析对于的燃料品质细度一定时的情况1、最佳的炉膛出口过量空气系数

q2＋q3＋q4

q2q4

q3

q

q2＋q3＋q4

之和最小2、适当高的炉温温度↑→着火快→燃烧完全温度↑→水冷壁结渣、膜态沸腾适宜：中温区域1000~2000℃3、空气和煤粉的良好扰动和混合多相燃烧反应速度的决定因素β燃烧器的结构特性：一、二次风配合扰动混合在不同阶段的要求着火推迟混合燃烧、燃尽充分混合4、有足够的停留时间着火早晚火焰中心位置炉膛的设计L

烟气在炉内的流动速度炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷锅炉设计时要适当选取1.均相反应？2.影响化学反应速度的因素有哪些？3.煤燃烧的四个阶段4.着火的热力条件？5.着火太早和太晚分别有什么影响？6.着火热的定义7.影响煤粉气流着火的因素有哪些？8.如何强化煤粉