燃烧过程的基本理论.ppt

1、燃烧过程的基本理论,重要性 燃烧过程对火力发电机组安全经济运行的影响 稳定燃烧 高效燃烧,掌握“动力燃烧区域”、“扩散燃烧区域” 了解燃烧过程着火与熄火的热力条件 掌握影响煤粉气流着火的因素 掌握燃烧完全的条件,本章重点,第一节化学反应速度及其影响因素,一、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,广义来讲影响化学反应速度的因素 燃烧本质上是一种发光发热的化学反应,二、化学反应速度,对任一化学反应，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：,则：,可以用生成物浓度增加的速度表示：,反应物浓度 温度 压力 催化作用 连锁反应,三、影响化学反应速度的因素,

2、1、反应物浓度的影响,质量作用定律：一定温度下，如下关系,k : 反应速度常数，与温度等因素有关,正反应速度：,活化能 E 达到活化状态所需能量,阿累尼乌斯定律: 温度T 与化学反应速度常数 k 的关系,活化能 反应活泼性，是否易于反应， E 易反应 E 的大小与煤种有关,2、温度的影响,3、压力的影响,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,实质 改变了反应物的活化能,5、链锁反应,自动连续加速进行,达到一定温度时，氢的燃烧反应 挥发分对煤燃烧的影响,第二节煤、焦炭和煤粉的燃烧,一、煤燃烧的四个阶段,预热、干燥(

3、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(残余焦炭灰渣) q4,而煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火,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,学术界的三种理论:,碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量等均有影响,1、一次反应 C+O2 CO2 二次反应 C+CO2 2CO,2、一次反应 2C+O2 2CO 二次反应 2CO+O2 2CO2,3、一次反应 C+O2 CxOy(络合物) 二次反应 络合物分解为CO、CO2,只要有足够 O2 CO2,三、碳的多相

4、燃烧反应,2、过程,1、研究对象：固相表面上进行的多相反应,(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)均快 (1)、(3)较慢,当 (1)较慢 扩散燃烧区 (3)较慢 动力燃烧区,3、燃烧区域,(1)当温度较低时(t1400)，由于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)上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。,根据氧扩散到表面 及 在表面上消耗(即化学反应速度k)，按

5、温度变化，分成三个区域：,综上可知，要想提高燃烧速度：,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。,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,四、煤与煤粉燃烧的特点,1、煤：比碳复杂,1)有H2O 催化； 2)有挥发分 提高系统温度、形成多孔性、耗氧； 3)多孔性 不仅是表面过程； 4)有灰 影响反应表面。,2、煤粉 极细的煤粉可能先于挥发分燃烧 30-100m 0.1s0.2s 达到1500,第三节 燃烧过程着火和熄火的热力条件,1、着火：由

6、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,2、着(熄)火条件分析： 以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象,1)燃烧时的放热量Q1,根据有关化学反应速度的原理：,2)向周围介质散热量Q2,考虑一个综合了辐射、对流的换热过程,3)不同热力条件下，Q1与Q2的关系,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 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

7、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,第四节 影响煤粉气流着火的主要因素,煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高,为何要分为一次风与二次风?, 提高煤粉浓度可以强化着火 浓淡燃烧器,着火太早 烧喷口，附近结渣,着火推迟 炉膛出口处受热面(?)的结渣 汽

8、温升高 q4 增大,炉膛出口烟温低于灰的变形温度50-100 ,着火热：加热到着火温度所需热量 加热煤、空气、水分（蒸发、过热）,燃料性质,运行工况,燃料,运行,结构,燃料品质,燃料品质,燃烧器,炉膛,锅炉负荷,调节方式,影响煤粉气流着火的因素,1、燃料性质 Vdaf Mar Ad Rx,2、散热条件：无烟煤卫燃带(结渣),3、煤粉气流初温：无烟煤热风送粉,4、一次风量和风速 太大太小均不合适，应控制在一定范围内 (煤质差时应大还是小?),5、燃烧器的特性： 一、二次风的混合情况：低挥发分煤，适当推迟,6、锅炉负荷 负荷降低时，散热量相对增加，使散热曲线向左移 限制了煤粉炉不投油稳燃的范围70%,第五节 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)）,1、最佳的炉膛出口过量空气系数 使 q2q3q4 之和最小,2、适当高的炉温： 不产生水冷壁结渣和膜态沸腾 根据煤种，采用适当的炉膛截面热负