1429-1第五章燃烧原理及设备第五章燃烧原理及设备•本章重点–燃烧速度及影响燃烧速度的因素–动力燃烧、扩散燃烧、过渡燃烧–煤粉气流的燃烧过程1429-2直流煤粉燃烧器结构特点适用范围固态排渣煤粉炉炉膛结构及炉膛热强度炉内空气动力场1429-3第一节燃烧基本概念第一节燃烧基本概念•一、燃烧程度•燃烧程度即燃烧的完全程度。燃烧有完全燃烧与不完全燃烧之分。为了减少不完全燃烧热损失，提高锅炉热效率，应尽量使燃料燃烧达到完全程度。•燃烧的完全程度可用燃烧效率表示。即输入锅炉的热量扣除机械不完全燃烧损失的热量和化学不完全燃烧损失的热量后占输入锅炉热量的百分比，用符号r表示，并可用下式计算，即1)-(5%100%1004343qqQQQQrrr1429-4二、燃烧速度燃烧的定义当燃料与氧化剂属于同一形态，称为均相燃烧或单相燃烧；当燃料与氧化剂不属于同一形态，称为多相燃烧，例如固体燃料在空气中的燃烧。锅炉内的燃烧化学反应可用如下的通式来表示：aA十bBgG十hH燃料氧化剂燃烧产物1429-5对于均相燃烧，燃烧速度是指单位时间内参与燃烧反应物质的浓度变化率，kmo1／(m³s)；对于多相燃烧，燃烧速度是指单位时间内参与燃烧反应的氧浓度变化率，kmo1／(m³s)。燃烧速度的快慢取决于燃烧过程中化学反应时间的快慢(即化学反应速度)和氧化剂供给燃料时间的快慢，最终取决于两者之中较慢者。1429-6•碳粒的燃烧机理：碳粒的燃烧机理是比较复杂的。大多数研究认为，碳与氧作用同时生成C02和CO，其反应式为：C+02→C022C+02→2CO上述反应式称为一次反应，其反应生成的C02和CO还伴随有下述反应，即：C02+C→2CO2CO+02→2CO2上述反应式称为二次反应，反应中生成的CO和C02称为二次产物。1429-7碳粒在静止的空气中燃烧：碳粒在静止的空气中或碳粒与空气两者无相对运动燃烧时，在不同温度下，上述这些反应以不同方式组合成碳粒的燃烧过程。当温度低于1200℃时，按下示反应式进行燃烧反应：4C+302→2CO+2C02此时由于温度较低，在碳粒表面生成的C02不能与C发生上式所示气化反应。碳粒表面周围氧浓度和燃烧产物浓度变化如下图(a)所示。1429-81429-9当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始转向如下反应：3C+202→2CO+C02此时，由于温度升高加速了碳粒表面的反应，生成更多的CO。同时气化反应也因温度升高而显著地进行。CO在向外扩散途中遇到远处向碳粒表面扩散的氧而产生燃烧，并将氧全部消耗掉。反应生成的C02同时向碳粒表面和周围环境两方扩散。碳粒表面周围氧浓度和燃烧产物浓度变化如上图(b)所示。1429-10碳粒受到空气流冲刷时的燃烧：碳粒受到空气流冲刷，即碳粒与空气流两者之间有相对运动时的燃烧过程如图6-5所示。在碳粒的迎风面上发生如下反应：4C+302→2C02+2CO3C+202→2CO+C02产生的C02也可能再引起如下气化反应：C+C02→2CO1429-111429-12由于气流的冲刷，因而氧气供应充分，燃烧产物CO2与CO容易从碳表面被气流吹走，所以只要温度比较高，其燃烧速度比碳粒在静止空气流中的燃烧速度快得多，而且其燃烧速度随相对速度的提高而增大。在煤粉炉中，炉内煤粉处于悬浮状态，煤粉与空气流之间的相对速度很小，可认为焦炭粒子是在静止空气流中进行燃烧的；而在旋风炉和沸腾炉中，煤粒是在空气流的强烈冲刷下进行燃烧的。1429-13三、化学反应速度及其影响因素•对于多相燃烧，其化学反应速度用下式表示影响燃烧化学反应速度的因素：•1.反应物质的浓度反应物质浓度对化学反应速度的影响用质量作用定律来说明。由于煤粉的燃烧反应在其表面进行，可认为固体燃料的浓度不变，即燃烧化学反应速度只与燃料表面的氧浓度成正比，并用下式表示s)kmol/(m3dtdCwBbBBBBCkdtdCw1429-14•2．温度•温度对化学反应速度有很大影响。当反应物质的浓度不随时间变化时，反应速度就可用反应速度常数k来表示。而k值主要决定于反应温度和参加反应的燃料性质，其相互关系如下：这一关系式称为阿累尼乌斯定律。式中ko—频率因子，它是和分子碰撞数目有关的•一个常数；E—反应活化能，kJ／(kmoI)，其值可由实验•确定；R—通用气体常数，R＝8．314kJ／(kmol·K)；T—反应温度，K。RTE...
