煤的强化燃烧一、煤碳的燃烧过程煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发阶段，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量，煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低不完全燃烧热损失，提高效率。良好燃烧必须具备三个条件：1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也就是说，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出对于大块煤，必须有较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛容积不宜过小等措施保证煤充分燃烧。二、强化燃烧机理提高锅炉机组煤粉燃烧的稳定性和煤粉的燃尽率是统一的,随着煤粉燃烧得到强化,炉内温度水平得到提高,这两个问题将同时得到解决。实现“三强原理”(即强化煤粉颗粒与高温烟气的对流传热、强化煤粉的高浓度聚集和强化燃烧过程的初始阶段)是提高炉内的温度水平的有效方法,所以在燃烧器的改造或设计中应设法形成煤粉气流的旋转、高温烟气的回流或设法使煤粉局部浓度加大,以利于强化煤粉的加热和着火过程。稳定燃烧的关键在于强化煤粉初始阶段燃烧。强化煤粉初始阶段燃烧应让煤粉迅速达到着火温度,缩短着火时间(距离)。设单位质量煤粉在单位时间吸收的热量<1(T)与单位质量煤粉达到着火温度所需热量<2(T)之比值的对数为ε=lg[<1(T)/<2(T)]。当ε<0时,煤粉不可能着火或熄火;当ε>0且越大,气流煤粉的着火速度越快,燃烧将更加稳定。从ε的表达式可以看出缩短着火时间有两种途径:一方面是降低煤粉着火热。当外界供热量一定时,我们可以适当提高煤粉浓度,并使其处于最佳值,缩短着火距离。另一方面是增加外界对煤粉的供热量。外界加热煤粉主要通过辐射传热和对流传热。由于这两种方式的加热机理不一样,辐射传热是先加热煤粉再通过煤粉加热气相;而对流传热直接加热气相,再由气相加热煤粉,所以它们对煤粉加热作用的快慢也有很大的差别,如图1是对煤粉颗粒直径为60μm、着火温度为800℃、气粉混合物初温100℃条件下的定性计算结果。该图说明了当烟温相同时,对流传热把煤粉加热到着火温度所需时间不到辐射传热对应时间的1/15。根据强化传热原理,为了强化煤粉燃烧,则应努力提高对流传热量(即强化煤粉颗粒与高温烟气的对流传热),如改善回流区参数。改善回流区参数可以加强回流烟气与煤粉的热交换和质交换。综上所述,改造旋流燃烧器时,应注意采取各种有利于减少着火热和增加高温烟气回流的措施。降低飞灰可燃物含量是提高锅炉热效率的一种有效方法。根据煤粉在炉内的平均停留时间:τ=4.19φVj98T273×qV×10-3s(1)和Arrhenius定律,即煤粉燃烧速度v与温度T关系:v=Aexp(-EaRuT)∏Ni=1(CMi)vig/s(2)其中CMi—反应物Mi的浓度;T—炉内平均温度。我们可以知道煤粉颗粒在炉内的停留时间与炉内平均温度的提高成直线下降;而煤粉燃烧速度与炉内平均温度的提高成指数关系升高,并且随各反应物的浓度的提高而升高,这样提高炉内平均温度将有效地提高煤粉的燃尽率,提高锅炉效率。对于旋流燃烧器来讲,...
