第三章燃烧过程的理论基础.ppt

沈阳工程学院 王树群 动本091-2 第三章 燃烧过程的理论基础 本章主要内容： 1.煤粒的燃烧； 2.煤粒和碳粒的燃烧速度； 3.煤粉的着火和燃烧过程。 第三章 燃烧过程的理论基础 燃烧一般是指燃料与氧化剂进行的剧烈化学反应。 燃料与氧化剂可以是同一形态的，如气体燃料在空气中的燃烧，称为单相（均相）燃烧； 燃料与氧气剂也可以是不同形态的，如固体燃料在空气中的燃烧，称为多相燃烧。 电厂锅炉主要燃料是煤，使用空气作燃料的氧化剂。 制粉系统制好的煤粉在气流输送下，经燃烧器的一次风口送入炉膛；助燃的二次风经燃烧器的二次风口进入炉膛； 燃烧器将煤粉与空气合理混合，在炉膛空间悬浮燃烧。 直流燃烧器 直流燃烧器 直流燃烧器 旋流燃烧器 旋流燃烧器 第一节 煤粒的燃烧 一、煤粒的燃烧过程： ①煤粒受热，水分析出； ②继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火； ③引燃焦炭，继续析出残余挥发分，挥发分与焦炭一起燃尽； ④形成灰。 二、固体燃料燃烧过程中的基础是碳的燃烧： 原因： ①焦炭中碳是可燃质的主要部分； ②焦炭着火最晚，燃烧时间最长，决定整个粒子的燃烧时间； ③焦炭中碳燃烧放热量占燃料放热量比例最大，可达40%-90%，它的发展对其他阶段的进行有决定性的影响。 三、煤粒燃烧 在碳粒燃烧的基础上，考虑挥发分、水分和灰分对燃烧的影响。 有两种不同观点：依次燃烧说和同时进行说 1.依次燃烧说：加热速度慢时。 水分蒸发、过热；挥发分析出；挥发分着火燃烧，焦碳着火燃烧，在短时间内大部分可燃质燃烧；很少的、剩余的可燃质燃烧。 2.同时进行说：加热速度快时 挥发分析着火与碳的着火燃烧几乎同时进行，甚至微小的颗粒先着火，然后才是挥发分析出和着火燃烧； 挥发分的析出和着火贯穿燃烧的整个过程； 快速加热形成的焦碳与慢速加热形成的焦碳在空隙率结构方面有较大的差别。 四、挥发分在煤粒燃烧中的作用 1.挥发分析出，加热焦炭粒，为焦炭着火燃烧创造有利条件； 2.挥发分析出，增大了焦炭粒的内部空隙和反应面积，有利于提高焦炭粒的燃烧速度。 挥发分存在有利于提高整个煤粒的燃烧速度。 五、灰分对煤粒燃烧的影响 焦炭中的灰分均匀分布，当焦炭从外表面到中心一层一层燃烧的过程中，外层的内在灰分裹在内层焦炭上，形成一层灰壳； 灰壳或渣壳会阻碍氧向焦炭表面扩散，使燃尽时间拖长，燃烧变慢； 灰分影响表现在内在灰分上，单独存在的绝大部分外在灰分对可燃层的燃尽不产生直接的阻碍作用。 问题：煤粒燃烧重点解决的问题是什么？ 1.燃烧速度； 2.燃烧完全程度。 授课内容安排： 煤粒在炉膛内停留时间为1-3秒钟，燃烧速度将直接影响燃烧的完全程度，故我们先研究煤粒和碳的燃烧速度； 再结合燃烧速度和燃烧程度的影响，研究煤粉的着火和燃烧过程。 第二节 煤粒和碳粒的燃烧过程和燃烧速度 炭粒表面的多相燃烧大致包括如下几个过程： （1）参加燃烧的氧从周围环境扩散到炭粒反应表面； （2）氧被炭粒表面吸附； （3）在炭粒表面进行燃烧化学反应； （4）燃烧产物由炭粒表面解吸附； （5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。 见图3-3 炭粒燃烧速度是指炭粒单位表面上的实际反应速度，它取决于上述过程中进行得最慢的过程。 吸附和解吸附过程速度非常快，故可忽略。 碳的燃烧速度主要决定于氧向炭粒表面的扩散速度和在反应表面上进行的化学反应速度，最终决定于两者中的较慢者。 一、化学反应速度 1、含义：化学反应速度通常是指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。多相燃烧用氧化剂浓度变化表示化学反应速度，如果以 表示按氧化剂B计算的化学反应速度，则： 1、影响化学反应速度的因素 质量作用定律：化学反应速率与反应物的浓度成正比。 （1）浓度对化学反应速度的影响 化学反应是在一定条件下，反应物分子之间彼此碰撞而产生的，分子在单位时间内的碰撞次数越多，则化学反应速度越快。 分子碰撞次数决定于单位容积中反应物的分子数，即物质浓度。 在一定温度下，反应容积不变，增加反应物的浓度即可增加反应物的分子数，分子之间的碰撞次数就会增多，反应速度就会加快。 （2）压力对化学反应速度的影响 分子运动论认为，气体压力是气体分子撞击容器壁面的结果。 在温度和容积不变的条件下，反应物压力高，意味着反应物浓度大，因此化学反应速度就快。 （3）温度对化学反应速度的影响 阿累尼乌斯定律反映的是温度对化学反应速度影响的规律。 化学反应是在一定条件下，反应分子间发生碰撞而发生的，但并不是所有碰撞的分子都可以发生反应，只有那些碰撞能量足以破坏现存化学键并建立新的化学键的碰撞才是有效的。 活化能：为使某一化学反应能够进行，分子所需的最低能量称为活化能，用E表示。 活化分子：能量达到或超过活化能的分子称为活化