第12课时单元电厂热力设备及运行第04章_燃烧过程.ppt

参加燃烧的氧气从周围环境扩散到反应表面。 氧的扩散速度：w=αd(C0-C) (4-87) αd-质量交换系数； C0-远离固体表面氧的浓度； C-固体表面氧的浓度。 氧气被燃料表面吸附。 在燃料表面进行燃烧化学反应。 燃烧化学反应速度：w=kC (4-88) k-反应速率常数。 燃烧产物由燃料表面解吸附。 燃烧产物离开燃料表面，扩散到周围环境中。 三、异相燃烧化学反应动力学原理1.焦炭燃烧过程 2.燃烧速度 异相燃烧反应速度取决于5个过程中进行得最慢的过程,研究指出,取决于氧气的扩散和固体表面的化学反应两个过程。 3.燃烧反应区域 动力区(1000oC)：燃烧反应的温度不高，k很小,αd相对来说很大，焦碳燃烧处于化学动力控制下，燃烧速度取决于化学反应速度，燃烧速度w=kC0 。 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度。 扩散区(1400oC)：燃烧反应的温度很高，k很大,αd相对来说很小，焦碳燃烧处于扩散控制下，燃烧速度取决于扩散速度，燃烧速度w=αdC0 。 强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒。 过渡区(1000oC～1400oC)：动力区与扩散区之间区域，燃烧速度取决于化学反应速度和扩散速度。 强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度。 4.煤燃烧阶段 预热干燥阶段：煤被加热至100℃左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热 。 挥发分析出并着火阶段：温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热。 燃烧阶段：挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热。 燃尽阶段：残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热。 说明：上述各阶段实际是交叉进行的;其中着火和燃尽是最重要的两个阶段,着火是前提，燃尽放热是目的。 5.煤粉迅速而又完全燃烧的条件 供应充足而又适量的空气：燃料完全燃烧的必要条件。 保持最佳的炉膛出口过量空气系数。 适当高的炉内温度：炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧也易趋于完全。 试验证明，锅炉的炉温在1000～2000℃内比较适宜。在这个温度区域内，若保证炉内不结渣，可以尽量高一些。 空气和煤粉的良好扰动和混合。 原因：煤粉的燃烧反应速度主要取决于煤粉的化学反应速度和氧气扩散到煤粉表面的扩散速度。 要求：燃烧器的结构特性优良，一、二次风配合良好，并有良好的炉内空气动力场；煤粉和空气不但要在着火、燃烧阶段充分混合，在燃尽阶段也要加强扰动混合。 足够的停留时间 煤粉在炉内的停留时间：指从煤粉自燃烧器出口一直到炉膛出口这段行程所经历的时间。 停留时间的决定因素：炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度及烟气在炉内的流动速度，这都与炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷有关，即要在锅炉设计中选择合适的数据，而在锅炉运行时切不可超负荷运行。 第四节 悬浮燃烧 定义：煤粉随气流悬浮在空中燃烧。 煤粉炉：固态排渣煤粉炉的简称。 煤粉炉燃烧器的作用： 将燃料和空气送入炉膛。 组织一定的炉内气流结构。 促使煤粉气流稳定着火。 使煤粉和空气强烈混合，以达到燃烧完全。 减少NOx形成，实现清洁燃烧。 煤粉燃烧器按气流结构可分为直流燃烧器和旋流燃烧器。 直流燃烧器：出口气流是直流射流的燃烧器。 旋流燃烧器：出口气流包含旋转射流的燃烧器。 一、直流燃烧器及炉内气流结构1.直流射流空气动力特性 1.直流射流空气动力特性 湍流自由射流:指直流燃烧器各喷口以较高的初速度（Re≥105）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止烟气、煤粉浓度近似为零）的煤粉气流。 湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动,后者对对热质交换起着重要作用。 卷吸作用：射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动。 射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降；温度T升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中。 1.直流射流空气动力特性 射流核心区：射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域。 湍流边界层：核心区维持初速w0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体。 转折截面：核心区消失，只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段