第三章 燃烧过程的理论基础.

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1、第三章第三章 第三章第三章 2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-24直流燃烧器直流燃烧器 灰粒在水冷壁上堆积形成结渣燃烧器炉膛水冷壁2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-25直流燃烧器直流燃烧器 灰粒在水冷壁上堆积形成结渣2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-26直流燃烧器直流燃烧器2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-27旋流燃烧器旋流燃烧器2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-28旋流燃烧器旋流燃烧器2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-29第一节第一节 煤粒的燃烧煤粒的燃烧一、煤粒的燃烧过程：一、煤粒的

2、燃烧过程：煤粒受热，水分析出；煤粒受热，水分析出；继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火；继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火；引燃焦炭，继续析出残余挥发分，挥发分与焦炭一起燃尽；引燃焦炭，继续析出残余挥发分，挥发分与焦炭一起燃尽；形成灰。形成灰。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-210二、固体燃料燃烧过程中的基础是碳的燃烧：二、固体燃料燃烧过程中的基础是碳的燃烧： 原因：原因：焦炭中碳是可燃质的主要部分；焦炭中碳是可燃质的主要部分；焦炭着火最晚，燃烧时间最长，决定整个粒子的焦炭着火最晚，燃烧时间最长，决定整个粒子的燃烧时间；燃烧时间；焦炭中碳燃烧放热量占燃料放

3、热量比例最大，可焦炭中碳燃烧放热量占燃料放热量比例最大，可达达40%-90%，它的发展对其他阶段的进行有决定，它的发展对其他阶段的进行有决定性的影响。性的影响。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-211三、煤粒燃烧三、煤粒燃烧 在碳粒燃烧的基础上，考虑挥发分、水分和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。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有两种不同观点：依次燃烧说和同时进行说1.1.依次燃烧说：加热速度慢时。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

4、内大部分可燃烧，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。燃质燃烧；很少的、剩余的可燃质燃烧。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-2122.2.同时进行说：加热速度快时同时进行说：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，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，然后才是挥发分析甚至微小的颗粒先着火，然后才是挥发分析出和着火燃烧；出和着火燃烧； 挥发分的析出和着火贯穿燃烧的整个过程；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

5、差别。在空隙率结构方面有较大的差别。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-213四、挥发分在煤粒燃烧中的作用四、挥发分在煤粒燃烧中的作用1.1.挥发分析出，加热焦炭粒，为焦炭着火燃烧挥发分析出，加热焦炭粒，为焦炭着火燃烧创造有利条件；创造有利条件；2.2.挥发分析出，增大了焦炭粒的内部空隙和反挥发分析出，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。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。挥发分存在有利于提高整个煤粒的燃烧速度。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-214五、灰分对煤粒燃烧的影响五、灰分对煤粒燃烧

6、的影响 焦炭中的灰分均匀分布，当焦炭从外表面到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；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；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大部分外在灰分对可燃层的燃尽不产生直接的阻碍作用。的阻碍作用。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-215 问题：煤粒燃烧重

7、点解决的问题是什么？问题：煤粒燃烧重点解决的问题是什么？1.1.燃烧速度；燃烧速度；2.2.燃烧完全程度。燃烧完全程度。授课内容安排：授课内容安排： 煤粒在炉膛内停留时间为煤粒在炉膛内停留时间为1-31-3秒钟，燃烧速度将直秒钟，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；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。火和燃烧过程。燃烧过程燃烧过程2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-218一、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

8、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： bBBBBhCkdtdCwBhw2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-2191 1、影响化学反应速度的因素、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

9、撞次数就会增多，反应速度就会加快。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-226二、氧的扩散速度氧的扩散速度 1、含义：炭粒与氧的燃烧化学反应是在炭粒表面进行的，化学反应消耗部分氧后，炭粒反应表面氧浓度小于周围介质中的氧浓度，因为这种浓度差，周围环境的氧就不断向炭粒表面扩散。表示此过程的快慢程度就称为氧的扩散速度。2、扩散速度计算公式： 氧的扩散速度不仅与氧的浓度差成正比；还与炭粒直径及气流与炭粒的相对运动速度有关。B0ksksCCw2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-234第三节第三节 煤粉气流的着火和燃烧过程煤粉气流的着火和燃烧过程 燃烧过程：煤粉气流经燃烧器喷

10、入炉膛，在悬浮形燃烧过程：煤粉气流经燃烧器喷入炉膛，在悬浮形态下燃烧形成煤粉火炬，煤粉的燃烧过程可分为以态下燃烧形成煤粉火炬，煤粉的燃烧过程可分为以下两个阶段：下两个阶段：1 1着火前的准备阶段：吸热阶段着火前的准备阶段：吸热阶段2 2燃烧阶段：又可细化为剧烈燃烧阶段和燃尽阶段燃烧阶段：又可细化为剧烈燃烧阶段和燃尽阶段两个部分。两个部分。 剧烈燃烧阶段：时间短，大量可燃质在此阶段烧尽；剧烈燃烧阶段：时间短，大量可燃质在此阶段烧尽； 燃尽阶段：时间较长，燃烧温度低，减少不完全燃烧程度。燃尽阶段：时间较长，燃烧温度低，减少不完全燃烧程度。2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-2352

11、022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-237 熄火温度比着火温度高 2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-238测试设备燃料着火温度煤粉气流着火温度测试设备褐煤Vdaf=50%550烟煤Vdaf=40%650烟煤Vdaf=30%750烟煤Vdaf=20%840贫煤Vdaf=14%900无烟煤Vdaf=4%1000挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火；挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。 2022-5-31沈阳工程学院 王树群 动本091-243二、影响煤粉气流着火的因素二、影响煤粉气流着火的因素 煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸