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1、1,第三节 煤粉气流的燃烧过程,14*,31-2,一、煤粉气流的燃烧过程,煤粉在炉内的燃烧过程大致经历三个阶段，即着火前的准备阶段、燃烧阶段和燃尽阶段，如下图2所示。,14*,31-3,1.着火前的准备阶段 煤粉进入炉内至着火这一阶段为着火前的准备阶段。显然，该阶段是吸热阶段。要使煤粉着火快，可以从两方面着手：应尽量减少煤粉气流加热到着火温度所需的热量，这可以通过对燃料预先干燥、减少输送煤粉的一次风风量和提高输送煤粉的一次风风温等方法来达到；应尽快给煤粉气流提供着火所需要的热量，这可以通过提高炉温和使煤粉气流与高温烟气强烈混合等方法来实现。,14*,31-4,2.燃烧阶段 当煤粉温度升高至着火
2、温度而煤粉浓度又合适时，煤粉就开始着火燃烧，进入燃烧阶段。燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。燃烧阶段包括挥发分和焦炭的燃烧。在离喷口12m的距离内，大部分挥发分已析出并燃烧。焦炭的燃烧常要延续10 20m以上，且不易燃烧完全。因此使炉内保持足够高的温度、保证空气充分供应并使之强烈混合，对于组织好焦炭的燃烧都是十分重要的。,14*,31-5,3.燃尽阶段 燃尽阶段是燃烧阶段的继续。这一阶段的特点是氧气供应不足，风粉混合较差，空间温度较低，以致这一阶段需要的时间较长。如燃烧烟煤时，在到炉膛出口约8m的距离内仅燃烧了不到1%的未燃尽部分。所以，为了使煤粉在炉内尽可能燃尽，以提高燃料的利用率，应保证燃尽阶
3、段所需要的时间，并应设法加强扰动来击破灰衣，以便改善风粉混合，使灰渣中的可燃物燃透烧尽。,14*,31-6,对应于煤粉燃烧的三个阶段，可以在炉膛中划分出三个区，即着火区、燃烧区与燃尽区。一般认为：燃烧器出口附近的区域是着火区，与燃烧器处于同一水平的炉膛中部以及稍高的区域是燃烧区，高于燃烧区直至炉膛出口的区域都是燃尽区。一般，着火区为0.3 0.5m；燃烧区在4m左右，而燃尽区却比较长，可达20多米。根据对R90=5的煤粉试验，其中97的可燃质是在25的时间内燃尽的，而其余3的可燃质却要在75的时间才燃尽。,14*,31-7,图5-2表示三个区域的火炬情况。,14*,31-8,气流温度的变化是在
4、着火区和燃烧区中温度上升，在燃尽区中温度下降。气流进入炉膛时温度很低(通常不到300)，加热到着火点就开始着火，随着着火煤粉增多，温度上升速度加快。,14*,31-9,当可燃质开始大量燃烧，温度突然很快上升时，可以认为气流进入燃烧区。火焰中心温度有1600 左右。当大部分可燃质烧掉后，气流温度开始下降，这时可以认为气流进入燃尽区。在燃尽区内，燃烧放热很少，而水冷壁仍在不断吸热，故烟气温度逐渐下降，到炉膛出口降至1000左右。,14*,31-10,煤粉中灰分的含量在整个过程中是不断增大的。到炉膛出口，飞灰中仍会有很少量未燃尽的碳，但一般不超过飞灰总量的5，而飞灰则高达95左右。,14*,31-1
5、1,气流中02的含量在整个过程中不断减少，但在燃烧区减少得很快。,14*,31-12,燃烧产物RO2的含量在整个过程中不断增加，但在燃烧区增加得特别快。,14*,31-13,02含量在燃烧器出口处约为21，到炉膛出口处下降到2 4。R02在燃烧器出口处约为零，到炉膛出口处上升到16 17。,14*,31-14,总之，火炬工况在燃烧区都有剧烈的变化，而在着火区，尤其是在燃尽区，变化较缓慢。由此可见，燃烧过程的关键是燃烧阶段。在燃烧阶段中焦炭的燃烧是主要的。这是因为：一方面焦炭的燃烧时间最长；另一方面焦炭中的碳又是大多数固体燃料可燃质的主要部分，因而是放出热量的主要来源，并决定其他阶段的强烈程度。
6、因此在整个燃烧程中，关键在于组织好焦炭中碳的燃烧。,14*,31-15,二、煤粉气流的着火与强化 煤粉炉中，煤粉是由一次风输送经燃烧器进入炉膛。要使进入炉内的煤粉气流达到着火温度，并进行燃烧，就需要对煤粉气流加热。将煤粉气流加热到着火温度所需的热量称为着火热。煤粉气流的着火热包括加热煤粉和一次风所需热量、加热原煤在制粉系统中蒸发出来的水分所需热量以及煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量。,14*,31-16,要使煤粉气流着火快，一方面要尽量降低着火热，另一方面要尽快提供着火热。煤粉气流最好能在离开燃烧器约200 300mm处着火，不要超过500mm。着火太迟和着火太早的危害？煤粉气流着火热的来源
7、有两个方面，一方面是卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热，另一方面是炉内高温火焰的辐射换热。两者之中对流换热是主要的。,14*,31-17,几个数据：正常着火时间0.01秒多；煤粉在炉膛内的停留时间12秒；粒径小于100微米的煤粉在炉膛中的升温速度大于一万/s。,14*,31-18,影响因素,1.燃料性质 燃料中挥发分、水分、灰分对燃料的着火与燃烧均有影响。挥发分的多少对煤的着火和燃烧影响很大。挥发分低的煤着火温度高，煤粉进入炉膛后，加热到着火温度所需的着火热比较多。就是说，必须把煤粉气流加热到更高的温度才能着火，达到着火所需的时间也长些，着火点离开燃烧器喷口的距离也长些。,14*,31-19,所
8、以，当燃用无烟煤、贫煤等低挥发分煤时，为了着火迅速，应提高着火区温度，使高温烟气尽可能多回流一些。挥发分高的煤着火是比较容易的，这时应注意着火不要太早，以免造成结渣或烧坏燃烧器。,14*,31-20,水分大的煤，着火需要的热量就多。同时由于一部分燃烧热消耗在加热水分并使其汽化和过热上，这就降低了炉内的烟气温度。从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热都降低，这对着火显然是不利的。此外，炉内烟气温度低，也不利于燃烧化学反应的进行，影响煤粉迅速完全燃烧。灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定不利，而且燃烧时，灰壳对焦炭核的燃尽起阻碍作用，所以不易烧透。,14*,31-21,煤粉细度和均匀
9、性指数 2.炉膛温度 炉膛温度高，燃烧器根部回流或补入的热烟气温度也高，着火时间可以提前，燃烧迅速也易完全。但是，炉温过高，会造成炉内结渣。在烧低挥发分煤时，应适当提高炉温。为此，可以采用热风送粉，敷设卫燃（燃烧）带，保持较高负荷等方法。所谓卫燃带是指在燃烧器区域用铬矿砂等耐火涂料将部分水冷壁遮盖起来以形成高温燃烧的地带。卫燃带虽是稳定低挥发分煤粉着火的有效措施，但往往是结渣的发源地。目前认为，只有不得已时才敷设。,14*,31-22,3.一次风温 采用高温预热空气作为一次风来输送煤粉，由于提高了煤粉气流的初温，减少了煤粉气流达到着火温度所需的着火热，从而使着火时间缩短。因此在燃用无烟煤、劣质
10、煤和某些贫煤时，广泛采用热风送粉。4.一次风量和风速 一次风量以能满足挥发分的燃烧为原则。增大一次风量，相应地增大了着火热，对着火不利。减小一次风量，会使着火热显著降低，从而加快着火。但如果一次风量过低，则由于着火燃烧初期得不到足够的氧气而影响挥发分的着火燃烧，从而阻碍着火的继续扩展。,14*,31-23,通常一次风量的大小是用一次风率来表示，它是指一次风量占炉膛出口相应总风量的百分数。各种煤的一次风率推荐值见表5-1所示。一次风速对着火过程也有影响。一次风速过高，必将使着火推迟，致使着火距离拉长而影响整个燃烧过程；而一次风速过低，会造成一次风管堵塞，由于着火提前，还可能烧坏燃烧器。,14*,
11、31-24,二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前就混入，等于加大了一次风量，使着火推迟；如果二次风过迟混入，又会使煤粉气流着火后的燃烧缺氧所以二次风应在着火后及时混入。二次风一下子全部混入一次风对燃烧也是不利的。因为二次风的温度大大低于火焰温度，大量低温二次风混入会使火焰温度降低，燃烧速度减慢，甚至造成熄火。二次风最好能按燃烧区域的需要分期分批送入。做到使燃烧不缺氧，又不会降低火焰温度，这样燃烧才能完全。,14*,31-25,二次风速一般应大于一次风速。二次风速比较高，才能使空气与煤粉充分混合。但是二次风速又不能比一次风速大得过多，否则会迅速吸引一次风，使一二次风混合提前，以致影响着火。
12、最适宜的一、二次风速与燃用的煤种和燃烧器的型式有关，其推荐值见表5-2。,14*,31-26,14*,31-27,5.燃烧时间 燃烧时间对煤粉燃烧完全程度影响很大。燃烧时间的长短取决于炉膛容积的大小。一般说来，容积越大，则煤粉在炉膛中的停留时间越长。此外，燃烧时间的长短还与炉膛火焰充满程度有关。火焰充满程度差，就等于缩小了炉膛容积。燃用低挥发分煤时，应适当加大炉膛容积，以延长燃烧时间。,14*,31-28,6.锅炉的运行负荷 锅炉负荷降低时，炉膛平均烟温降低，燃烧器区域的烟温也将降低，这对煤粉着火是不利的。当锅炉负荷低到一定程度时，就会危及着火的稳定性，甚至引起灭火。因此，煤粉炉的负荷调节范围
13、常受着火焰稳定性的限制。通常把不投油能保证着火稳定的最低负荷，称为最低稳燃负荷。对于因态排渣煤粉炉，最低稳燃负荷为额定负荷的3070。,14*,31-29,强化煤粉气流燃烧的各种措施(一)提高热风温度 如，在烧无烟煤时，热风温度高达400左右。(二)提高一次风温和限制一次风量 提高一次风温和限制一次风量有助于减少煤粉气流所需的着火热，以加速煤粉的着火。一次风率应根据煤种适当控制。,14*,31-30,(三)选择适当的气流速度 最适宜的一、二次风速(四)合理送入二次风 二次风混入一次风的时间要合适。此外，二次风最好能按燃烧区域的需要分期分批送入。二次风的合理分配(五)在着火区保持高温(六)选择适当的煤粉细度,14*,31-31,(七)在强化着火阶段的同时必须强化燃烧阶段本身 在燃烧中心，燃烧可能在扩散区进行，而在燃尽区，由于温度低，燃烧可能在动力区进行。因此对燃烧中心地带，应设法加强混合；对火炬尾部地带则应维持足够高的温度。(八)合理组织炉内空气动力工况 必须从燃烧器的结构、布置和运行上去合理组织炉内空气动力工况，改善火焰在炉内的充满度，增加煤粉在炉内的停留时间。,
