煤粉炉燃烧原理及燃烧设备.doc

煤粉炉燃烧原理及燃烧设备 第一节 燃烧化学反应动力学基础 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。 电厂锅炉的主要燃料是煤，使用空气作燃料的氧化剂。 一、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的反应表面； （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。 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。 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。 (吸附和解吸附过程速度快) 二、燃烧速度 （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 （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。 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。能量达到或超过活化能的分子称为活化分子。 活化分子之间的碰撞才是有效碰撞，反应只能在活化分子之间进行。 温度一定，活化能越大，活化分子数就越少，化学反应速度越慢；活化能越小，化学反应速度就越快。 不同燃料的活化能是不同，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分无烟煤的活化能较大。 例如：褐煤92～105 MJ/kmol； 烟煤117～134 MJ/kmol； 贫煤、无烟煤140～147 MJ/kmol。 实际的炉内燃烧过程，反应物的浓度、炉膛压力可认为基本不变，因此化学反应速度主要与温度有关。温度升高时，活化分子数目急剧增多，反应速度也随之加快。故在实际运行中，提高炉膛温度是加快燃烧反应、缩短燃烧时间的重要方法。 （4）连锁反应 在很多燃烧化学反应中，实际反应速度远高于按照质量作用定律和阿累尼乌斯定律计算出的速度，经过分析，人们发现了连锁反应和催化作用的影响。 连锁反应: 燃料的燃烧化学反应速度并不是按化学反应方程式那样一步完成的，在气体燃料燃烧反应过程中，可以自动产生一系列活化中心，这些活化中心不断繁殖，使反应由一系列中间过程组成，整个燃烧反映就像链一样一节一节传递下去，这种反应就被称为连锁反应。 （5）催化作用 在化学反应中，如果将某些物质加到反应系统中，可以使化学反应速度发生变化，这种作用称为催化作用，产生催化作用的物质称为催化剂。 催化剂可以影响化学反应速度，但化学反应却不能改变催化剂本身。 在反应过程中，催化剂虽然也参加化学反应，但在另一个反应中又被还原，所以到反应终了时，它本身的化学性质并未发生变化。 催化作用特点：即催化剂在一定条件下，仅能改变化学反应的速度，而不能改变反应在该条件下可能进行的限度。 （二）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。 3、影响扩散速度的因素： 气流与炭粒的相对速度越大，扰动就越剧烈，氧向炭粒表面的扩散速度就越大，同时燃烧产物离开炭粒表面扩散出去的速度也增大，使氧的扩散速度进一步加快。 炭粒直径越小，单位质量炭粒的表面积越大，与氧的反应面积越愈大，化学反应消耗的氧越多，炭粒表面的氧浓度就会降低，炭粒表面与周围环境的氧浓度差就越