【锅炉百科】锅炉燃烧理论

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【锅炉百科】锅炉燃烧理论

文章出处:国信工业设备人气:-发表时间:2017-10-28 00:00:00【
摘要 :

  1燃烧煤粉对炉膛的要求

  炉膛作为燃烧室,是保证炉膛正常运行的先决条件之一。燃烧煤粉时,对炉膛的要求是:

  1)创造良好的着火、稳燃条件,并使燃料在炉内完全燃尽;

  2)炉膛受热面不结渣;

  3)布置足够的蒸发受热面,并不发生传热恶化;

  4)尽可能减少污染物的生成量;

  5)对煤质和负荷复合有较宽的适应性能,以及连续运行的可靠性。

  2煤粉在炉膛内的燃烧过程

  燃料从入炉内开始到燃烧完毕,大体上可分为如下三个阶段:

  1)着火前准备阶段

  从燃料入炉至达到着火温度这一阶段称准备阶段。在这一阶段内,要完成水份蒸发,挥发份析出、燃料与空气混合物达到着火温度。显然,这一阶段是吸热过程,热量来源是火焰辐射及高温烟气回流。影响准备阶段时间长短的因素除燃烧器本身外,主要是炉内热烟气为煤粉气流提供热量的强弱,煤粉气流的数量、温度、浓度、挥发份含量及煤粉细度等。

  2)燃烧阶段

  当达到着火温度后,挥发份首先着火燃烧,放出热量,使温度升高,焦炭被加热到较高温度而开始燃烧。燃烧阶段是强烈的放热过程,温度升高较快,化学反应强烈,这时碳粒表面往往会出现缺氧状态。强化燃烧阶段的关键是加强混合,使气流强烈扰动,以便向碳粒表面提供氧气,而将碳粒表面的二氧化碳扩散出去。

  3)燃尽阶段

  主要是将燃烧阶段未燃尽的碳烧完。燃尽阶段剩余的碳虽然不多,但要完全燃尽却很困难,主要是存在着诸多不利于完全燃烧的因素,如少量的固定碳被灰包围着;氧气浓度已较低;气流的扰动渐趋衰减;炉内温度在逐步降低。如果燃料的挥发份低、灰份高、煤粉粗、炉膛容积小,完全燃尽将更困难。据试验,对细度R90=5%的煤粉,其中97%的可燃物可在25%的时间内燃尽,而其余3%的可燃物却要75%的时间才能燃尽。这也是实际锅炉中不可能使可燃物彻底燃尽的基本原因。

  3影响燃烧的因素

  燃烧速度反映单位时间烧去可燃物的数量。

  由于燃烧是复杂的物理化学过程,燃烧速度的快慢,取决于可燃物与氧的化学反应速度以及氧和可燃物的接触混合速度。

  前者称化学反应速度,也称化学条件;后者称物理混合速度,也称物理条件。

  化学反应速度与反应空间的压力、温度、反应物质浓度有关,且成正比。

  对于锅炉的实际燃烧,影响化学反应速度的主要因素是炉内温度,炉温高,化学反应速度快。

  燃烧速度除与化学反应速度有关外,还取决气流向碳粒表面输送氧气的快慢,即物理混合速度。

  而物理混合速度取决于空气与燃料的相对速度、气流扰动情况、扩散速度等。

  化学反应速度、物理混合速度是相互关联的,对燃烧速度均起制约作用。

  例如,高温条件下应有较高的化学反应速度,但若物理混合速度低,氧气浓度下降,可燃物得不到充足的氧气供应,结果燃烧速度也必然下降。

  因此,只有在化学条件和物理条件都比较适应的情况下,才能获得较快的燃烧速度。

  燃烧能迅速而又完全燃烧的基本条件主要有:

  1)相当高的炉膛温度:

  温度是燃烧化学反应的基本条件,对燃料的着火、稳定燃烧、燃尽均有重大影响,维持炉内适当高的温度是至重要的。当然,炉内温度太高时,需要考虑锅炉的结渣问题。

  2)适量的空气供应:

  适量的空气供应,是为燃料提供足够的氧气,它是燃烧反应的原始条件。空气供应不足,可燃物得不到足够的氧气,也就不能达到完全燃烧。但空气量过大,又会导致炉温下降及排烟损失增大。

  3)良好的混合条件:

  混合是燃烧反应的重要物理条件。混合使炉内热烟气回流对煤粉气流进行加热,以使其迅速着火。混合使炉内气流强烈扰动,对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气,向外扩散二氧化碳,以及燃烧后期促使燃料的燃尽,都是必不可少的条件。

  4)足够的燃烧时间:

  燃料在炉内停留足够的时间,才能达到可燃物的高度燃尽,这就要求有足够大的炉膛容积。炉膛容积与锅炉容量成正比。当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关,易于燃烧的燃料,炉膛容积可相对小些。比如相同容量的锅炉,燃油炉的炉膛容积要比煤粉炉的小,而烧无烟消云散煤的炉膛容积要比烧烟煤的炉膛容积稍大些。

  4改善燃烧的措施

  1)适当提高一次风温度:

  提高一次温可减小着火热需要量,使煤粉气澈入炉后迅速达到着火温度。当然,一次风温的高低是根据不同煤种来定的,对挥发份高的煤,一次风温就可以低些。

  2)适当控制一次风量:

  一次风量小,可减小着火热需要量,利于煤粉气流的迅速着火。但最小的一次风量也应满足挥发份燃烧对氧气的需要量,挥发份高的煤一次风量要大些。

  3)合适的煤粉细度:

  煤粉越细,相对表面积越大,本身热阻小,挥发份析出快,着火容易于达到完全燃烧。但煤粉过细,要增大厂用电量,所以应根据不同煤种,确定合理的经济细度。

  4)合理的一、二次风速:

  一、二次风速对煤粉气流的着火与燃烧有着较大影响。因为一、二次风速影响热烟气的回流,从而影响到煤粉气流的加热情况;一、二次风速影响一、二次风混合的迟早,从而影响到燃烧阶段的进展;一、二次风速还影响燃烧后期气流扰动的强弱,从而影响燃料燃烧的完全程度。因此,必须根据煤种与燃烧器型式,选择适当的一、二次风速度。

  5)维持燃烧区域适当高温:

  适当高的炉温,是煤粉气流着火与稳定燃烧的基本条件。炉温高,煤粉气流被迅速加热而着火,燃烧反应也迅速,并为保证完全燃烧提供条件。故在燃烧无烟煤或其它劣质煤时,常在燃烧区设卫燃烧带或采取其它措施,以提高炉温。当然,在提高炉温时,要考虑防止出现结渣的可能性。

  6)适当的炉膛容积与合理的炉膛形状:

  炉膛容积大小,决定燃料在炉内停留时间的长短,从而影响其完全燃烧程度,故着火、燃烧性能差的燃料,炉膛容积要大些,这种燃料还要求维持燃烧区域高温,故常需要选用炉膛燃烧区域断面尺寸较小的瘦高型炉膛。

  7)锅炉负荷维持在适当范围内:

  锅炉负荷低时,炉内温度下降,对着火、燃烧均不利,使燃烧稳定性变差。锅炉负荷过高时,燃料在炉内停留时间短,出现不完全燃烧。同时由于炉温的升高,还有可能出现结渣及其它问题。因此,锅炉负荷应尽可能地在许可的范围内调度。


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