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锅炉的燃烧理论燃烧理论学习的目的是了解认识燃烧过程的本质,掌握燃烧过程的主要规律,以便控制燃烧过程的各个阶段,使其按照人们的要求进行燃烧理论解决的问题是1)判断各种燃料的着火可能性,分析影响着火的内因条件与外因条件以及着火过程基本原理,保证燃料进入炉内后尽快稳定地着火,保证燃烧过程顺利进行2)研究如何提高燃料的燃烧速度,使一定量的燃料在有限的空间和时间内尽快燃烧,分析影响燃烧速度的内因条件与外因条件,以及燃尽过程的基本原理,提出加速燃烧反应,提高燃烧效率的途径3)燃烧理论来源于生产实践和科学试验反过来又指示出燃烧技术进步与发展的方向第二节燃料分析燃油分析燃油的特点油是一种液体燃料,液体燃料的沸点低于它的着火点,它总是先蒸发而后着火所以液体燃料的燃烧,总是在蒸气状态下进行的,也就是说,实质上直接参加燃烧的不是液体状态的“油而是气体状态的“油气”这是所有液体燃料燃烧时的共同特点工业标准中以如下指标描述燃油的物理特性1)粘性是液体受外力作用流动时,在液体分子间或流团间呈现的内摩擦力,粘性的大小常用动力粘度、运动粘度、恩氏粘度三种方法来表示;在工程上油的粘度一般用恩氏粘度来表示,恩氏粘度是指在一定的油温下200毫升油的流出时间与20°C的同体积蒸偏水从恩氏粘度计流出的时间之比;2)凝固点是表示油品流动性的重要指标柴油在温度降低到一定数值时会失去流动性,将盛油的试管倾斜45度,油面在一分钟内仍保持不变时的温度即为此油的凝固点,凝固点的高低与油中石蜡含量有关,石蜡含量少,凝固点低;石蜡含量高,凝固点高;3)闪点对油加热到一定温度时,表面有油气产生,当油气与空气混合到一定比例时这种混合气体在试验条件下,遇到明火产生蓝色的短促闪火,此时的最低温度称为闪点闪点仅仅是短暂的瞬间,这是因为油蒸发速度较慢,油气不能及时补充,闪点往往是事故的先兆;4)燃点当燃油加热到一定温度时表面油气分子趋于饱和,与空气混合,且有明火接近时即可着火,并保持连续燃烧,此时的温度称为燃点或着火点油的燃点一般要比闪点高20°C〜30°C;5)自燃点油在规定加热条件下,不接近外界火源而自行着火燃烧的现象叫自燃,自燃的最低温度叫自燃点;液体燃料和气体燃料的着火温度
5.锅炉运行中的热力着火分析放热速度与散热速度是相互作用的在实际炉膛内,当燃烧处于高负荷状态时,由于燃煤量增加,燃烧放热量比较大,而散热量变化不大,因此使炉内维持高温状态在高负荷运行时,容易稳定着火当燃烧处于低负荷运行时,由于燃煤量减少,燃烧放热量随之减小,这时相对于单位放热量的散热条件却大为增加,散热速度加快,因此炉内火焰温度与水冷壁表面温度下降,使燃烧反应速度降低,因而放热速度也就变慢,进一步使炉内处于低温状态在低负荷运行状态下,稳定着火比较困难,因此需要投入助燃油等燃料来稳定着火燃烧对于低反应能力的无烟煤和劣质烟煤,不但着火困难,而且难于稳燃,因而容易熄火〃打炮〃从以上分析,可得到提示着火和燃烧温度与水冷壁面积、进入炉内的新气流初温度相关在炉内可自动到达稳定着火状态,如果点火区的温度与燃料的活性不相适应,就需投入助燃油或采用强化着火的措施四-火焰的传播火焰传播理论的实用性燃料燃烧过程中,火焰的稳定性与火焰传播速度关系极大电厂燃烧系统的安全运行也与火焰传播速度关系密切例如,煤粉管道中某一处着火后,火焰迅速蔓延、扩散,导致制粉系统着火或爆炸了解火焰传播的知识,有助于掌握燃烧过程的调整要领,对稳定着火非常有用层流火焰传播在静止的可燃气体混合物中,缓慢燃烧的火焰传播是依靠导热或扩散使未燃气体混合物温度升高,火焰一层一层的依次着火火焰传播速度一般为20〜100cm/s湍流火焰传播湍流火焰传播速度加快,一般为200cm/s以上火焰短,燃烧室尺寸紧凑,湍流火焰易产生噪声火焰传播形式1)正常的火焰传播(缓慢燃烧)正常的火焰传播是指可燃物在某一局部区域着火后,火焰从这个区域向前移动,逐步传播和扩散出去,这种现象就称为火焰传播正常的火焰传播过程中,火焰传播速度比较缓慢约为1〜3m/s燃烧室内压力保持不变炉内煤粉气流正常燃烧的火焰传播就属于正常的火焰传播2)反应速度失去控制的高速爆炸性燃烧炉膛内火焰传播为湍流火焰,火焰传播速度很快出现爆炸性燃烧时,火焰传播速度极快,达1000・3000m/s温度极高,达6000°C;压力极大,达2026500Pa(
20.67)大气压)爆燃是由于可燃物以极高的速度反应,以至于反应放热来不及散失,因而使温度迅速升高,压力急剧增大而压力的急剧增大是由于高温烟气的比容比未燃烧的可燃混合物的比容大得多,高温烟气膨胀产生的压力波,使未燃混合物绝热压缩,火焰传播速度迅速提高,以致产生爆炸性燃烧3)正常燃烧向爆炸性燃烧的转变当火焰正常燃烧时,有时会发生响声此时,如果缩热压缩很弱,不会引起爆炸性燃烧但当未燃混合物数量增多时,绝热压缩将逐渐增强,缓慢的火焰传播过程就可能自动加速转变为爆炸性燃烧不同燃料的火焰传播速度可燃混合物着火时的火焰传播速度即为着火速度对于不同的燃料,火焰传播速度的差异很大气体燃料和液体燃料的火焰传播速度远远大于煤粉气流的火焰传播速度就煤粉气流本身而言,火焰传播速度的差别也很大例如,燃用烟煤时的火焰传播速度比贫煤、无烟煤的火焰传播速度要大因此,烟煤着火后,燃烧比较稳定煤粉气流火焰传播速度的影响因素煤粉气流的火焰传播速度受多种因素的影响,其首先决定于燃料中可燃挥发分含量的大小,其次还与水分、灰分、煤粉细度、煤粉浓度和煤粉气流混合物的初温及燃烧温度有关一般情况下,挥发分大的煤,火焰传播速度快;灰分大的煤火焰传播速度小;水分增大时,火焰传播速度降低提高煤粉细度时,挥发分析出快,并增加了燃料的反应面积,火焰传播速度可显著提高提高炉膛温度时,火焰面向周围环境的散热减少,反应速度加快,因而提高了火焰传播速度锅炉在高负荷运行时,炉膛环境温度较高,容易稳定燃烧;锅炉在低负荷运行时,燃烧放热量减少,冷却散热条件增强,需要加强稳燃措施或增加易燃的液体或气体燃料,来帮助煤粉气流稳定燃烧,其实质是提高火焰传播速度链锁反应气体燃料的燃烧反应速度很高,而且在温度极低(如T-OK时)的场合下,反应仍可以很高的速度进行这种反应并不是按化学反应方程式那样一步完成的,也并不需要给反应物质施加能量,使活化分子的数目增多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,使反应进行一系列中间过程,整个燃烧反应就象链一样一节一节传递下去,故称这种反应为链锁反应链锁反应是一种高速反应例如当温度超过500°C时,氢的燃烧就变为爆炸反应氢的链锁反应过程氢分子H吸收了极少的活化能,被质点M击活后,产生活化中心H同时产生游离基OH便开始下列反应H2+M—2H+MH+O2—OH+OO+H2—OH+HOH+H2—H2O+HOH+H2-H2O+H总的反应平衡式为H+3H2+O2—3H+2H2O上式表明,一个氢分子与质点碰撞被击活而吸收活化能后,可以产生三个活化氢原子而这三个活化氢原子在下一次反应过程中又可以产生九个活化氢原子,以此类推,……这是一种分支链锁反应,其反应速度极快以至在瞬间即可完成煤粉的着火燃烧煤粉的燃烧过程可由下述过程粗略地描写煤粉受热,水分析出一继续受热,绝大部分挥发分析出,挥发分首先着火一引燃焦碳,并继续析出残余的部分挥发分,挥发分与焦碳一道燃尽一形成灰渣大部分挥发分着火,燃尽时间仅占整个燃烧过程的10%约为
0.2〜
0.5秒;而焦碳燃尽程度达到98%的过程所占的时间很长,约为90%,燃尽时间为1〜
2.8秒从燃烧放热量来看,焦碳占煤粉总放热量的60〜95%着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小,而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度根据实际经验,一般着火时间长的燃料,所需的燃尽时间也相应地比较长煤粉着火燃烧过程的细节十分复杂,只能说明几个阶段的主要特征煤粉颗粒必须首先吸热升温,热源来自炉内1300-1600°C的高温烟气,通过对流、辐射、热传导方式使新鲜燃料受热升温煤粉颗粒中水分首先析出,燃煤得到干燥,随着水分的蒸发,燃煤温度不断升高对于不同煤种,大约在120-450°C的温度范围内,煤中的挥发分析出,挥发分析出后,剩余的固态物形成焦碳可燃挥发分气体的着火温度比较低,当氧气供应充足时,大约加热到450〜550°C以上就可着火、燃烧,同时释放热量,加热焦碳焦碳同时从挥发分燃烧的局部高温处和炉内高温烟气区吸收热量,温度升高,当达到焦碳的着火温度时,即着火燃烧,并放出大量热量当焦碳大半烧掉之后,内部灰分将对燃尽过程产生影响其原因是焦碳粒中内部灰分均匀分布在可燃质中,在焦碳粒从外表面到中心一层一层地燃烧的过程中,外层的内在灰分裹在内层焦碳上,形成一层灰壳,甚至形成渣壳从而阻碍氧向焦碳表面的扩散,使燃尽时间拖长因此,灰分对燃尽过程的影响主要表现在内部灰分的作用上,而绝大部分单独存在的外部灰分对可燃层的燃尽不产生直接的妨碍作用煤粉气流的着火温度也随煤粉细度而变化,煤粉越细,加热速度越快,越容易着火这是因为煤粉越细,燃烧反应的表面积越大所以在煤粉气流燃烧时,细煤粉首先着火煤粉在炉内的燃烧情况更为复杂因为煤粉颗粒有粗有细,挥发分析出时,所需的时间也长短不一当细粒煤粉已进入焦碳燃烧过程,而粗粒煤粉还在析出挥发分即细的煤粒已经烧完,粗的煤粒才刚刚开始燃烧实验研究发现,煤粉在炉内的加热升温速度很快,升温速度为
0.5〜
1.0*104°C/S仅在
0.1-
0.2秒的时间内就能达到炉内燃烧时的温度水平1500°C左右在这种条件下,挥发分燃烧和焦碳燃烧这两个环节很难截然分开,在很大程度上可能是同时进行的经验表明,可燃挥发分大的煤,还是比较容易着火和燃尽的,因为挥发分析出燃烧毕竟比焦碳的燃烧迅速得多,而且挥发分析出后可增大焦碳粒子与氧气接触的面积,提高焦碳粒子的反应活性可燃挥发分仍对煤粉着火起着决定性的作用煤的挥发分愈多,挥发分着火燃烧时释放的热量也愈多,这样焦碳得到充分加热并增加了与氧气接触的机会,因而燃烧的稳定性也愈高碳粒的燃烧温度低于1200°C时碳粒表面的燃烧碳粒的低温燃烧温度高于1200°C时碳粒表面的燃烧碳粒的低温燃烧影响碳粒燃烧速度的主要因素1)碳粒表面上进行的化学反应速度2)氧向碳粒表面的扩散速度碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区1)动力区温度低于900-1000°C时,化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度,氧气的供应十分充足,提高扩散速度对燃烧速度影响不大,燃烧速度取决于温度2)扩散区温度高于1200°C时,化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度,以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉,碳粒表面处的氧浓度接近于0提高温度对燃烧速度影响不大燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度3)过渡区介于动力区和扩散区之间,提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度若扩散速度不变,只提高温度,燃烧过程向扩散区转化;若温度不变,只提高扩散速度,燃烧过程向动力区转化碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区模型分析在碳粒表面上发生反应的氧量=扩散气流向表面输送的氧量,即可利用化学反应速度和气流的扩散速度表示燃烧速度3=kC=aks(Co—C)式中k—反应速度常数;Co、C—气流中和反应表面氧浓度;aks—扩散速度系数,与气流的相对速度成正比,与粒子直径成反比/=]C]=k£°—+——kkz..・・考虑了扩散和化学反应后,燃烧反应的总速度常数;11—»时,kz^k燃烧处于动力区;k%11Z知时,kz^aks燃烧处于扩散区燃油的种类1)原油是从地下开采出来,经过脱水处理,未经炼制的石油原油可以炼制出多种油品及其它产物,直接作为燃料是极不合理的2)重油是由裂解重油、减压重油、常压重油或腊油按不同比例调制而成,有一定牌号和质量标准3)渣油石油炼制过程中的剩余物,可不经过处理直接供给锅炉作燃料,习惯上称为渣油或残渣油重油和渣油是发电用液体燃料的主要品种,共同特点是相对密度和粘度较大;沸点和闪点较高,不易挥发4)柴油柴油是柴油机的燃料,作为锅炉燃料是极不经济的柴油一般用作煤粉锅炉的点火用油和低负荷运行时稳定燃烧的助燃油燃油的成份燃料油的组成成分和固体燃料一样,也表示为碳(C)、氢(H)、氧
(0)、氮(N)、硫(S)、和水分(M)其中主要是可燃成分碳和氢,碳含量约占84—87%氢含量约占11—14%氧、氮、硫三种元素含量约为1—2%灰分含量不大于1%水分含量也不大于2%燃料油中由于碳氢含量很高,所以,它的发热量也较高,一般Qnetar=37681—43960kJ/kg(9000—10500kcal/kg)o燃料油中氢含量高,与碳组成多种碳氢化合物,使燃料油易于战火燃烧稳定、完全丰鹤公司燃油工业分析燃油的燃烧油的燃烧过程一般分为三个阶段,即加热蒸发阶段、扩散混合阶段和着火燃烧阶段1)加热蒸发阶段燃油经油喷嘴喷入炉膛后,接受高明温辐射及烟气回流加热,温度升高而逐渐蒸发为了增大蒸发强度,油要雾化成微细颗粒,以增大蒸发面积2)扩散混合阶段蒸发的油蒸气要在着火前与送入的空气混合,如果空气不在油气着火前与之混合,将给燃烧带来不利影响这就是通常所说的要有根部风所以,要求油在蒸发成气体之后,空气必须与之立即混合,否则,不仅延误着火,而且还会析出不易燃烧的炭黑粒子,使机械未完全燃烧热损失增大3)着火燃烧阶段油气与空气混合物形成可燃气体,并很快达到着火温度而点燃,由于油气主要是碳氢化合物,燃烧反应强烈,所以,能迅速地燃尽二.燃煤分析燃煤的种类根据不同用途和不同的分类方法,可以把煤分成不同的类别动力用煤一般主要依据挥发分含量将煤分成如下四类1)无烟煤挥发分Vdaf10%o无烟煤挥发分含量低,析出温度高,着火热大,着火较困难,燃尽也不易它含固定碳高,发热量大,一般发热量Qnetar=20000—32500kJ/kgo无烟煤表面呈明亮的黑色光泽,碳化程度高,质地坚硬,相对密度也较大可磨性系数低;2)烟煤挥发分Vdaf=20%-40%o是一个非常广泛的煤种,表面呈灰黑色,有光泽,质地较松软烟煤含碳量较高,发热量Qnetar=14000—29000kJ/kg它易于着火,火焰较长,各种烟煤的焦结性差别很大含碳量较贫煤低C=40〜60%发热量相对褐煤较高;3)贫煤挥发分Vdaf=10%-20%o它是介于烟煤与无烟煤之间的煤种贫煤表面灰黑,无光泽,不易点燃,火苗也较短,发热量常比烟煤低碳化程度较高,可磨性系数较烟煤低含碳量较高,发热量较大;4)褐煤挥发分Vdaf40%o挥发分的析出温度低,易于点火,灰分、水分含量较高,汽化潜热大,低位发热量低,一般Qnetar=8000—17000kJ/kgo褐煤表面呈棕褐色,少数呈黑色,碳化程度低,机械强度小易碾磨;质脆易风化,不易储存,也不宜长途运输燃煤的组成成分通过元素分析方法得出的煤的主要组成成分,称元素分析成分它包括碳(C)、氢(H)、氧
(0)、氮(N)、硫(S)、灰分(A)、水分(M)其中碳、氢、硫是可燃成分硫燃烧后要生成SO2及少量SO3故它是有害成分煤中的水分和灰分也都是有害成分通过元素分析成分可以了解煤的特性及实用价值,相关燃烧计算也都使用元素分析数据但元素分析方法较为复杂发电厂常用较为简便的工业分析方法得到工业分析成分,用它可以基本了解煤的燃烧特性煤的工业分析是把煤加热到不同温度和保持不同的时间而获得水分、挥发分、固定碳、灰分的百分组成煤的成分组成是用质量百分数来表示的即C+H+0+N+S+A+M200%式中,C、H、、N、S、A、M分别表示煤中碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的质量百分数燃煤的分析基准由于煤中灰分、水分随开采条件、储运条件和气象条件的变化而变化,同一种煤,在不同条件下,其成分的百分组成就不相同,若欲用其成分含量百分数说明煤的物性,必须同时指明煤是在什么状态下分析成分组成,才能正确判断各种成分的影响较常应用的煤的成分分析基准有如下四种1)收到基以收到状态的煤取样分析其成分组成,用下角标ar表示即Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%收到基是以收到的煤为试样所取得的成分组成,但收到的地点不同,其成分组成就会有差异对于锅炉用煤来说,收到的煤应是进入原煤仓中的煤,以原煤仓中的煤为试样所取得的成分组成,为收到基成分组成,这也就和过去的应用基成分基本一致收到基成分是锅炉有关计算中应用最广的成分基准2)空气干燥基(旧称分析基)以自然风干的煤样分析其成分组成,已扣去煤中的外在水分,剩余的只是煤的内在水分,或称分析水分空气干燥基成分用下角标ad表示即Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%煤矿提供的煤质数据多为空气干燥基成分3)干燥基以去掉全部水分的煤样分析其成分组成,用下角标d表示即Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%利用干燥基成分可较真实地反映灰的含量,因为干燥基成分不受水分变化的影响4)干燥无灰基(旧称可燃基)以假想干燥无灰状态煤的成分总量作为计算基数所得的成分组成,用下角标daf表示即Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥无灰基成分不受水分、灰分变化的影响,能较确切地反映煤中的有用成分的数值及实用价值丰鹤公司燃煤工业分析丰鹤公司设计煤种及校核煤种本工程煤质为贫煤,属中低灰、低硫、中高发热量的优质动力煤其燃煤及灰渣主要成分特性燃煤成份与特性表煤灰成分分析第三节燃料的燃烧理论一.质量作用定律-一化学反应速度
1.质量作用定律燃烧是一种发光发热的化学反应燃烧速度可以用化学反应速度来表示在等温条件下,化学反应速度可用质量作用定律表示即反应速度一般可用单位时间单位体积内烧掉燃料量或消耗掉的氧量来表示可用下面的式子表示炉内的燃烧反应aA+bB==gG+hH(燃料)(氧化剂)(燃烧产物)化学反应速度可用正向反应速度表示,dCAWA=-—^dtdCcWc--Gdt质量作用定律的意义质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响其意义是对于均相反应,在一定温度下,化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比,而各反应物浓度的方次等于化学反应式中相应的反应系数因此,反应速度又可以表示为吼=一导=*人《席=—dCb—kCC”式中CAC反应物A”郁J浓度BABab---化学反应式中,反应物AB的反应系数;kAkB.-.反应速度常数多相燃烧的化学反应速度对于多相反应,如煤粉燃烧,燃烧反应是在固体表面上进行的,固体燃料的浓度不变即CA=1O反应速度只取决于燃料表面附近氧化剂的浓度用下式表示WB=式中cB-…固体燃料表面附近氧的浓度上式说明,在一定温度下,提高固体燃料附近氧的浓度,就能提高化学反应速度反应速度越高,燃料所需的燃尽时间就越短上述关系只反映了化学反应速度与参加反应物浓度的关系事实上,反应速度不仅与反应物浓度有关,更重要的是与参加反应的物质本身有关具体地说,与煤或其它燃料的性质有关化学反应速度与燃料性质及温度的关系可用阿累尼乌斯定律表示阿累尼乌斯定律一一在实际燃烧过程中,由于燃料与氧化物(空气)是按一定比例连续供给的当混合十分均匀时,可以认为燃烧反应是在反应物质浓度不变的条件下进行的.这时,化学反应速度与燃料性质及温度的关系为k=kOe(-E/RT)式中,kO..相当于单位浓度中,反应物质分子间的碰撞频率及有效碰撞次数的系数E—反应活化能;R—通用气体常数;T—反应温度k—反应速度常数(浓度不变)阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的“活性”与反应温度对化学反应速度的影响的关系燃料的“活性”,可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度例如,气体燃料比固体燃料容易着火,也容易燃尽而不同的固体燃料,“活性”也不同,烟煤比无烟煤容易着火,也容易燃尽因此,燃料的“活性”也表现为燃料燃烧时的反应能力燃料的“活性”程度可用“活化能”来表示影响化学反应速度的因素质量作用定律和阿累尼乌斯定律指出了影响燃烧反应速度的主要因素是反应物的浓度.活化能和反应温度反应物浓度的影响虽然认为实际燃烧过程中,参加反应物质的浓度是不变的,但实际上,在炉内各处.在燃烧反应的各个阶段中,参加反应的物质的浓度变化很大在燃料着火区,可燃物浓度比较高,而氧浓度比较低这主要是为了维持着火区的高温状态,使燃料进入炉内后尽快着火但着火区如果过分缺氧则着火就会终止,甚至引起爆炸因此在着火区控制燃料与空气的比例达到一个恰到好处的状态,是实现燃料尽快着火和连续着火的重要条件反应物浓度对燃烧速度的影响关系比较复杂,将在后面的内容中加以分析
2.活化能对燃烧速度的影响1)活化能概念燃料的活化能表示燃料的反应能力活化能的概念是根据分子运动理论提出的,由于燃料的多数反应都是双分子反应,双分子反应的首要条件是两种分子必须相互接触,相互碰撞分子间彼此碰撞机会和碰撞次数很多,但并不是每一个分子的每一次碰撞都能起到作用如果每一个分子的每一次碰撞都能起到作用,那么即使在低温条件下,燃烧反应也将在瞬时完成然而燃烧反应并非如此,而是以有限的速度进行所以提出只有活化分子的碰撞才有作用这种活化分子是一些能量较大的分子这些能量较大的分子碰撞所具有的能量足以破坏原有化学键,并建立新的化学键但这些具有高水平能量的分子是极少数的要使具有平均能量的分子的碰撞也起作用,必须使他们转变为活化分子,这一转变所需的最低能量称为活化能,用E表示所以活化分子的能量比平均能量要大,而活化能的作用是使活化分子的数目增加从图可见,要使反应物由A变成燃烧产物G参加反应的分子必须首先吸收活化能E使活化分子数目增多,达到活化状态,数目较多的分子产生有效碰撞,发生反应而生成燃烧产物,并放出比E1(活化能)更多的能量E2而燃烧反应的净放热量为Q反应过程2)燃料的活化能对燃烧速度的影响在一定温度下,某一种燃料的活化能越小,这种燃料的反应能力就越强,而且反应速度随温度变化的可能性就减小,即使在较低的温度下也容易着火和燃尽活化能愈大的燃料,其反应能力愈差,反应速度随温度的变化也愈大,即在较高的温度下才能达到较大的反应速度,这种燃料不仅着火困难,而且需要在较高的温度下经过较长的时间才能燃尽燃料的活化能水平是决定燃烧反应速度的内因条件一般化学反应的活化能大约在42~420kJ/mol活化能小于42kJ/mol的反应,反应速度极快,以至难于测定活化能大于420kJ/mol的反应,反应速度缓慢,可认为不发生反应燃煤的活化能及频率因子可在沉降炉中测定,下表是国内四种典型煤种的测定结果不同的测试仪器所测量的数据差别较大,因此,只有同一仪器测量的数据才具有可比性
3.温度对燃烧速度的影响温度对化学反应的影响十分显著随着反应温度的升高,分子运动的平均动能增加,活化分子的数目大大增加,有效碰撞频率和次数增多,因而反应速度加快对于活化能愈大的燃料,提高反应系统的温度,就能愈加显著地提高反应速度热力着火理论热力着火理论的实用性煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火,热力着火过程是由于温度不断升高而引起的因为煤粉燃烧速度很快,燃烧时放出的大量热量使炉膛温度升高,而炉温升高促使燃烧速度加快;反应放热增加,又使炉温进一步提高这样相互作用、反复影响,达到一定温度时,就会发生着火着火过程有两层意义一是着火是否可能发生,二是能否稳定着火只有稳定着火,才能保证燃烧过程持续稳定的进行,否则就可能中途熄火,使燃烧过程中断在炉膛四周布置的水冷壁直接吸收火焰的辐射热,因而燃料燃烧时放出的热量,同时向周围介质和炉膛壁面散热这时,要使可燃物着火并连续着火,必须使可燃物升温实现稳定着火的两个条件1)放热量和散热量达到平衡,放热量等于散热量0=02)放热速度大于散热速度dT—dT如果不具备这两个条件,即使在高温状态下也不能稳定着火,燃烧过程将因火焰熄灭而中断,并不断向缓慢氧化的过程发展热力着火过程的特性曲线燃烧室内可燃混合物燃烧放热量为£Q=kQcg向周围环境散失的热量为Q2=aST-TbC°2■■煤粉反应表面氧浓度;N-.燃烧反应中氧的反应系数;V-可燃混合物的容积;Qr■■燃烧反应热;T--燃烧反应物温度;Tb■-燃烧室壁面温度;a混合物向燃烧室壁面的放热系数;热力着火过程曲线S-燃烧室壁面面积点1缓慢氧化状态点2着火点,点3高温燃烧状态点4熄火点,点5氧化状态熄火温度TXh总是比着火温度TZh高着火温度和熄火温度并不是常数,它们随放热条件而变煤、煤粉气流和气体燃料的着火温度挥发分大的烟煤,活化能小,反应能力强,着火温度低,即使周围散热条件较强,也容易稳定着火;挥发分很低的无烟煤,活化能大,反应能力低,着火温度最高,需要减小周围散热,维持高温状态,才能稳定着火各种煤的着火温度煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度燃料高炉煤气发生炉煤气炼焦煤气天然气石油着火温度°C530530300〜500530360~400序号项目单位指标1运动粘度(20°C)mm2/s
3.0〜
8.02实际胶质mg/100ml703酸度mgkoh/lOOml104硫含量%
1.05机械杂质%无6水份%痕迹7闪点(闭口)°C558凝点°C09低位发热量MJ/kg
41.868序号项目名称1J七单位设计煤种校核煤种1燃料品种鹤壁贫煤鹤壁贫煤2工业分析收到基全水份Mt%
7.
4810.07干燥无灰基挥发份Vdaf%
15.
7017.52收到基灰份Aar%
24.
6127.52收到基低位发热值Qnet.arMJ/kg
22.
97321.0503元素分析收到基碳份Car%
60.
4053.86收到基氢份Har%
2.
892.99收到基氧份Oar%
3.
074.08收到基氮份Nar%
0.
870.97收到基硫份St.ar%
0.
680.514可磨性指数Kvti—
1.
5851.74序号项目名称符号单位设计煤种校核煤种5煤灰熔融性变形温度DT°C14161300软化温度ST°C14641380流动温度FT°C15001460序号项目名称符号单位设计煤质校核煤种1二氧化硅Si02%
51.
7856.632三氧化二铝AI2O3%
27.
7330.103三氧化二铁Fe203%
6.
613.074氧化镁MgO%
1.
120.685氧化钙CaO%
4.
774.006二氧化钛Ti02%
0.
991.177氧化钾K2O%
1.
341.628氧化钠N0%
0.
550.849三氧化硫S03%
3.
631.1310五氧化二磷P2O5%
0.85—11氧化镒MnO%—
0.1812其它
0.
630.58煤种Vdaf频率因子活化能%g/cm
2.s.MPaKJ/mol无烟煤
5.
1596.
8385.212贫煤
15.
1812.
6155.098烟煤
33.
407.
8945.452烟煤
41.
025.
3138.911煤种无烟煤烟煤褐煤着火温度°C700—800400—500250—450煤种无烟煤贫煤Vr=14%烟煤褐煤着火温度°C1000900650〜840550。