第4章-燃烧过程的基本知识课件

第第4章章 燃烧过程的基本知识燃烧过程的基本知识4.1燃燃 烧及其基本原理烧及其基本原理1.燃烧的基本条件燃烧的基本条件燃燃烧烧是是燃燃料料中中的的可可燃燃物物质质与与氧氧气气发发生生剧剧烈烈的的、伴伴随随发发光光发发热热的的一种一种化学反应化学反应。燃燃烧烧过过程程包包括括化化学学反反应应的的放放热热过过程程、物物质质间间的的相相互互运运动动、热热量量传递、质量传递、能量相互转化传递、质量传递、能量相互转化等一系列的等一系列的物理、化学过程物理、化学过程。燃烧过程能持续进行，除了燃烧过程能持续进行，除了必须有燃料必须有燃料和燃烧所需要的足够数和燃烧所需要的足够数量的量的氧气氧气外，还必须有：外，还必须有：（1）足够高的足够高的温度温度；（2）足够的传质）足够的传质动力动力，以使需要的氧气能及时到达燃烧区域；，以使需要的氧气能及时到达燃烧区域；（3）足够的）足够的时间时间，以使反应能够完成。，以使反应能够完成。2.化学反应速度及其影响因素化学反应速度及其影响因素燃烧遵循化学反应动力学的基本原理。燃烧遵循化学反应动力学的基本原理。化学反应速度是指单位时间内反应物质化学反应速度是指单位时间内反应物质(或生成物质或生成物质)浓度的变化，即浓度的变化，即 浓度、温度浓度、温度、压力及催化剂压力及催化剂影响化学反应速度。影响化学反应速度。对于对于简单反应简单反应或复杂反应中任一或复杂反应中任一基元步骤基元步骤，均可，均可用以下的化学计量方程式表示，如用以下的化学计量方程式表示，如 a、b反应物反应物A、B的化学反应计量系数；的化学反应计量系数；g、h生成物生成物G、H的化学反应计量系数。的化学反应计量系数。反应物浓度对化学反应速度的影响可用反应物浓度对化学反应速度的影响可用质量作用定律来描述：质量作用定律来描述：合成速度等于正、逆反应速度之差，它在反应过合成速度等于正、逆反应速度之差，它在反应过程中不断减少，最后变为零。这时正、逆反应速程中不断减少，最后变为零。这时正、逆反应速度相等，也就是达到化学平衡状态。度相等，也就是达到化学平衡状态。仅适用于理想气体仅适用于理想气体燃烧反应可由均相反应或多相反应所组成。燃烧反应可由均相反应或多相反应所组成。均相时可假定反应物及生成物都为理想气体均相时可假定反应物及生成物都为理想气体,可适用可适用!多多相相反反应应，即即气气相相的的反反应应物物在在单单位位时时间间内内降降低低速速度度，并并不不是是对对单单位位容容积积而而言言，而而是是对对两两种种相相态态的的物物质质交交界界处处(反反应应气气体体与与固固体体表表面面)的的单单位位面面积积而而言言。多多相相反反应应速速度度是是指指在在单单位位时时间间、单单位位表表面面上上参参加加反反应应的的物质浓度的变化，即物质浓度的变化，即也适用也适用!温度对化学反应速度的影响很大。温度对化学反应速度的影响很大。分子只有碰撞才能发生化学反应。但互相碰撞的分子只有碰撞才能发生化学反应。但互相碰撞的不一定都能发生反应。只有少数具有较大能量的不一定都能发生反应。只有少数具有较大能量的活化分子能够产生化学反应。活化分子能够产生化学反应。活化能：活化能：超过分子平均能量可使分子活化而发生超过分子平均能量可使分子活化而发生反应的能量。反应的能量。温温度度越越高高，分分子子的的热热运运动动越越剧剧烈烈，分分子子所所具具有有的的能能量量就就越越大大，具具有有活活化化能能或或能能量量超超过过活活化化能能的的分分子数越多，化学反应也就进行得越剧烈、迅速。子数越多，化学反应也就进行得越剧烈、迅速。温度对反应速度的影响集中反映在反应速温度对反应速度的影响集中反映在反应速度常数度常数k上。上。阿累尼乌斯定律：阿累尼乌斯定律：反应速度与压力的关系在一般的锅炉燃烧过程中常可反应速度与压力的关系在一般的锅炉燃烧过程中常可予以忽略，因为燃烧室中的压力接近常压。予以忽略，因为燃烧室中的压力接近常压。对于增压燃烧锅炉及对在高原地区运行的锅炉，应考对于增压燃烧锅炉及对在高原地区运行的锅炉，应考虑压力对燃烧的影响。虑压力对燃烧的影响。4.2 着火和点火着火和点火1.1.基本理论基本理论着火阶段是燃烧的准备阶段。着火阶段是燃烧的准备阶段。缓缓慢慢氧氧化化，不不断断积积聚聚热热量量和和活活性性粒粒子子，达达一一定定程程度度，燃燃料料就就会会着着火火燃燃烧烧。是是燃燃烧烧的的一种一种临界现象临界现象.如果所生的热量等于散失的热量或者活化中如果所生的热量等于散失的热量或者活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量，心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量，这一反应过程称为稳定的氧化反应过程。这一反应过程称为稳定的氧化反应过程。如果氧化反应所产生的热量大于散失的热量，如果氧化反应所产生的热量大于散失的热量，或者活化中心浓度增加的数量大于其销毁的或者活化中心浓度增加的数量大于其销毁的数量，这一反应过程称为不稳定的氧化反应数量，这一反应过程称为不稳定的氧化反应过程。过程。由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应从而引起燃烧的一瞬间，称为从而引起燃烧的一瞬间，称为着火着火。着火机理：着火机理：热力着火热力着火可燃混合物由于自身的氧化反应放热或者由于外可燃混合物由于自身的氧化反应放热或者由于外部热源的加热，使得温度不断升高，导致氧化反部热源的加热，使得温度不断升高，导致氧化反应加快，从而聚积更多的热量，最终导致着火。应加快，从而聚积更多的热量，最终导致着火。链式着火链式着火可燃物反应过程中存在链载体，当链产生的速度可燃物反应过程中存在链载体，当链产生的速度超过其销毁的速度，或者反应本身为支链反应，超过其销毁的速度，或者反应本身为支链反应，由于链载体的大量产生，使反应速度迅速增大，由于链载体的大量产生，使反应速度迅速增大，同时又产生更多的链载体，最终使反应物着火同时又产生更多的链载体，最终使反应物着火.两类着火方式：两类着火方式：自燃自燃缓缓慢慢氧氧化化反反应应基基础础上上，不不断断积积聚聚热热量量和和活活性性粒粒子子，温温度度不不断断升升高高，反反应应速速度度不不断断加加快快，一一旦旦反反应应生生成成热热量量的的速速率率超超过过散散热热速速率率而而且且不不可可逆逆转转时时，整整个个容容积积的的可可燃燃混混合合物物就就会会同同时时着着火火，这这一一过过程程称称为为自燃着火自燃着火。点燃点燃在在冷冷的的可可燃燃混混合合物物中中，用用一一个个不不大大的的点点热热源源，使使可可燃燃混混合合物物局局部部升升温温并并着着火火燃燃烧烧，然然后后将将火火焰焰传传播播到到整整个个可可燃燃混混合合物物中中去去，这这一一过过程程称称为为点点燃燃，或或称称为为被被迫迫着着火火，或或称为强制点火，或简称点火。称为强制点火，或简称点火。实际的燃烧组织中，一般都靠点火使可燃实际的燃烧组织中，一般都靠点火使可燃混合物着火燃烧。混合物着火燃烧。影响可燃混合物的热力着火的因素影响可燃混合物的热力着火的因素:燃料的物理化学性质燃料的物理化学性质系统中的热力条件系统中的热力条件图图4.4 可燃混合物的热力着火过程可燃混合物的热力着火过程 图图4.5 两种平衡状态的分析两种平衡状态的分析 不稳定的不稳定的平衡状态平衡状态稳定平稳定平衡状态衡状态着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自动加速着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到自燃着火的最低温度。而达到自燃着火的最低温度。着着火火温温度度并并不不是是可可燃燃物物质质化化学学常常数数或或物物理理常常数数，但但对对各各种种物物质质的的着着火火温温度度进进行行实实验验测测定定，并并将将所所测测定定的的着着火火温温度度数数值值作作为为可可燃燃物物质质的的燃燃烧烧和和爆爆炸炸性性能能的的参参考考性性指标。指标。在在相相同同的的测测试试条条件件下下，不不同同燃燃料料的的着着火火、熄熄火火温温度度不不同同，而而对对同同一一种种燃燃料料而而言言，不不同同的测试条件也会得出不同的着火温度。的测试条件也会得出不同的着火温度。对对煤煤，反反应应能能力力愈愈强强(越越高高，焦焦炭炭活活化化能能越越小小)的的煤煤，其其着着火火温温度度越越低低，越越容容易易着着火火，也越容易燃尽；也越容易燃尽；反反之之，反反应应能能力力越越低低的的煤煤，例例如如无无烟烟煤煤，其其着火温度越高，越难于着火和燃尽。着火温度越高，越难于着火和燃尽。要加快着火，可以加强放热或减少散热。要加快着火，可以加强放热或减少散热。若散热条件不变，可增加可燃混合物的浓度和压若散热条件不变，可增加可燃混合物的浓度和压力，初温，使放热加强；力，初温，使放热加强；若放热条件不变，可增加可燃混合物初温和减少若放热条件不变，可增加可燃混合物初温和减少气流速度、燃烧室保温等减少散热措施来实现。气流速度、燃烧室保温等减少散热措施来实现。点火要求点火源处的火焰能够传至整个可燃混合点火要求点火源处的火焰能够传至整个可燃混合物容积，因此着火条件不仅与点火源的性质有关，物容积，因此着火条件不仅与点火源的性质有关，而且还与火焰的传播条件有关。点火源主要有：而且还与火焰的传播条件有关。点火源主要有：灼热固体颗粒、电热线圈、电火花、小火焰等。灼热固体颗粒、电热线圈、电火花、小火焰等。2.煤粉气流的着火煤粉气流的着火 煤粉空气混合物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，煤粉空气混合物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时受通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，当达到到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，当达到一定温度后就开始着火。一定温度后就开始着火。煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。煤粉空气混合物较难着火煤粉空气混合物较难着火。希望煤粉气流能在燃烧器喷口附近稳定着火。希望煤粉气流能在燃烧器喷口附近稳定着火。着着火火过过早早，可可能能使使燃燃烧烧器器喷喷口口因因过过热热而而被被烧烧坏坏，也也易易使喷口附近结渣；使喷口附近结渣；着着火火太太迟迟，就就会会推推迟迟整整个个燃燃烧烧过过程程，致致使使煤煤粉粉来来不不及及烧完就离开炉膛，增大机械不完全燃烧损失，烧完就离开炉膛，增大机械不完全燃烧损失，着着火火推推迟迟还还会会使使火火焰焰中中心心上上移移，造造成成炉炉膛膛出出口口处处的的对对流受热面结渣。流受热面结渣。为将煤粉气流更快地加热到煤粉颗粒的着火温度，一为将煤粉气流更快地加热到煤粉颗粒的着火温度，一般并不是将煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来般并不是将煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉。输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉。这部分空气称为这部分空气称为一次风一次风，其余的空气称为，其余的空气称为二次风二次风和和三三次风次风。煤煤粉粉气气流流着着火火后后就就开开始始燃燃烧烧，形形成成火火炬炬，着着火火以以前前是是吸吸热热阶阶段段，需需要要吸吸收收一一定定的的热热量量来来提提高高煤煤粉粉气气流流的的温温度，着火以后才是放热过程。度，着火以后才是放热过程。将将煤煤粉粉气气流流加加热热到到着着火火温温度度所所需需的的热热量量称称为为着着火火热热。它它包包括括加加热热煤煤粉粉及及空空气气(一一次次风风)，并并使使煤煤粉粉中中水水分分蒸蒸发、过热所需要的热量。发、过热所需要的热量。着火热主要有着火热主要有两个来源两个来源：煤粉气流卷吸回来的高温煤粉气流卷吸回来的高温回流回流烟气烟气(包括内回流及包括内回流及外回流外回流)，这部分热烟气和新喷入的煤粉空气强烈混，这部分热烟气和新喷入的煤粉空气强烈混合，将热量以对流方式迅速传递给新燃料；合，将热量以对流方式迅速传递给新燃料；高温火焰及炉壁对煤粉气流的高温火焰及炉壁对煤粉气流的辐射辐射加热。加热。(a)在在相相同同加加热热时时间间下下，对对流流加加热热所所得得煤煤粉粉温温度度比比辐辐射射加加热热时时高高得得多多。因因此此，高高温温回回流流烟烟气气是是煤煤粉粉气气流流着火的主要热源。着火的主要热源。(b)在相同加热方式下，细在相同加热方式下，细颗粒煤粉的温升速度比粗颗粒煤粉的温升速度比粗颗粒大得多，即细煤粉先颗粒大得多，即细煤粉先达到着火温度，因此，煤达到着火温度，因此，煤粉愈细愈容易着火。粉愈细愈容易着火。图图4.6 不同加热方式时煤粉颗粒的不同加热方式时煤粉颗粒的温升与加热时间的关系曲线。温升与加热时间的关系曲线。1一对流加热曲线；一对流加热曲线；2一辐射加热曲线；一辐射加热曲线；3一考虑向周围介质散热时的曲线一考虑向周围介质散热时的曲线可可见见:着着火火热热随随燃燃料料性性质质(挥挥发发分分，水水分分、灰灰分分、煤煤粉粉细细度度)和和运运行行工工况况(煤煤粉粉气气流流初初温温、一一次次风风率率和和风风速速)的的变变化化而而变变化化，也也与与燃燃烧烧器器结结构构特特性性及及锅锅炉炉负负荷荷等等有有关关。(展展开开讨讨论论)4.3 煤、焦炭和煤粉的燃烧煤、焦炭和煤粉的燃烧1.煤燃烧过程的煤燃烧过程的四个阶段四个阶段（1）预预热热干干燥燥阶阶段段。煤煤受受热热升升温温后后，煤煤中中水水分分蒸蒸发发出来。燃料要吸收热量。出来。燃料要吸收热量。（2）挥发分析出挥发分析出并着火阶段。挥发分一旦析出，会并着火阶段。挥发分一旦析出，会马上着火。马上着火。（3）燃烧燃烧阶段。包括挥发分和焦炭的燃烧。阶段。包括挥发分和焦炭的燃烧。（4）燃尽燃尽阶段。这个阶段主要是残余焦炭的最后燃阶段。这个阶段主要是残余焦炭的最后燃尽，成为灰渣。尽，成为灰渣。实际燃烧过程中，各个阶段是实际燃烧过程中，各个阶段是交错交错进行的。进行的。2.碳的燃烧反应碳的燃烧反应 煤煤的燃烧主要是的燃烧主要是碳碳的燃烧。但的燃烧。但碳的燃烧和气化的反应很碳的燃烧和气化的反应很复杂复杂。存在多种理论。存在多种理论。3.碳的多相燃烧特点碳的多相燃烧特点碳的燃烧反应是多相燃烧反应。碳的燃烧反应是多相燃烧反应。由由于于燃燃料料与与氧氧化化剂剂的的相相态态不不同同，在在碳碳表表面面上上发发生生的的多多相相反应由几个连续的阶段组成：反应由几个连续的阶段组成：(1)参参与与燃燃烧烧反反应应的的气气体体分分子子(氧氧)向向碳碳粒粒表表面面的的转转移移与与扩扩散；散；(2)气体分子气体分子(氧氧)被吸附在碳粒表面上；被吸附在碳粒表面上；(3)被被吸吸附附的的气气体体分分子子(氧氧)在在碳碳表表面面上上发发生生化化学学反反应应生生成成燃烧产物；燃烧产物；(4)燃烧产物从碳表面上解吸附；燃烧产物从碳表面上解吸附；(5)燃烧产物离开碳表面，扩散到周围环境中。燃烧产物离开碳表面，扩散到周围环境中。燃燃烧烧反反应应的的这这五五个个阶阶段段是是连连续续进进行行的的，任任何何一一个个环环节节都都会会影影响响全全局局。反反应应过过程程中中最最慢慢的的那那个个阶阶段段，决定了燃烧反应的速度。决定了燃烧反应的速度。其中，吸附阶段其中，吸附阶段(2)和解吸附阶段和解吸附阶段(4)进行得最快，进行得最快，燃烧产物离开碳表面、扩散出去的阶段燃烧产物离开碳表面、扩散出去的阶段(5)也较也较快，比较慢而最主要的是氧向碳粒表面的转移扩快，比较慢而最主要的是氧向碳粒表面的转移扩散阶段散阶段(1)和氧在碳表面发生化学反应的阶段和氧在碳表面发生化学反应的阶段(3)这两个阶段。这两个阶段。因此，碳的多相燃烧速度既决定于氧向碳粒表面因此，碳的多相燃烧速度既决定于氧向碳粒表面的转移扩散速度，也决定于氧与碳粒的化学反应的转移扩散速度，也决定于氧与碳粒的化学反应速度，而且最终决定于其中速度最慢的一个。速度，而且最终决定于其中速度最慢的一个。4.多相燃烧反应的燃烧区域多相燃烧反应的燃烧区域根根据据燃燃烧烧条条件件的的不不同同，可可以以将将多多相相燃燃烧烧分分成成三三种种燃燃烧烧区域（工况），即：区域（工况），即：动力燃烧区域、扩散燃烧区域和过渡燃烧区域。动力燃烧区域、扩散燃烧区域和过渡燃烧区域。当燃烧反应的温度不高时，化学反应速度不快，此时当燃烧反应的温度不高时，化学反应速度不快，此时氧的供应速度远大于化学反应中氧的消耗速度，亦即氧的供应速度远大于化学反应中氧的消耗速度，亦即扩散能力远大于化学反应能力。这时燃烧工况所处区扩散能力远大于化学反应能力。这时燃烧工况所处区域称为动力燃烧区域。域称为动力燃烧区域。动力燃烧区域发生在低温区，在此区域内，提升温度动力燃烧区域发生在低温区，在此区域内，提升温度是强化燃烧反应的有效措施。是强化燃烧反应的有效措施。如果燃烧反应的温度已经很高，化学反应能力远大如果燃烧反应的温度已经很高，化学反应能力远大于扩散能力，这时的燃烧区域称为扩散燃烧区域。于扩散能力，这时的燃烧区域称为扩散燃烧区域。在扩散燃烧区域，要强化燃烧，就必须加大风速，在扩散燃烧区域，要强化燃烧，就必须加大风速，加强碳粒与氧的扰动混合。加强碳粒与氧的扰动混合。在动力燃烧与扩散燃烧区域之间还有一个过渡燃烧在动力燃烧与扩散燃烧区域之间还有一个过渡燃烧区域，在过渡燃烧区域内，氧的扩散速度和碳粒的区域，在过渡燃烧区域内，氧的扩散速度和碳粒的化学反应速度较为接近化学反应速度较为接近 燃烧过程在过渡燃烧区域的燃烧反应速度，将同时燃烧过程在过渡燃烧区域的燃烧反应速度，将同时取决于化学反应速度和扩散速度，两者的作用都不取决于化学反应速度和扩散速度，两者的作用都不能忽略。要强化这个区域的燃烧，提高温度和强化能忽略。要强化这个区域的燃烧，提高温度和强化碳粒与氧的扰动混合，同样都是重要的措施。碳粒与氧的扰动混合，同样都是重要的措施。5.煤与煤粉的燃烧特点煤与煤粉的燃烧特点（1）煤的燃烧特点）煤的燃烧特点 煤煤中中含含有有水水分分，在在煤煤的的燃燃烧烧过过程程中中，在在固固体体表表面面的的催催化化作作用用下下，水水蒸蒸气气很很易易和和C的的燃燃烧烧产产物物CO作作用用，生生成成CO2和和H2，H2再再与与CO或或CO2反反应应，其反应式为其反应式为催催化化作作用用不不但但使使燃燃烧烧反反应应更更加加复复杂杂，而而且且必必须须会会使使煤煤的的燃燃烧烧反反应速度变化。应速度变化。煤煤在在燃燃烧烧过过程程中中可可能能分分解解挥挥发发出出游游离离的的氢氢，氢氢的的燃燃烧烧是是分分支支链锁反应，会使燃烧速度进一步加快。链锁反应，会使燃烧速度进一步加快。煤在燃烧过程中，会因受热分解而析出挥发分，研究表明，煤在燃烧过程中，会因受热分解而析出挥发分，研究表明，挥发分的析出和燃烧，几乎是和焦炭的燃烧是并行的。也就是挥发分的析出和燃烧，几乎是和焦炭的燃烧是并行的。也就是说，挥发分的析出和燃烧，几乎延续到煤粒燃烧的最后阶段。说，挥发分的析出和燃烧，几乎延续到煤粒燃烧的最后阶段。挥发分的存在和析出，对煤粒的燃烧速度有较大的影响。挥发分的存在和析出，对煤粒的燃烧速度有较大的影响。煤粒中有矿物杂质，在燃烧过程会生成煤粒中有矿物杂质，在燃烧过程会生成灰，灰会附在碳粒表面，形成灰层包裹灰，灰会附在碳粒表面，形成灰层包裹着碳粒。着碳粒。灰层会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或者灰层会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或者使碳粒的外部反应表面减少，因而使燃使碳粒的外部反应表面减少，因而使燃烧速度受到影响，碳的燃尽就较困难。烧速度受到影响，碳的燃尽就较困难。（2）煤粉的燃烧特点）煤粉的燃烧特点除除具具有有煤煤粒粒和和碳碳粒粒的的燃燃烧烧特特点点外外，还还有有其其他他一一些些特特点。点。现代煤粉炉的颗粒很小，一般为现代煤粉炉的颗粒很小，一般为30100m，炉膛炉膛温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到(0.51)104s，仅以仅以0.10.2s的时间就迅速达的时间就迅速达到炉内的温度水平到炉内的温度水平1500。现代的煤粉炉内，细小的煤粉快速加热时，挥发分现代的煤粉炉内，细小的煤粉快速加热时，挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，甚至可析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，甚至可能是极小的煤粒首先着火燃烧，然后才是挥发分的能是极小的煤粒首先着火燃烧，然后才是挥发分的热分解析出和着火燃烧。热分解析出和着火燃烧。4.4 油质燃料及气体燃料的燃烧油质燃料及气体燃料的燃烧 1.1.油的燃烧油的燃烧油的燃烧方式可分为两类：预蒸发型；喷雾型。油的燃烧方式可分为两类：预蒸发型；喷雾型。预预蒸蒸发发型型：使使燃燃料料在在进进入入燃燃烧烧室室间间之之前前先先蒸蒸发发为为油油蒸蒸气气，然然后后以以不不同同比比例例与与空空气气混混合合后后进进入入燃燃烧烧室室中中燃燃烧烧。例例如如，汽汽油油机机装装有有汽汽化化器器，燃燃气气轮轮机机的的燃燃烧烧室室装装有有蒸蒸发发管管等等。这这种种燃燃烧烧方方式式与与均相气体燃料的燃烧原理相同。均相气体燃料的燃烧原理相同。喷喷雾雾型型：将将液液体体燃燃料料通通过过喷喷雾雾器器雾雾化化成成一一股股由由微微小小油油滴滴(约约5050200200m)m)组组成成的的雾雾化化锥锥气气流流。在在雾雾化化的的油油滴滴周周围围存存在在空空气气，当当雾雾化化锥锥气气流流在在燃燃烧烧室室被被加加热热，油油滴滴边边蒸蒸发发、边边混混合合、边边燃燃烧烧。由由于于油油的的沸沸点点比比着着火火温温度度低低，故故不不会会直直接接在在液液滴滴表表面面形形成成燃燃烧烧的的火火焰焰，而而是是蒸蒸发发的的油油蒸蒸气气离离开开油油滴滴表表面面扩扩散散并并与与空空气气混混合合燃燃烧烧，因此，火焰面离开油滴表面有一定的距离。因此，火焰面离开油滴表面有一定的距离。锅炉中的燃烧一般都采用喷雾型燃烧方式。锅炉中的燃烧一般都采用喷雾型燃烧方式。为为了了使使油油蒸蒸气气尽尽快快着着火火和和燃燃烧烧，必必须须使使油油蒸蒸气气与与空空气气迅迅速速混混合合。为为了了使使喷喷嘴嘴出出口口的的雾雾化化气气流流易易于于着着火火，还还常常应应用用旋旋转转气气流流以以便便在在中中心心形形成成回回流流区区，使使高高温温热热烟烟气气回回流流至至火火焰焰根根部部加加热热雾雾化气流，使之着火、燃烧。化气流，使之着火、燃烧。2.气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧（1）燃烧方法燃烧方法灰分极少，燃烧属气相反应，其着火和燃烧容灰分极少，燃烧属气相反应，其着火和燃烧容易得多。易得多。燃气的燃烧速度和燃烧的完全程度主要取决于燃气的燃烧速度和燃烧的完全程度主要取决于燃气与空气的混合。燃气与空气的混合。按照燃气和空气是否在着火前进行预混合，可按照燃气和空气是否在着火前进行预混合，可将燃气的燃烧方法分为将燃气的燃烧方法分为扩散式燃烧、大气式燃烧和无焰式燃烧。扩散式燃烧、大气式燃烧和无焰式燃烧。（a）扩散式燃烧扩散式燃烧 指燃气和空气事先不混合而进行的燃烧。指燃气和空气事先不混合而进行的燃烧。燃烧所需的氧气依靠扩散用从周围大气获得。燃烧所需的氧气依靠扩散用从周围大气获得。层流状态下，扩散燃烧依靠分子扩散作用使周围氧气层流状态下，扩散燃烧依靠分子扩散作用使周围氧气进入燃烧区；紊流状态下，则依靠紊流扩散作用来获进入燃烧区；紊流状态下，则依靠紊流扩散作用来获得燃烧所需的氧气。得燃烧所需的氧气。由于分子扩散进行得比较缓慢，因此层流扩散燃烧的由于分子扩散进行得比较缓慢，因此层流扩散燃烧的速度取决于氧气的扩散速度。这时燃烧化学反应进行速度取决于氧气的扩散速度。这时燃烧化学反应进行得很快，因而火焰面厚度很小。紊流扩散可使燃烧过得很快，因而火焰面厚度很小。紊流扩散可使燃烧过程得到强化，火焰长度相应缩短。程得到强化，火焰长度相应缩短。（b）大气式燃烧大气式燃烧 燃气与燃烧所需的部分空气预混合后所进行的燃气与燃烧所需的部分空气预混合后所进行的燃烧。燃烧。其一次空气率一般为其一次空气率一般为0.50.6。这种预混的燃烧方法由。这种预混的燃烧方法由本生在本生在1855年发明，称为本生燃烧器年发明，称为本生燃烧器(或本生灯或本生灯)。它能从周围大气中吸入一些空气与燃气预混，在燃烧它能从周围大气中吸入一些空气与燃气预混，在燃烧时出现一种不发光的蓝色火焰。这种燃烧器的出现使时出现一种不发光的蓝色火焰。这种燃烧器的出现使燃烧，技术起了一个很大的变化。扩散火焰易产煤烟，燃烧，技术起了一个很大的变化。扩散火焰易产煤烟，燃烧温度也相当低。但当预先混入一部分燃烧所需空燃烧温度也相当低。但当预先混入一部分燃烧所需空气后，火焰就变得清洁，燃烧得以强化，火焰温度也气后，火焰就变得清洁，燃烧得以强化，火焰温度也有所提高。因此本生式燃烧得到了广泛应用。有所提高。因此本生式燃烧得到了广泛应用。（c）无焰式燃烧）无焰式燃烧 指在燃烧前燃气与空气实现全部预混。指在燃烧前燃气与空气实现全部预混。混合所需的时间为零，燃烧在动力区进行。混合所需的时间为零，燃烧在动力区进行。无无焰焰燃燃烧烧需需要要有有燃燃烧烧火火道道作作为为燃燃烧烧的的场场所所，用以稳定和强化燃烧过程。用以稳定和强化燃烧过程。无无焰焰燃燃烧烧时时，燃燃烧烧速速度度高高，燃燃烧烧强强度度大大，其其容容积积热热负负荷荷可可为为扩扩散散式式燃燃烧烧的的数数百百倍倍，而而且且燃烧完全，没有火焰产生。燃烧完全，没有火焰产生。（2）稳定燃烧的范围）稳定燃烧的范围气体燃料燃烧时，着火处形成了火焰面。气体燃料燃烧时，着火处形成了火焰面。火焰面之后是高温的燃烧产物，之前是未燃的可燃混火焰面之后是高温的燃烧产物，之前是未燃的可燃混合物。合物。火焰面前后有很大的温度梯度，热量向前传播，使邻火焰面前后有很大的温度梯度，热量向前传播，使邻近的未燃气层温度升高，达到着火温度以后就形成新近的未燃气层温度升高，达到着火温度以后就形成新的燃烧面。的燃烧面。火焰面不断向未燃气体方向传播的过程称火焰面不断向未燃气体方向传播的过程称火焰传播火焰传播。垂直于火焰面的传播速度称为法向垂直于火焰面的传播速度称为法向火焰传播速度火焰传播速度。气体混合物的流速在火焰面法线方向的分量高于火焰传播速度气体混合物的流速在火焰面法线方向的分量高于火焰传播速度时，火焰不断地远离燃烧器火孔，到一定距离之后就完全熄灭，时，火焰不断地远离燃烧器火孔，到一定距离之后就完全熄灭，这种现象称为这种现象称为脱火脱火。脱火后不仅锅炉不能正常工作，而且炉膛内会积聚有毒和爆炸脱火后不仅锅炉不能正常工作，而且炉膛内会积聚有毒和爆炸性气体，从而可能引起爆炸或其他事故，这是燃烧过程所不允性气体，从而可能引起爆炸或其他事故，这是燃烧过程所不允许的。许的。脱火极限脱火极限(引起脱火的最低气速引起脱火的最低气速)是燃烧器的一个重要指标。是燃烧器的一个重要指标。气体混合物的流速在火焰面法线方向的分量低于火焰传播速度气体混合物的流速在火焰面法线方向的分量低于火焰传播速度时，火焰会沿着燃烧器混合管道逆向往回燃烧，火焰缩到燃烧时，火焰会沿着燃烧器混合管道逆向往回燃烧，火焰缩到燃烧器内部，这种现象称为器内部，这种现象称为回火回火。回火可能烧坏燃烧器和发生其他事故。引起回火的最高气流速回火可能烧坏燃烧器和发生其他事故。引起回火的最高气流速度称谓回火极限。度称谓回火极限。脱火极限和回火极限之间为脱火极限和回火极限之间为稳定燃烧范围稳定燃烧范围，凡处于脱火极限和，凡处于脱火极限和回火极限之间的气流速度值都能保证稳定燃烧。回火极限之间的气流速度值都能保证稳定燃烧。脱脱火火极极限限、回回火火极极限限的的数数值值与与燃燃气气性性质质、一一次次空空气气率率，燃烧器出口孔径、炉内压力和温度等因素有关。燃烧器出口孔径、炉内压力和温度等因素有关。一一次次空空气气量量减减小小时时，稳稳定定燃燃烧烧的的范范围围扩扩大大。但但一一次次空空气率过小时，发生黄色火焰的可能性增大。气率过小时，发生黄色火焰的可能性增大。当当一一次次空空气气率率增增大大到到某某一一定定值值时时，回回火火的的可可能能性性最最大大。减小火孔尺寸，有助于扩大稳定燃烧的范围。减小火孔尺寸，有助于扩大稳定燃烧的范围。从燃烧的稳定性来看，扩散燃烧具有最好的性能。随从燃烧的稳定性来看，扩散燃烧具有最好的性能。随着预混程度的增加，稳定燃烧的范围缩小。着预混程度的增加，稳定燃烧的范围缩小。为了提高燃烧的稳定性，在大容量锅炉中燃用高热值为了提高燃烧的稳定性，在大容量锅炉中燃用高热值的天然气时，大多采用预混程度较低的扩散燃烧方式的天然气时，大多采用预混程度较低的扩散燃烧方式,此时，燃烧工况可以人为地进行调节。此时，燃烧工况可以人为地进行调节。4.5 燃烧完全的条件燃烧完全的条件良好燃烧的标志就是接近完全燃烧的程度良好燃烧的标志就是接近完全燃烧的程度 ，也就是在炉内不结渣的前提下，燃烧速度快而也就是在炉内不结渣的前提下，燃烧速度快而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。燃烧效率可用下式表示：燃烧效率可用下式表示：为了完全燃烧，需要：为了完全燃烧，需要：（1）供应充足而又适量的空气）供应充足而又适量的空气 这是燃料完全燃烧的必要条件。空气量常用过量空这是燃料完全燃烧的必要条件。空气量常用过量空气系数来表示。气系数来表示。（2）适当高的炉内温度）适当高的炉内温度炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧易于趋向完全。炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧易于趋向完全。但过分地提高炉温也是不可取的。但过分地提高炉温也是不可取的。（3）空气和煤粉的良好扰动和混合）空气和煤粉的良好扰动和混合（4）在炉内要有足够的停留时间）在炉内要有足够的停留时间4.6 燃烧质量的评价燃烧质量的评价评价燃烧质量的要素是燃烧评价燃烧质量的要素是燃烧稳定性稳定性、防结渣性防结渣性和和经济性经济性。稳定性和防结渣性合称为稳定性和防结渣性合称为燃烧可靠性燃烧可靠性，锅炉燃烧，锅炉燃烧首先要保证可靠性。首先要保证可靠性。锅炉运行时炉膛不应发生压力波动、熄火、爆锅炉运行时炉膛不应发生压力波动、熄火、爆燃等现象，并要保证满负荷、低负荷及快速变燃等现象，并要保证满负荷、低负荷及快速变负荷时的燃烧稳定性。负荷时的燃烧稳定性。煤粉锅炉无油助燃的低负荷极限在一定程度上煤粉锅炉无油助燃的低负荷极限在一定程度上可作为判断燃烧稳定性的指标。可作为判断燃烧稳定性的指标。目前燃用优质烟煤的老型煤粉锅炉其无油助燃目前燃用优质烟煤的老型煤粉锅炉其无油助燃负荷可达额定负荷的负荷可达额定负荷的50506060；而新型大容；而新型大容量锅炉可达额定负荷的量锅炉可达额定负荷的25253030。锅炉运行时要防止在炉膛及屏式过热器区受热锅炉运行时要防止在炉膛及屏式过热器区受热面上产生严重的结渣、沾污等现象。面上产生严重的结渣、沾污等现象。燃料特性以及燃烧设备结构性能和运行方式等燃料特性以及燃烧设备结构性能和运行方式等对防止结渣都有影响。对防止结渣都有影响。安全可靠的吹灰手段和除渣能力是减轻结渣危安全可靠的吹灰手段和除渣能力是减轻结渣危害的有力措施。害的有力措施。经济性用锅炉运行时的燃烧效率以及锅炉效率经济性用锅炉运行时的燃烧效率以及锅炉效率来表征。来表征。在考虑上述经济性的同时要考虑发电成本和厂在考虑上述经济性的同时要考虑发电成本和厂用电率，以便综合经济分析。用电率，以便综合经济分析。对整个电厂的经济性来说，则用发电煤耗率和对整个电厂的经济性来说，则用发电煤耗率和供电煤耗率来衡量。供电煤耗率来衡量。4.7 燃烧的方式燃烧的方式两种含义：两种含义：（1）燃烧火焰的组织方式；）燃烧火焰的组织方式；（2）燃料与氧气（空气）的相对运动方式。）燃料与氧气（空气）的相对运动方式。1.火焰的类型火焰的类型按反应物所处形态，有均相与非均相燃烧。按反应物所处形态，有均相与非均相燃烧。气体燃烧是均相，液体与固体属非均相。气体燃烧是均相，液体与固体属非均相。均相燃烧的两个基本过程：燃料与氧化剂分子进行质均相燃烧的两个基本过程：燃料与氧化剂分子进行质量交换的扩散及混合物发生反应。前者是物理过程，量交换的扩散及混合物发生反应。前者是物理过程，后者是化学过程。后者是化学过程。如果物理过程长，燃烧时间主要取决于扩散时间，这如果物理过程长，燃烧时间主要取决于扩散时间，这种燃烧就称为种燃烧就称为“扩散燃烧扩散燃烧”，反之，如果燃烧时间主，反之，如果燃烧时间主要取决于化学反应速率要取决于化学反应速率(化学动力学因素化学动力学因素)，则燃烧就称，则燃烧就称为为“动力燃烧动力燃烧”。工业燃烧着的气流即为火焰。工业燃烧着的气流即为火焰。根据气流状态，有层流火焰与紊流火焰。根据气流状态，有层流火焰与紊流火焰。作为第二级特征的流动状态不会改变燃烧类型，作为第二级特征的流动状态不会改变燃烧类型，因此扩散燃烧和预混燃烧都可分别出现两种火焰，因此扩散燃烧和预混燃烧都可分别出现两种火焰，于是共有四种火焰形式：预混层流火焰，预混紊于是共有四种火焰形式：预混层流火焰，预混紊流火焰，层流扩散火焰和紊流扩散火焰。流火焰，层流扩散火焰和紊流扩散火焰。非均相燃烧可视作在均相燃烧基础上有更多物理、非均相燃烧可视作在均相燃烧基础上有更多物理、化学变化的燃烧现象，情况更复杂。但在类型特化学变化的燃烧现象，情况更复杂。但在类型特征上它们属扩散燃烧，并且主要为紊流扩散燃烧。征上它们属扩散燃烧，并且主要为紊流扩散燃烧。(a)固定床；固定床；(b)流动床；流动床；(c)鼓泡床；鼓泡床；(d)湍流床；湍流床；(e)快速床；快速床；(f)喷流床喷流床2床层的几种状态床层的几种状态固定床：床料高度未发生明显的变化。固定床：床料高度未发生明显的变化。流动床：料层高度发生变化，未产生大量的气泡，扰动并不强烈。流动床：料层高度发生变化，未产生大量的气泡，扰动并不强烈。鼓泡床：床内大量气泡，不断上移，小气泡聚集成较大气泡穿过料层并破裂，两相混合强鼓泡床：床内大量气泡，不断上移，小气泡聚集成较大气泡穿过料层并破裂，两相混合强烈，与水被加热沸腾时的情况相似。但料层还可看到比较清晰的界面。烈，与水被加热沸腾时的情况相似。但料层还可看到比较清晰的界面。湍流床：床料内气泡消去，看不清料层界面，但床内仍存在一个密相区和稀相区。湍流床：床料内气泡消去，看不清料层界面，但床内仍存在一个密相区和稀相区。快速床：床料上下浓度更趋于一致，但细小的床料颗粒将聚成一个个小颗粒团上移，在上快速床：床料上下浓度更趋于一致，但细小的床料颗粒将聚成一个个小颗粒团上移，在上移过程中有时小颗粒团聚集成较大粒团，较大粒团一般沿流动方向呈条状。移过程中有时小颗粒团聚集成较大粒团，较大粒团一般沿流动方向呈条状。喷流床：空气速度再增加时，床料将均匀地、快速地全部喷出床外，也称做气力输送。喷流床：空气速度再增加时，床料将均匀地、快速地全部喷出床外，也称做气力输送。流动床、鼓泡床、湍流床、快速床都可称为流化床。流动床、鼓泡床、湍流床、快速床都可称为流化床。