1、第5章 燃燒方式及燃燒設(shè)備1. 何謂燃燒？燃燒的基本條件有哪些？所謂燃燒是燃料中的可燃物質(zhì)與氧氣發(fā)生劇烈的、伴隨發(fā)光發(fā)熱的一種化學反應(yīng)。為了使燃燒過程能持續(xù)進行，除了必須有燃料和燃燒所需要的足夠數(shù)量的氧氣外，還必須有：(1)足夠高的溫度；（2）足夠的傳質(zhì)動力，以使需要的氧氣能及時到達燃燒區(qū)域；（3）足夠的時間，以使反應(yīng)能夠完成。2. 何謂化學反應(yīng)速度？影響化學反應(yīng)速度的主要因素有哪些？是如何影響的？所謂的化學反應(yīng)速度是指單位時間內(nèi)反應(yīng)物質(zhì)(或生成物質(zhì))濃度的變化。研究表明，濃度、溫度和壓力以及是否有催化劑等影響化學反應(yīng)速度。反應(yīng)物濃度對化學反應(yīng)速度的影響可用質(zhì)量作用定律來說明，即溫度不變時，化

2、學反應(yīng)速度與該瞬間各反應(yīng)物濃度冪的乘積成正比。實驗證實，溫度對化學反應(yīng)速度的影響很大。常溫下，溫度每提高10，反應(yīng)速度約提高24倍。同時，溫度對反應(yīng)速度的影響也很復(fù)雜，既存在某些反應(yīng)的速度隨溫度的增加而增加，同時又存在少數(shù)反應(yīng)的速度隨溫度的增加而減小。燃燒過程中化學反應(yīng)的速度幾乎都隨溫度的升高而迅速增大。在反應(yīng)容積不變的情況下，反應(yīng)系統(tǒng)壓力的增高，就意味著反應(yīng)物濃度增加了，從而使化學反應(yīng)速度增加。催化劑可以影響化學反應(yīng)速度，但化學反應(yīng)中催化劑本身并未改變。催化劑雖然也可以參加化學反應(yīng)，但在另一個反應(yīng)中又被還原，所以到反應(yīng)終了時，它本身的化學性質(zhì)并未發(fā)生變化。所有的催化作用都有一個共同的特點，即

3、催化劑在一定條件下，僅能改變化學反應(yīng)的速度，而不能改變反應(yīng)在該條件下可能進行的限度，即不能改變平衡狀態(tài)，而只能改變達到平衡的時間。從活化能的觀點看，催化劑可以改變反應(yīng)物的活化能。3. 試述著火的機理并分析著火溫度的影響因素。著火的反應(yīng)機理有二：其一是熱力著火。可燃混合物由于自身的氧化反應(yīng)放熱或者由于外部熱源的加熱，使得溫度不斷升高，導(dǎo)致氧化反應(yīng)加快，從而聚積更多的熱量，最終導(dǎo)致著火。其二是鏈式著火?？扇嘉锓磻?yīng)過程中存在鏈載體，當鏈產(chǎn)生的速度超過其銷毀的速度，或者反應(yīng)本身為支鏈反應(yīng)，由于鏈載體的大量產(chǎn)生，使反應(yīng)速度迅速增大，同時又產(chǎn)生更多的鏈載體，最終使反應(yīng)物著火.著火溫度的影響因素有燃料的物理

4、化學性質(zhì)和系統(tǒng)的熱力條件。4. 分析煤粉氣流著火的特點。如何強化煤粉氣流的著火與燃燒? 煤粉空氣混合物經(jīng)燃燒器以射流方式被噴入爐膛后，通過湍流擴散和回流，卷吸周圍的高溫煙氣，同時受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，被迅速加熱，當達到一定溫度后就開始著火。試驗發(fā)現(xiàn)，煤粉氣流的著火溫度要比煤的著火溫度高一些。 為了將煤粉氣流更快地加熱到煤粉顆粒的著火溫度，一般并不是將煤粉燃燒所需的全部空氣都與煤粉混合來輸送煤粉，而只是用其中一部分來輸送煤粉。這部分空氣稱為一次風，其余的空氣稱為二次風和三次風。5. 闡述爐拱、二次風對鏈條爐的燃燒和燃盡過程中作用。 爐拱在鏈條爐中主要起加快新燃料的引燃和促進爐膛內(nèi)氣體混合

5、的作用。爐拱通過強化傳熱和控制爐內(nèi)氣體流動這兩種方式來起作用。爐拱控制氣體流動的直接效應(yīng)是強化混合，間接的效應(yīng)是強化著火區(qū)的傳熱。二次風的主要作用是擾亂爐內(nèi)氣流，使之自相混合，從而使氣體不完全燃燒損失和爐膛內(nèi)的過量空氣系數(shù)都得以降低。與爐拱相比，二次風的優(yōu)點是布置靈活，調(diào)節(jié)方便，而且爐膛結(jié)構(gòu)也不會因之復(fù)雜化。但二次風要消耗一定能量。一般情況下，二次風配合爐拱使用，以取得最佳效果。6. 說明直流燃燒器和旋流燃燒器的工作原理及其優(yōu)缺點。（1）旋流燃燒器是指總的出口氣流為一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的射流的一類燃燒器。旋轉(zhuǎn)射流通過各種型式的旋流器來產(chǎn)生。氣流在出燃燒器之前，在圓管中作螺旋運動，當它一旦離開燃

6、燒器后，如果沒有外力的作用，它應(yīng)當沿螺旋線的切線方向運動，形成輻射狀的環(huán)狀氣流。旋轉(zhuǎn)射流具有如下特點： (a) 旋轉(zhuǎn)射流不但具有軸向速度，而且有較大的切向速度，從旋流燃燒器出來的氣體質(zhì)點既有旋轉(zhuǎn)向前的趨勢，又有從切向飛出的趨勢，因此，氣流的初期擾動非常強烈。(b) 射流不斷卷吸周圍氣體，其切向速度的旋轉(zhuǎn)半徑不斷增大，切向速度衰減得很快，所以射流的后期擾動不夠強烈。最大軸向速度也由于卷吸周圍氣體而衰減得很快，因而使旋轉(zhuǎn)射流的射程比較短。(c) 旋轉(zhuǎn)射流離開出口一段距離后的軸向速度為負值，說明射流有一個回流區(qū)。這在燃燒器中能回流高溫煙氣，幫助煤粉氣流著火。因此，旋流燃燒器從兩方面卷吸周圍高溫煙氣。

7、一方面從回流區(qū)回流高溫煙氣；另一方面旋轉(zhuǎn)射流也從射流的外邊界卷吸周圍高溫煙氣。(d) 旋轉(zhuǎn)射流的擴展角較大。（2）直流燃燒器是由一組矩形或圓形的噴口組成，噴出的一、二次風都是不旋轉(zhuǎn)的直流射流。直流射流的基本特性：從噴口噴出來的直流射流，具有較高的初速，一般其雷諾數(shù)Re106，因此燃燒器噴射出來的射流都是湍流射流。射流自噴口噴出后，僅在邊界層處有周圍氣體被卷吸進來。7. 什么是煤粉爐的一、二、三次風？它們的作用是什么？ 攜帶煤粉送入燃燒器的空氣稱為一次風，其主要作用是輸送煤粉和滿足燃燒初期對氧氣的需要，一次風數(shù)量一般較少。 煤粉氣流著火后再送入的空氣稱為二次風。二次風補充煤粉繼續(xù)燃燒所需要的空氣

8、，并主要起擾動、混合作用。當煤粉制備系統(tǒng)采用中間儲倉式熱風送粉時，在磨煤機內(nèi)干燥原煤后排出的乏氣，其中含有1015的細小煤粉，可將這股乏氣由單獨的噴口送入爐膛燃燒，這股乏氣稱為三次風。8. 什么是著火熱？哪些因素會影響它的高低？將燃料加熱到著火溫度所需的熱量稱為著火熱。著火熱隨燃料性質(zhì)(著火溫度，燃料水分、灰分、煤粉細度)和運行工況(煤粉氣流初溫、一次風率和風速)的變化而變化，此外，也與燃燒器結(jié)構(gòu)特性及鍋爐負荷等有關(guān)。9. 一次風率與一次風溫對燃燒過程有何影響？一次風率直接影響到煤粉氣流著火的快慢，特別是對燃用低揮發(fā)分的煤時，為加快著火，應(yīng)限制一次風量，使煤粉空氣混合物能較快地加熱到煤粉氣流的

9、著火溫度。同樣理由，也應(yīng)采用較低的一次風速，使煤粉著火的穩(wěn)定性較好。一次風溫越高，可以帶入越多的熱量，有利于煤粉的著火和燃燒。10. 一、二次風速根據(jù)什么原則確定？一次風速主要取決于煤粉的著火性能，對直吹式制粉系統(tǒng)或用乏氣送粉的中間儲倉式制粉系統(tǒng)取下限，熱風送粉可取上限。二次風速主要考慮氣流的射程，以保證煤粉空氣在燃燒后期混合良好并使之完全燃燒。一、二次風速比一般是1.12.3。11. 煤粉爐內(nèi)的火焰是怎樣保持穩(wěn)定的? 為了提高不投油工況下煤粉氣流的著火、燃燒穩(wěn)定性，已研究開發(fā)出多種行之有效的技術(shù)。這些技術(shù)的共同點都是設(shè)法建立穩(wěn)定的著火熱源、增強對煤粉氣流的傳熱能力和降低一次風煤粉氣流的著火熱

10、。例如，敷設(shè)燃燒帶來提高燃燒器區(qū)域的溫度；采用熱風送粉系統(tǒng)和較高的熱風溫度；采用較低的一次風率和一次風速；減小煤粉顆粒細度；控制鍋爐最低運行負荷以及采用性能良好的燃燒器；提高風粉混合物中煤粉濃度等。燃燒反應(yīng)速度與一次風粉氣流中煤粉濃度和氧濃度有關(guān)。在一定的煤粉細度和空氣溫度條件下，一定的煤粉濃度范圍內(nèi)，隨著煤粉濃度增大，反應(yīng)速度加快，煤粉氣流的著火和燃燒穩(wěn)定性也變好。 12. 說明各種穩(wěn)燃技術(shù)的基本原理及適用范圍。 13. 什么是火焰中心?其位置對鍋爐工作有何影響?運行中火焰中心位置可以調(diào)節(jié)嗎? 在鍋爐爐膛中，燃料燃燒放熱的同時，還進行著熱量的傳遞。由于不同部位處于不同的燃燒階段，放熱強度不一

11、樣，致使爐膛各部位的溫度也不相同。在爐膛中的最高溫度點，稱為火焰中心，也稱燃燒中心?；鹧嬷行脑跔t膛中的正確位置，一般應(yīng)在燃燒器平均高度所在平面的幾何中心處。 火焰中心位置會因人為原因及其它因素而發(fā)生變化，火焰中心位置的變動，對鍋爐傳熱及鍋爐安全工作均有影響?；鹧嬷行奈恢锰蜁r，可能引起冷灰斗處結(jié)渣；火焰中心位置太高，使爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致爐膛出口對流受熱面結(jié)渣及過熱器壁溫升高；火焰中心在爐膛內(nèi)偏向某一側(cè)時，會引起該側(cè)爐墻的結(jié)渣。鍋爐在運行中,火焰中心位置是可以調(diào)節(jié)的。某些直流燃燒器本身就做成擺動式的,出口角度改變則射流方向也就隨之變化,出口傾角上仰或下傾,就可使火焰中心沿爐膛高度方向上升或下

12、降。14. 試述流化床燃燒鍋爐的工作原理和主要特點。如圖（b）所示，當空氣流速較大，床料開始膨脹，料層高度發(fā)生變化。氣體對固體顆粒產(chǎn)生的作用力與固體顆粒所受的其他外力相平衡，固體顆粒呈現(xiàn)出類似流體的性質(zhì)。這種當流體以一定的速度向上流過固體顆粒層時，固體顆粒層呈現(xiàn)出類似于流體狀態(tài)的現(xiàn)象稱為流態(tài)化現(xiàn)象。如果這時床料內(nèi)未產(chǎn)生大量的氣泡，擾動并不強烈，把這種流化狀態(tài)稱為流動床。流動床在工業(yè)上有一定的意義，因為它具有流體的某些特性。具有高傳熱率、高熱強度、燃料適應(yīng)性極強、能有效地脫硫除硝等系列優(yōu)點。15. 循環(huán)流化床燃燒鍋爐為什么會成為目前竟相發(fā)展的鍋爐型式？它還有哪些問題沒有得到很好的解決？循環(huán)流化床的特點可歸納如下：(1) 不再有鼓泡流化床那樣清晰的界面，固體顆粒充滿整個上升段空間； (2) 有強烈的物料返混，顆粒團不斷形成和解體，并且向各個方向運動；(3) 顆粒均氣體之間的相對速度大，且與床層空隙率和顆粒循環(huán)流量有關(guān)；(4) 運行流化速度為鼓泡流化床的23倍；(5) 床層壓降隨流化速度和顆粒的質(zhì)量流量而變化；(6) 顆粒橫向混合良好；(7) 強烈的