第十章 冶金燃料裝置.doc

第十章 冶金燃燒裝置【本章重點(diǎn)】（1）燃料的組成與分類（2）燃料的燃燒過程，富氧燃燒技術(shù)及節(jié)能（3）常用燃料的燃燒計(jì)算（t、n、L、V、）【本章難點(diǎn)】（1）燃料的化學(xué)組成與換算燃料的種類有很多，但其狀態(tài)只有三種：氣體、液體和固體，其組成是由C、H、O、N、S、元素或化合物以及W（水分）和A（灰份），成分的表示方式也有很多種；在講述燃料的成分時(shí)可以分別從其狀態(tài)的來討論，并重點(diǎn)掌握其換算關(guān)系：氣體燃料 固、液體燃料 （2）理論燃燒溫度 燃料是通過燃燒反應(yīng)而釋放熱量，燃燒溫度是指燃料燃燒時(shí)其氣態(tài)產(chǎn)物（煙氣）所能達(dá)到的溫度。燃燒產(chǎn)物所含熱量越多，它的溫度就越高。由于燃燒條件不同，燃燒溫度有理論燃燒溫度tth和實(shí)際燃燒溫度tc.p。在分析理論燃燒溫度時(shí)強(qiáng)調(diào)絕熱條件下燃料完全燃燒時(shí)所達(dá)到的溫度，其值可根據(jù)燃料燃燒過程的熱平衡關(guān)系求得。即：10.1.燃燒基礎(chǔ)知識(shí)目前世界的能源使用情況看，燃料能仍然占90%左右，所以現(xiàn)代工業(yè)中的主要能源還是燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量，在冶金工業(yè)中所使用的天然燃料主要是煤、石油和天然氣等。為了合理選用燃料，必須了解所用燃料的特性以及燃燒過程的各種參數(shù)（如發(fā)熱量、空氣需要量、燃燒產(chǎn)物量和組成、燃燒溫度等）的計(jì)算。一、燃料的定義及種類1、燃料的定義 凡是在燃燒時(shí)能夠放出大量的熱，并且此熱量能夠經(jīng)濟(jì)地被利用在工業(yè)和其他方面的物質(zhì)統(tǒng)稱為燃料。但通常所說的燃料是指那些能在空氣中進(jìn)行燃燒，以碳為主要成分的物質(zhì)，一般稱之為“碳質(zhì)燃料”，如煤、燃?xì)夂椭赜偷取?、燃料的種類 按來源天然和人造，按物態(tài)氣、液和固態(tài)。二、組織燃燒過程和爐子工作關(guān)系 燃料的燃燒是各種爐子的主要熱源。因此，使用燃料的爐子中，燃燒裝置是爐子的重要組成部分，而燃料的燃燒過程是爐子熱工過程的重要內(nèi)容。在爐子設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中考慮如何合理地選用燃料，如何選擇和計(jì)算燃燒裝置，以及如何保證冶煉所需的高溫等是非常重要的。如：在煉鐵的高爐及煉鉛的鼓風(fēng)爐中，熱能來自于焦碳的燃燒； 在煉鋼的轉(zhuǎn)爐及煉鋅豎罐中，熱能來自于煤氣或天然氣或重油的燃燒；在煉銅的反射爐中，熱能來自于粉煤或重油的燃燒，在閃速爐及基夫賽特爐等自熱熔煉設(shè)備中，熱能主要來自硫化礦精礦的燃燒等等。10.1.1燃料 燃料同自然界其它物質(zhì)一樣，具有其本身的基本特性，而燃料的化學(xué)成分和發(fā)熱量是燃料的兩個(gè)基本特性。也是評(píng)定燃料的兩個(gè)主要指標(biāo)。一、燃料的組成與換算1、氣體燃料的化學(xué)組成與換算.氣體燃料的化學(xué)組成 可燃組分有CO、H2、H2S、CH4和其它碳?xì)浠衔顲mHn。燃?xì)庵蟹侨紵臍怏w主要有N2、CO2、SO2、O2和H2O等。.氣體燃料組成的表示方法和換算 氣體燃料有濕成分和干成分兩種表示方法，即濕燃?xì)猓ㄓ址Q實(shí)用燃?xì)猓┑慕M成： （10-1）式中COs、H2s、N2s分別代表濕燃?xì)庵蠧O、H2、N2等在其中所占的體積百分?jǐn)?shù)，上標(biāo)“s”是燃?xì)鉂癯煞值臉?biāo)志。（10-2）式中 COg、H2g、N2g分別代表干燃?xì)庵蠧O、H2、N2等在其中所占的體積百分?jǐn)?shù)，上標(biāo)“g”是燃?xì)飧沙煞值臉?biāo)志。 將干成分換算成濕成分的通式為：（10-3）式中 Rs濕燃?xì)庵懈鞒煞值捏w積百分?jǐn)?shù)，%；Rg干燃?xì)庵懈鞒煞值捏w積百分?jǐn)?shù)，%；1m3干燃?xì)夂柡退魵饬?，gm-3，它可根據(jù)燃?xì)鉁囟扔筛戒洸榈?。?0-1 已知煤氣的干成分為（%）：COg29.84，H2g15.40，CH4g3.08，CO2g7.73，O2g0.35，N2g43.60。試確定此該煤氣在平均溫度為25時(shí)的濕成分。思路：查附錄得高爐煤氣在25時(shí)，根據(jù)式（10-3）求的各組分的濕成分。解 查附錄得高爐煤氣在25時(shí)=26.0gm-3，根據(jù)式（10-3）可求的各組分的濕成分為： 2、固體和液體燃料的化學(xué)組成與換算固體（液體）燃料的化學(xué)成分可用元素分析方法和工業(yè)分析方法測(cè)定。元素分析法測(cè)定結(jié)果所表示的為元素分析成分；工業(yè)分析法測(cè)定結(jié)果所表示的為工業(yè)分析成分。.固體和液體燃料的元素分析法 固體和液體燃料雖然物理狀態(tài)不同，但它們都是由碳、氫、氧、氮、硫五種元素以及水分和灰分等雜質(zhì)所組成。它們?cè)谌紵^程中的變化及對(duì)燃燒的影響分述如下：碳（C）碳在固液體燃料中以單質(zhì)和化合物狀態(tài)存在，而在液體燃料中則完全以化合物形態(tài)存在。氫（H）氫在固液體燃料中以兩種形式存在，一種是與碳、硫化合的氫，稱為可燃?xì)浠蛴袡C(jī)氫；另一種是與氧化合物的氫，稱為水合氫，不可燃燒。氧（O）固液體燃料中的氧與碳、氫等元素化合。不能燃燒和助燃，含量越低越好。氨（N）氮是情性成分，不能燃燒。在高溫（2100）下與O2生成NOx，NOx是有害氣體。不過氮在固液體燃料中的含量?jī)H為12。硫（S）固液體燃料中的硫以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫，與碳、氫化合的硫；硫化硫；硫酸鹽硫，存在于各種硫酸鹽中。有機(jī)硫和硫化礦中的硫能燃燒，稱可燃硫或揮發(fā)硫，其燃燒產(chǎn)物SO2有毒；硫酸鹽中的硫不能燃燒。水分（W）水分是有害的，它不僅相對(duì)地降低可燃成分百分含量，而且使燃料發(fā)熱量降低。液體燃料含水2以下，固體燃料較高且波動(dòng)范圍大。灰分（A）是燃料中不能燃燒的礦物質(zhì)，其組成主要是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等。.固液體燃料的元素組成表示方法和換算固、液體燃料各化學(xué)組成的質(zhì)量百分含量通常用以下四種成分來表示：實(shí)用成分CyHyOyNySyAyWy=100（10-4）干燥成分CgHgOgNgSgAg=100%（10-5）可燃成分CrHrOrNrSr100（10-6）有機(jī)成分CjHjOjNj100（10-7）固、液體燃料各化學(xué)成分的換算系數(shù)如表1-2-2所示。表1-2-2 固、液體燃料各化學(xué)成分的換算系數(shù)已知的燃料組成換算成下列組成的換算系數(shù)有機(jī)成分可燃成分干燥成分實(shí)用成分有機(jī)成分1可燃成分1干燥成分1實(shí)用成分1例10-2已知煙煤的成分為（%）：Cr81.5、Hr5.00、Or10.00、Nr2.00、Sr1.50，Ag12.00，Wy15.00，求該煤的實(shí)用成分。思路：先求灰分的實(shí)用成分Ay，然后根據(jù)Wy和Ay求其它元素的實(shí)用成分。解 先求灰分的實(shí)用成分Ay，然后根據(jù)Wy和Ay求其它元素的實(shí)用成分：以上實(shí)用成分合計(jì)為100%。二、燃料發(fā)熱量及計(jì)算1、燃料的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量或單位體積的燃料在完全燃燒時(shí)所放出的熱量，用Q表示，根據(jù)燃燒產(chǎn)物中水存在的狀態(tài)不同又可分為高發(fā)熱量QGW和低發(fā)熱量QDW。2、 高位發(fā)熱量QGW是指燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結(jié)成0的水時(shí)放出的熱量；而低發(fā)熱量QDW是指燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結(jié)成20的水時(shí)放出的熱量。QGW與QDW之間的換算公式為：燃?xì)鈨?yōu)點(diǎn)燃?xì)庖着c空氣混合，燃燒較完全；燃?xì)饪蛇M(jìn)行預(yù)熱，有利于提高燃燒溫度；燃?xì)馊紵^程便于控制，火焰長(zhǎng)短、燃燒溫度、爐氣性質(zhì)等便于調(diào)節(jié)；燃?xì)獗阌谳斔?，燃燒操作勞?dòng)強(qiáng)度小，勞動(dòng)環(huán)境好。燃?xì)赓|(zhì)量主要取決于它的化學(xué)成分，含碳?xì)浠衔镉?，則燃?xì)獾馁|(zhì)量愈好。QGWQDW25.122(W9H)（10-9）3、標(biāo)準(zhǔn)燃料 規(guī)定發(fā)熱量為29308kJkg-1（氣體燃料為29308kJm-3）的燃料為標(biāo)準(zhǔn)燃料。4、發(fā)熱量的計(jì)算 發(fā)熱量可用量熱計(jì)測(cè)量，但在爐子熱工計(jì)算中，則根據(jù)成分進(jìn)行計(jì)算。.氣體燃料發(fā)熱量的計(jì)算 燃?xì)獍l(fā)熱量是簡(jiǎn)單可燃?xì)怏w燃燒放出熱量之和，即QDW126.2COs107.8H2s359.1CH4s597.7C2H4s231.2H2Ss （10-10） .固液體燃料發(fā)熱量根據(jù)元素組成進(jìn)行計(jì)算 目前多采用經(jīng)驗(yàn)公式，如門捷列夫公式：QDW339Cy1030Hy109（OySy）25Wy（10-11） .固液體燃料發(fā)熱量根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算 煤的發(fā)熱量有以下計(jì)算公式，即褐煤 QDW（10F650010W5A）4.18Q（10-12） 煙煤 QDW（50F9AKQ）4.18（10-13） 無煙煤 QDW100F3（VW）K4.18Q（10-14）三、常用燃料1、氣體燃料 冶金生產(chǎn)常用的燃?xì)庥懈郀t煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、重油裂化氣和天然氣等。2、液體燃料 主要有重油、重柴油和輕柴油。特點(diǎn)：重油發(fā)熱量高、燃燒時(shí)火焰輻射能力大和燃燒過程便于控制和調(diào)節(jié)。重油為褐色或黑色，是天然石油（原油）蒸餾后的常壓、減壓渣油和裂化渣油等殘?jiān)偷慕y(tǒng)稱。重油的性能不僅和原油有關(guān)而且和加工方法有關(guān)。性能：粘度Et（oE）、密度t、比熱Ct、導(dǎo)熱系數(shù)t、熔化潛熱、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)、自燃點(diǎn)及凝固點(diǎn)。3、固體燃料 冶金生產(chǎn)使用的固體燃料主要是煤及其加工產(chǎn)品焦炭和煤。粉煤與塊煤比較，粉煤的優(yōu)點(diǎn)是：用劣質(zhì)煤和煤屑加工的粉煤，可達(dá)到同樣的燃燒效果；粉煤可采用流態(tài)化輸送，而且燃燒操作勞動(dòng)強(qiáng)度小；粉煤的粒度小，易于空氣混合，；燃燒過程便于控制調(diào)節(jié)，燃燒較完全。.煤煤是古代植物在地下經(jīng)長(zhǎng)期碳化形成的。根據(jù)炭化的程度不同，煤分為泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤四種。.焦炭焦炭是煉焦煙煤在煉焦?fàn)t內(nèi)經(jīng)高溫（9001100）干餾形成的。優(yōu)質(zhì)冶金焦炭的斷口為銀灰色，具有金屬般的響聲，氣孔率大（45%以上），發(fā)熱量QDW約為2529103kJkg-1。.粉煤工業(yè)用的粉煤，其粒度為0.050.07，揮發(fā)物20%。制造粉煤的原煤一般是用煙煤或煙煤與其它煤配合。10.1.2燃燒計(jì)算一、概述燃料燃燒計(jì)算的內(nèi)容有：燃燒需要的空氣量、燃燒產(chǎn)物的生成量，成分和密度以及燃燒的溫度。 在燃料的計(jì)算過程中，為了簡(jiǎn)便，有以下假設(shè)條件：氣體的體積按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0，101325Pa）下的體積計(jì)算。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1kmol的任何氣體其體積為22.4m3；.燃料的化學(xué)成分，按實(shí)際使用狀態(tài)時(shí)成分計(jì)算，即固體（液體）燃料為應(yīng)用成分，氣體燃料為濕成分；.燃料完全燃燒，當(dāng)溫度不高于2100時(shí)，不計(jì)熱分解消耗的熱量和分解的產(chǎn)物；.燃料燃燒需要的氧氣來自空氣?？諝獾某煞钟蒓2和N2組成，不計(jì)其他氣體。按體積，空氣中O2的含量為21，N2的含量為79%。如果需要按濕空氣計(jì)算時(shí)，則取飽和水蒸汽的含量。二、空氣需要量、燃燒產(chǎn)物量及其成分的計(jì)算1、燃?xì)馊紵諝庑枰康挠?jì)算 理論空氣需要量和實(shí)際空氣需要量。燃?xì)馊紵睦碚摽諝庑枰渴歉鶕?jù)燃?xì)馔耆紵磻?yīng)計(jì)算出來的，實(shí)際空氣需要量Ln與理論空氣需要量L0之比，稱為燃料燃燒的空氣消耗系數(shù)，用n表示，即：（10-25）表1-2-6 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3燃?xì)馊紵龝r(shí)的燃燒反應(yīng)表濕成分/%反應(yīng)方程式（體積比）需氧體積/m3m-3燃燒產(chǎn)物體積/m3m-3CO2H2OSO2N2O2COs1 1COsCOsH2s1 1H2sH2sCH4s1 2 1 22CH4sCH4s2CH4CnHms1 n H2Ss1 1 1H2SsH2SsH2SsCO2s不燃燒CO2sSO2s不燃燒SO2sO2s消耗-O2sN2s不燃燒N2sH2OsH2Os由表1-2-6可知，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1m3氣體燃料完全燃燒所需的空氣量為： （10-26） 空氣消耗系數(shù)n由表1-2-7選定，實(shí)際空氣需要量按下式計(jì)算：LnnL0（10-27）式（10-25）（10-27）中 L0理論空氣需要量，m3m-3燃?xì)?；Ln實(shí)際空氣需要量，m3m-3燃?xì)?。n是組織燃料燃燒過程的重要參數(shù)。在確定n的大小時(shí)應(yīng)考慮燃料的種類、燃燒方法和燃燒設(shè)備和影響。表1-2-7 各種燃料燃燒時(shí)空氣消耗系數(shù)n的經(jīng)驗(yàn)值燃燒過程煙煤無煙煤焦碳褐煤粉煤重油煤氣人工操作1.501.701.401.451.501.801.201.251.201.251.151.20自動(dòng)控制操作機(jī)械加煤：1.201.401.151.151.051.10采用燃料與空氣混合良好的燃燒裝置時(shí)n取低值，反之取高值。2、固液體燃料燃燒空氣需要量的計(jì)算 其空氣需要量的計(jì)算與燃?xì)獾挠?jì)算方法一樣表1-2-8 1kg固、液體燃料燃燒時(shí)的燃燒反應(yīng)燃料各組分的含量反應(yīng)方程式（摩爾比）需氧量/kmol燃燒產(chǎn)物量/kmol應(yīng)用成分/%kmolCO2H2OSO2N2O2CyCO2=CO2111HyH2O2=H2O11SySO2=SO2111Oy消耗掉N2y不燃燒Wy不燃燒Ay不燃燒、無氣態(tài)產(chǎn)物根據(jù)表1-2-8分析，1kg固液體燃料完全燃燒的所需理論空量為：（10-28）3、燃料燃燒產(chǎn)物的計(jì)算 氣態(tài)產(chǎn)物的生成量、氣態(tài)產(chǎn)物的成分和密度的計(jì)算。.燃燒產(chǎn)物生成量的計(jì)算 碳質(zhì)燃料燃燒生成的氣態(tài)產(chǎn)物主要有CO2、H2O（g）、SO2、N2和O2，它們是由燃料中的可燃物燃燒生成或非可燃物（除灰分）轉(zhuǎn)入的，以及助燃空氣帶入的。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3的濕燃?xì)馔耆紵龝r(shí)生成的產(chǎn)物量Vn為各成分生成量之和，即：（10-29a）或：固液體燃料燃燒產(chǎn)物量：式（10-29）中 Vn燃燒產(chǎn)物的量，m3m-3（或kg-1）；式中其它符號(hào)同前。.燃燒產(chǎn)物的成分燃燒產(chǎn)物成分是燃燒產(chǎn)物中各組分所占的體積百分?jǐn)?shù)：（10-30）式中 VCO2、VSO2、為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃燒產(chǎn)物中CO2、SO2、N2、H2O、O2的體積數(shù)，可分別由表1-2-6或由表1-2-8求得，單位為m3m-3或m3kg-1。.燃燒產(chǎn)物的密度燃燒產(chǎn)物密度是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3燃燒產(chǎn)物所具有的質(zhì)量，用0表示，單位是kgm-3。已知產(chǎn)物成分時(shí)，密度亦可根據(jù)燃料燃燒產(chǎn)物的成分按下式計(jì)算：（10-31a）三、燃燒溫度的計(jì)算燃燒溫度是指燃料燃燒時(shí)其氣態(tài)產(chǎn)物（煙氣）所能達(dá)到的溫度。由于燃燒條件不同，燃燒溫度有理論燃燒溫度tth和實(shí)際燃燒溫度tc.p。1、理論燃燒溫度 指在絕熱條件下燃料完全燃燒時(shí)所達(dá)到的溫度，用tth表示。理論燃燒溫度可根據(jù)燃料燃燒過程的熱平衡關(guān)系求得。根據(jù)熱平衡原理，燃料燃燒過程的熱收入等于熱支出，即：QDWQfQa=VnCc.ptc.pQt.d+Qi+Q.t.c（10-32a）式中 Cc.p燃燒產(chǎn)物的平均比熱，kJ(m3)-1；tc.p實(shí)際燃燒溫度，當(dāng)燃燒溫度不超過2100時(shí)，燃燒產(chǎn)物很少發(fā)生熱分解，因此，在這種情況下，熱分解熱可忽略不計(jì)Qt.d=0；若在絕熱條件下完全燃燒即Q.t.c=0、Qi=0。燃燒產(chǎn)物吸收的熱量Qc.p按下式計(jì)算：Qc.p=VnCc.ptth（10-34）式中 tth理論燃燒溫度，則（10-32）式為：QDWQfQaVnCc.ptth（10-32b） 或（10-35）為了計(jì)算簡(jiǎn)便，工程上往往利用It圖圖解法近似計(jì)算。如圖1-2-1。2、實(shí)際燃燒溫度 燃料在實(shí)際燃燒過程所達(dá)到的溫度，用tc.p表示tc.p=tth（10-42）式中 爐溫系數(shù)，為經(jīng)驗(yàn)值，可由表1-2-11查得。表1-2-11 爐溫系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)爐子型式爐子型式銅锍反射爐0.750.85蓄熱式熱風(fēng)爐0.920.98離析窯燃燒爐0.820.88熱處理爐(爐溫1000)0.650.70重油煉鋼平爐(QDW=3762041860kJkg-1)0.7050.74勻熱爐0.680.73連續(xù)加熱爐生產(chǎn)率500600kg(m2h)-10.700.75室式加熱爐0.750.85生產(chǎn)率200300 kg(m2h)-10.750.85直通式爐0.720.76室式窯(間隙作業(yè))氣體燃料0.730.78帶材加熱爐0.750.80固體燃料0.660.70緩慢裝料封閉結(jié)構(gòu)的隧道窯0.750.82回轉(zhuǎn)窯(粉煤、煤氣、重油)0.700.75水泥煅燒回轉(zhuǎn)窯0.650.75隧道窯(煤氣、重油)0.780.83球團(tuán)豎式焙燒爐燃燒室0.920.95例1-2-5某銅精練反射爐以重油為燃料，其化學(xué)組成（%）為：Cr88.2，Hr10.4，Or0.3，Nr0.6，Sr0.5，Wy1.0，Ag0.2。已知助燃空氣在燃燒前預(yù)熱到200，求實(shí)際助燃空氣量；燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度；實(shí)際燃燒溫度。思路 解：.燃料組成換算燃燒計(jì)算應(yīng)按燃料的實(shí)用組成來進(jìn)行，因此，需將可燃組成換算成實(shí)用組成。按表1-2-2的換算系數(shù)，先將Ag換算成Ay，再換算其它成分：同理可算得： Hy=10.28%；Oy=0.296%；Ny=0.592%；Sy=0.494%。則AyCyHyOyNySy=（0.19887.1410.280.2960.5920.494）%=100%.計(jì)算助燃空氣 理論空氣量按式（2-28）計(jì)算設(shè)此條件下選用高壓重油噴嘴，其空氣消耗系數(shù)由表1-2-7查得，取n=1.2，則實(shí)際空氣需要量為：Ln=nL0=1.210.5=12.6m3標(biāo)準(zhǔn)kg-1.燃燒產(chǎn)物量 根據(jù)式2-29a和表1-2-8計(jì)算燃燒產(chǎn)物各成分的體積.燃燒產(chǎn)物組成.燃燒產(chǎn)物密度 按式（10-33）.重油的發(fā)熱量 按式（10-11）為QDW =339Cy1030Hy109（OySy）25Wy=33987.14103010.28109（0.2960.494）251=40125.44kJkg-1.燃燒溫度的計(jì)算 由式（1-2-40）計(jì)算燃燒產(chǎn)物的理論熱含量I由于重油溫度不高（常溫）Qf可忽略不計(jì)；助燃空氣預(yù)熱至200，其物理熱Qa按下式（1-2-42）計(jì)算，由附錄查得，200時(shí)，干空氣的平均比熱Ca=1.306kJ(m3)-1。則Qa=LnCata=12.61.306200=3291.12kJkg-1重油Qa值也可按VL%=100%的那條線，從I-t圖查得。于是，燃燒產(chǎn)物的理論熱含量根據(jù)I和VL%由I-t圖查得 tth=1940。若取爐溫系數(shù)=0.75，則實(shí)際燃燒溫度為tc.p=tth=0.751940=1455燃料的燃燒與燃燒器燃料的燃燒是急劇的氧化過程，并伴著放熱和發(fā)光。燃料燃燒的必要條件是供給足夠的助燃空氣和加熱到著火溫度。（各種燃料的著火溫度見表1-2-12）表1-2-12 各種燃料的著火溫度/木柴煙煤無煙煤焦碳重油高爐煤氣焦?fàn)t煤氣發(fā)生爐煤氣天然氣300400500600700700580530500530530燃燒過程指燃燒與助燃空氣混合、經(jīng)加熱著火、最后進(jìn)行燃燒反應(yīng)的過程。動(dòng)力燃燒當(dāng)燃燒過程受加熱和燃燒反應(yīng)速度的限制時(shí)的燃燒。擴(kuò)散燃燒燃燒過程受混合速度限制時(shí)的燃燒。完全燃燒燃燒后不剩有可燃物。不完全燃燒燃料燃燒后產(chǎn)物中還含有可燃物的燃燒。10.2氣體燃料的燃燒及燒嘴10.2.1燃?xì)馊紵^程 燃?xì)夂涂諝獾幕旌?、混合后的可燃?xì)怏w的加熱和著火理論研究表明，燃?xì)獾娜紵磻?yīng)機(jī)理是屬于支鏈反應(yīng)。氫氣的燃燒反應(yīng)是典型的支鏈反應(yīng)，其反應(yīng)過成如下：氫在高溫下分解產(chǎn)生活性氫原子，即H2HH活性氫原子是支鏈反應(yīng)的基礎(chǔ)，它與氧分子碰撞產(chǎn)生活化氧原子和氫氧基，由其支鏈反應(yīng)可知，一個(gè)氫原子能產(chǎn)生三個(gè)新的氫原子分別參與反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生九個(gè)氫原子。這樣的結(jié)果，大大加速了燃燒反應(yīng)的速度，且溫度愈高，燃燒反應(yīng)的速度愈快。10.2.2 燃?xì)馊紵椒?有焰燃燒、無焰燃燒和半無焰燃燒。10.2.3 燃?xì)馊紵?有焰燒嘴、無焰燒嘴。.有焰燒嘴 有焰燃燒所用的燃燒器稱為有焰燒嘴。常用的有焰燒嘴有套管式燒嘴、低壓渦流無焰燒嘴式燒嘴、扁縫渦流式燒嘴、環(huán)縫渦流式燒嘴等同。.無焰燒嘴目前工業(yè)上應(yīng)用的無焰燒嘴多為噴射式燒嘴。它是以燃?xì)庾鳛閲娚浣橘|(zhì)，按比例吸入助燃所需的空氣，并在混合管道內(nèi)充分混合，而后噴射燃燒。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2-5所示。10.3 液體燃料的燃燒與燒嘴工業(yè)生產(chǎn)使用的液體燃料主要是重油。在組織重油燃燒時(shí)，預(yù)先應(yīng)進(jìn)行加熱、加壓和過濾處理。1、燃燒過程 重油霧化為油霧，油霧與空氣混合，混合物加熱到著火溫度，再進(jìn)行燃燒反應(yīng)。在工業(yè)爐正常生產(chǎn)的過程中，重油燃燒的好壞，主要取決于重油的霧化和油霧與空氣的混合。近些年來，為了強(qiáng)化油的燃燒過程，節(jié)約燃料，將一部分水加入到油中，經(jīng)乳化使之成油水乳化液，然后經(jīng)過油噴嘴燃燒。工業(yè)實(shí)踐表明，在油中摻水率1030%的，可節(jié)油1020%，摻水量過多，由于水分過多地吸收熱量而降低重油燃燒的效果。在油摻水乳化燃燒時(shí)，應(yīng)采取低氧燒燃，即空氣消耗系控制在1.021.05為好。2、重油燒嘴 燃燒重油的裝置 對(duì)重油燒嘴的基本要求是：具有一定的燃燒能力，并有較大的調(diào)節(jié)范圍；使重油乳化較好，并與空氣進(jìn)行混合；燃燒過程便于調(diào)節(jié)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便。重油燒嘴的形式很多，常用的有低壓油燒嘴、高壓油燒嘴和機(jī)械油燒嘴以及轉(zhuǎn)杯式油燒嘴。燃油燒嘴分類概況及特點(diǎn)見表1-2-15。類型型號(hào)舉例霧化理論特點(diǎn)及使用范圍低壓油燒嘴C型、K型、RK型、LDB型等利用低壓空氣使油霧化用一般的離心風(fēng)機(jī)就能滿足其壓力要求，運(yùn)行費(fèi)用較低，燃燒過程易調(diào)節(jié)，噪聲??；燃燒能力小，空氣預(yù)熱溫度較低。廣泛適用于小型爐子高壓油燒嘴GZP型、GW型、GN型、LK型等利用蒸汽或壓縮空氣沖擊油股使油霧化結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒能力和調(diào)節(jié)比較大，霧化較好，空氣預(yù)熱溫度較高；運(yùn)行費(fèi)用較高，噪聲大，點(diǎn)火比低壓燒嘴難。適用于大型熔煉爐、加熱爐、回轉(zhuǎn)窯等機(jī)械式油燒嘴S2、S5利用高壓油通過切向槽和旋流室時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)噴孔噴出，因離心力的作用而被霧化結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒能力大，操作方便，噪聲小，不需霧化劑；霧化質(zhì)量差。適用于鍋爐、回轉(zhuǎn)窯等轉(zhuǎn)杯式油燒嘴ZBF油受高速旋轉(zhuǎn)杯離心力作用及一次空氣摩擦沖擊作用而被霧化霧化較好，管路簡(jiǎn)單，對(duì)油品適應(yīng)廣；設(shè)備笨重，構(gòu)造復(fù)雜，噪聲大。只用于鍋爐、熱處理爐和某些有色熔煉爐等10.4 固體燃料的燃燒根據(jù)國(guó)體燃料在燃燒過程中的運(yùn)動(dòng)方式不同，固體燃料燃燒的方法有層狀燃燒、噴流燃燒、旋轉(zhuǎn)燃燒和流態(tài)化燃燒。這里僅介紹前面兩種燃燒方法。1、塊煤的層狀燃燒指在燃燒室的爐柵上放上具有一定厚度的塊煤層，與由下部鼓入的空氣進(jìn)行燃燒的過程，是擴(kuò)散燃燒過程；如圖1-2-6所示。圖1-2-7為沿煤層高度上燃燒時(shí)，氣體成分的變化。爐柵的面積可按下式計(jì)算： (10-43)式中：F爐柵面積，；B燃燒室燃煤的消耗量，kgh-1；RA爐柵強(qiáng)度，kg（m2h）-1。燃燒室空間大小可按下式計(jì)算： （10-44）式中 V燃燒室空間的容積m3；QDW煤的低發(fā)熱量，kJkg-1；B燃燒室煤的消耗量，kgh-1；qV燃燒室的容積熱強(qiáng)度，kJ（m3h）-1，其數(shù)值可從有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選取。2、粉煤噴流燃燒 將粒度為0.200.70mm的粉煤用空氣噴到爐內(nèi)，使其在運(yùn)動(dòng)的過程中進(jìn)行燃燒，它與煤氣的燃燒相似，具有明顯輪廓的火焰粉煤燃燒器 粉煤燃燒器的型式種類很多。按噴出口斷面形狀可分為圓型和扁