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碳的燃烧反应速度 焦碳的燃烧反应速度取决于温度、焦碳颗粒尺寸、氧气浓度、环境压力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等 式中：mp―焦碳颗粒质量； ρp―焦碳粒颗密度； P ―压力； χ02―氧气浓度； d ―焦碳颗粒的直径； k ―焦碳颗粒的反应速率常数 4/6 碳的燃烧反应速度 5/6 反应速度常数k 取决于碳粒表面的化学反应速度常数kC 和氧的扩散速度常数kD 其中 式中 A 为反应前置系数；R 为通用气体常数 d 为碳粒直径； D 为氧气扩散系数； ? 为化学当量因子。若主要产物是CO2，则?等于1；若主要产物 是CO，则?等于2； TP、Ta 分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度 燃烧反应区域(※) 6/6 动力区 燃烧反应的温度不高， kC很小， kD非常大，焦碳燃烧处于化学动力控制下，反应速率常数k=kC 燃烧反应速度w 取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按指数增大。 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度 扩散区 燃烧反应温度较高， kC非常大， kD很小，焦碳燃烧处于扩散控制下，反应速率常数k=kD 燃烧反应速度w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。 强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒 过渡区 动力区与扩散区之间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度 根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域 煤的燃烧特点(※) 煤中含有水分 煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度 1/2 煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降 煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，燃尽困难 煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散 煤粉的燃烧特点(※) 锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30～100μm），炉膛温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到（104℃/s或更高），总的挥发分释放时间小于1秒，而且挥发分很快地由炭粒表面逸出 2/2 煤粉快速加热时，煤中挥发分的含量和成分都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同 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，其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧 煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段 煤粉快速加热时，焦碳在孔隙结构方面与慢速加热有很大差别 煤粉火焰中挥发分的析出曲线 煤粉气流的着火 由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变时的瞬间温度称为着火温度 着火和熄火的热力条件(※) 1/3 燃烧过程中向周围介质的散热量Q2为 式中 V、 F ―分别为煤粉空气混合物容积和燃烧室壁面面积 α―混合物向燃烧室壁面的综合放热系数 T、 Tb ―分别为反应系统温度和燃烧室壁面温度 燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1为 煤粉气流着火、熄火的热力条件 煤粉气流燃烧时要放出热量，同时又向周围介质散热。这两个互相矛盾过程的发展，可能使燃烧过程发生（着火）或者停止（熄火） 煤粉气流的着火温度(※) 放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线 2/3 点2对应的温度即为着火温度Tzh Tb=Tb1（很低），散热线 与 Q1 交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态 Tb=Tb2 ，散热线 与 Q1 交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度， Q1 Q2 ，反应将自动加速过渡到点3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃烧状态 煤粉气流的熄火温度(※) Tzh 、Txh是在一定测试条件下的相对特征值， Txh大于Tzh。 强化着火的措施 在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热 在放热条件不变时，提高燃烧室的保温，减少放热 3/3 Tb=Tb2、强化散热，散热线 与 Q1 交点