燃燒理論與燃燒設(shè)備

內(nèi)容概要

《燃燒理論與燃燒設(shè)備（第二版）》在1990年《燃燒理論與燃燒設(shè)備》第一版的基礎(chǔ)上，更新和強化了近年來燃燒理論研究的進(jìn)展和燃燒技術(shù)的進(jìn)步，涵蓋了燃燒理論、燃燒技術(shù)、燃燒設(shè)備和燃燒污染物生成、數(shù)值模擬以及煤氣化等內(nèi)容。
全書共12章。前3章分別介紹了燃燒概論、反應(yīng)化學(xué)動力學(xué)和流動等燃燒基礎(chǔ)知識；第4、5章系統(tǒng)分析了氣體燃燒理論和氣體燃燒設(shè)備；第6、7章為液體燃料的燃燒理論和燃燒設(shè)備；第8章以煤為例，概括介紹了固體燃料燃燒過程與燃燒理論；第9～11章分別介紹了常用的固定床、流化床、氣流床燃燒設(shè)備；第12章結(jié)合燃燒理論與燃燒設(shè)備，簡單介紹了煤的氣化理論和大規(guī)模煤氣化技術(shù)。
《燃燒理論與燃燒設(shè)備（第二版）》以基本概念為主，深入淺出地總結(jié)了燃燒理論基礎(chǔ)、研究進(jìn)展和近年來應(yīng)用上的新成就，具有顯著的新穎性；注重理論分析與實際技術(shù)密切結(jié)合，剖析了燃燒設(shè)備的理論基礎(chǔ)和創(chuàng)新思路，具有高度的實用性。
《燃燒理論與燃燒設(shè)備（第二版）》可作為高等院校熱能動力工程、電廠熱能動力等專業(yè)的本科生及研究生教材或教學(xué)參考書，也可供從事鍋爐及其他燃燒設(shè)備相關(guān)工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第二版前言第一版前言第1章 燃料、燃燒產(chǎn)物及熱損失1.1 燃料的化學(xué)成分和性質(zhì)1.1.1 燃料的成分及燃燒特性1.1.2 燃料的成分分析基礎(chǔ)和換算1.1.3 燃料發(fā)熱量及其換算1.2 煤的分類1.2.1 按干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf含量分類1.2.2 我國發(fā)電廠用煤的VAMST分類標(biāo)準(zhǔn)1.2.3 工業(yè)鍋爐用煤的分類1.3 液體燃料和氣體燃料1.3.1 黏性1.3.2 閃點與燃點1.3.3 凝固點1.3.4 相對密度1.4 液體燃料和氣體燃料1.4.1 天然氣1.4.2 高爐煤氣1.4.3 發(fā)生爐煤氣1.4.4 焦?fàn)t煤氣1.4.5 液化石油氣1.5 燃料的燃燒產(chǎn)物與煙氣焓1.5.1 燃料的理論空氣量1.5.2 燃料的燃燒產(chǎn)物1.5.3 煙氣分析與過量空氣系數(shù)1.5.4 空氣和煙氣焓的計算1.6 燃燒設(shè)備的熱平衡及熱效率1.6.1 鍋爐熱量平衡概念1.6.2 鍋爐效率與熱損失1.6.3 污染物的測量參考文獻(xiàn)第2章 燃燒的化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率2.2 濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)2.2.3 反應(yīng)級數(shù)的測定2.3 溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響2.3.1 Arrhenius定律2.3.2 活化能2.3.3 反應(yīng)速率的碰撞理論2.3.4 反應(yīng)速率的過渡狀態(tài)理論2.4 壓力對化學(xué)反應(yīng)速率的影響2.5 鏈鎖反應(yīng)2.5.1 鏈鎖反應(yīng)的概念2.5.2 燃燒鏈鎖反應(yīng)的分析2.5.3 不分支鏈鎖反應(yīng)2.5.4 分支鏈鎖反應(yīng)——爆炸2.6 氣體在固體表面的吸附2.6.1 物理吸附與化學(xué)吸附2.6.2 吸附的影響因素分析2.7 化學(xué)平衡參考文獻(xiàn)第3章 燃燒的流體力學(xué)基礎(chǔ)3.1 湍流流動與湍流模型3.1.1 湍流流動3.1.2 氣相湍流模型3.2 射流與旋轉(zhuǎn)氣流3.2.1 直流射流的特點3.2.2 等溫直流自由射流3.2.3 等溫直流引射射流3.2.4 等溫旋轉(zhuǎn)射流3.2.5 受限射流3.2.6 平行射流組3.2.7 相交射流3.3 氣固流動3.3.1 氣固接觸形式3.3.2 空隙率3.3.3 顆粒分類3.4 固定床的流體力學(xué)3.4.1 形成固定床的條件3.4.2 固定床的流動阻力3.5 流化床的流體力學(xué)3.5.1 流化速度3.5.2 床層壓降和空隙率3.5.3 鼓泡流化床3.5.4 湍流流化床3.5.5 快速流化床3.5.6 下行移動床3.6 氣流床的流體力學(xué)參考文獻(xiàn)第4章 氣體燃料燃燒理論4.1 氣體燃料火焰的著火4.1.1 氣體火焰著火的概念4.1.2 自燃熱力理論4.1.3 鏈鎖自燃理論4.1.4 預(yù)混可燃?xì)怏w的點燃4.1.5 點燃熱力理論4.1.6 點燃方法4.1.7 可燃極限4.1.8 影響可燃極限的因素4.2 氣體燃料火焰的傳播4.2.1 層流火焰?zhèn)鞑ジ拍?.2.2 層流火焰?zhèn)鞑ダ碚?.2.3 影響層流火焰?zhèn)鞑サ囊蛩?.2.4 湍流火焰?zhèn)鞑サ奶攸c4.2.5 湍流火焰的表面理論4.2.6 湍流火焰的容積理論4.3 氣體燃料火焰的穩(wěn)定4.3.1 本生燈火焰的穩(wěn)定4.3.2 火焰穩(wěn)定的均勻攪混熱平衡原理4.3.3 湍流火焰的穩(wěn)定方法4.4 射流火焰4.4.1 預(yù)混火焰和擴(kuò)散火焰概念4.4.2 不等溫自由射流火焰4.4.3 層流射流火焰4.4.4 湍流射流火焰4.4.5 受限射流火焰和多股射流火焰4.4.6 反擴(kuò)散火焰4.5 湍流射流火焰特征的解析分析參考文獻(xiàn)第5章 氣體燃料燃燒設(shè)備5.1 擴(kuò)散式燃?xì)馊紵?.2 完全預(yù)混式氣體燃燒器5.3 部分預(yù)混式燃?xì)馊紵?.3.1 普通部分預(yù)混式煤氣燃燒器5.3.2 平焰式煤氣燃燒器5.3.3 高速煤氣燃燒器和浸沒式煤氣燃燒器5.4 氣體燃料燃燒污染物控制5.4.1 熱力型NOx5.4.2 瞬時反應(yīng)型NOx5.4.3 燃料型NOx5.5 氣體燃燒的數(shù)值模擬概論5.5.1 層流氣體燃燒數(shù)值模擬5.5.2 湍流氣體燃燒數(shù)值模擬5.5.3 典型計算結(jié)果參考文獻(xiàn)第6章 液體燃料燃燒理論6.1 液體燃料燃燒過程6.1.1 液體燃料的燃燒方式6.1.2 噴霧方式燃燒的幾種物理模型6.1.3 液體燃料燃燒過程強化的基本措施6.2 液滴的蒸發(fā)6.2.1 斯蒂芬流6.2.2 相對靜止高溫環(huán)境下液滴的蒸發(fā)6.2.3 強迫氣流下液滴高溫蒸發(fā)6.3 液滴的燃燒6.3.1 相對靜止環(huán)境下液滴燃燒6.3.2 強迫氣流下液滴的燃燒6.4 液體燃料燃燒的實驗研究參考文獻(xiàn)第7章 液體燃料燃燒設(shè)備7.1 液體燃料燃燒器7.1.1 液體燃料燃燒對燃燒器的要求7.1.2 霧化噴嘴的分類7.1.3 油燃燒設(shè)備配風(fēng)要求7.1.4 液體燃料霧化質(zhì)量7.2 旋轉(zhuǎn)氣流特性7.2.1 速度分布7.2.2 壓力分布7.2.3 旋流器中流體動力特性系數(shù)7.3 離心式機(jī)械噴嘴工作原理7.3.1 霧化過程7.3.2 噴油量的計算7.3.3 霧化角的計算7.3.4 簡單壓力式噴嘴設(shè)計計算7.4 回油噴嘴及計算7.4.1 回油噴嘴工作原理7.4.2 內(nèi)回油噴嘴霧化、調(diào)節(jié)特性的理論計算7.4.3 內(nèi)回油噴嘴實驗結(jié)果及修正7.5 蒸汽噴嘴7.5.1 蒸汽噴嘴7.5.2 蒸汽機(jī)械霧化噴嘴7.5.3 Y型蒸汽機(jī)械霧化噴嘴7.6 配風(fēng)裝置7.6.1 旋流式配風(fēng)器7.6.2 平流式配風(fēng)器7.7 液體燃料燃燒污染物生成與控制7.7.1 液體燃料燃燒污染物排放標(biāo)準(zhǔn)7.7.2 液體燃料燃燒污染物生成7.7.3 液體燃料燃燒NOx的控制7.8 液體燃燒的數(shù)值模擬概論參考文獻(xiàn)第8章 固體燃料燃燒理論8.1 固體燃料燃燒過程與熱解8.1.1 概述8.1.2 揮發(fā)分的概念8.1.3 煤的熱解機(jī)理8.1.4 揮發(fā)分的析出量及其成分構(gòu)成8.1.5 煤熱解反應(yīng)動力學(xué)8.1.6 揮發(fā)分的熱力特性8.2 碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理8.2.1 碳燃燒的異相反應(yīng)理論8.2.2 碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)8.2.3 碳燃燒反應(yīng)的微觀分析8.2.4 碳和氧的反應(yīng)機(jī)理8.2.5 碳和CO2的反應(yīng)機(jī)理8.3 碳的燃燒反應(yīng)過程8.3.1 碳的燃燒反應(yīng)速率8.3.2 燃燒反應(yīng)速率的影響因素8.3.3 多孔碳粒的燃燒分析8.3.4 多孔碳板的有效滲入深度8.3.5 多孔碳球的有效滲入深度8.3.6 多孔碳球的燃燒反應(yīng)8.4 碳燃燒的二次反應(yīng)8.4.1 靜止或低速流動碳粒表面附近的燃燒8.4.2 Re>100流動介質(zhì)中碳表面附近的燃燒8.5 碳顆粒的燃盡8.6 具有空間二次反應(yīng)的碳球燃燒8.7 煤的燃燒及燃盡8.7.1 揮發(fā)分對煤燃燒過程的影響8.7.2 灰分對煤燃燒過程的影響8.7.3 煤粒燃盡時間參考文獻(xiàn)第9章 煤的層燃9.1 煤的層燃過程9.1.1 煤的層狀燃燒概述9.1.2 層燃的熱質(zhì)交換過程9.1.3 層燃的化學(xué)反應(yīng)過程9.2 煤的層燃設(shè)備9.2.1 固定爐排9.2.2 鏈條爐9.2.3 拋煤機(jī)爐9.2.4 往復(fù)爐排爐9.2.5 振動爐排爐9.2.6 下飼爐9.3 層燃污染物生成與控制9.3.1 層燃過程中NOx的生成與控制9.3.2 層燃過程中SO2的生成與控制9.4 層燃的數(shù)值模擬概論9.4.1 層燃爐數(shù)值模擬的方法9.4.2 燃料層燃燒的數(shù)學(xué)模型參考文獻(xiàn)第10章 煤的流化床燃燒10.1 流化床燃燒的特點10.1.1 概述10.1.2 鼓泡流化床燃燒的特點10.1.3 循環(huán)流化床燃燒的特點10.1.4 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展10.2 循環(huán)流化床燃燒過程10.2.1 循環(huán)流化床燃燒過程分析10.2.2 燃料熱量釋放規(guī)律10.2.3 循環(huán)流化床中的燃燒效率10.3 循環(huán)流化床燃燒設(shè)備10.3.1 燃煤循環(huán)流化床過程定態(tài)設(shè)計10.3.2 燃燒室設(shè)計10.3.3 分離器設(shè)計10.3.4 料腿與返料器設(shè)計10.4 循環(huán)流化床燃燒污染物生成與控制10.4.1 循環(huán)流化床燃燒中脫硫10.4.2 循環(huán)流化床燃燒中氮氧化物的生成與控制10.4.3 循環(huán)流化床灰渣綜合利用10.5 循環(huán)流化床燃燒的數(shù)值模擬概述10.5.1 基于實驗的半關(guān)聯(lián)性質(zhì)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?0.5.2 基于微觀守恒方程的計算流體力學(xué)模型參考文獻(xiàn)第11章 煤粉燃燒11.1 煤粉火炬燃燒的特點11.1.1 煤粉氣流的點燃特性11.1.2 煤粉氣流的火焰特性11.1.3 燃燒室特性11.1.4 煤粉燃燒的污染排放與控制11.1.5 煤粉燃燒對燃燒室受熱面的污染特性11.2 煤粉的制備11.2.1 煤粉的一般特性11.2.2 煤粉燃燒器和燃燒室11.2.3 制粉系統(tǒng)11.3 直流煤粉燃燒器及其布置11.3.1 直流煤粉燃燒器的布置11.3.2 幾種常見的直流煤粉燃燒器11.4 旋流煤粉燃燒器及其布置11.4.1 幾種常見的旋流煤粉燃燒器11.4.2 旋流煤粉燃燒器的布置11.5 現(xiàn)代大型煤粉燃燒技術(shù)11.5.1 煤粉火焰的穩(wěn)定方法和原理11.5.2 低NOx煤粉燃燒技術(shù)11.6 液態(tài)排渣煤粉燃燒11.6.1 液態(tài)排渣煤粉燃燒的主要型式11.6.2 液態(tài)排渣煤粉燃燒的主要特點11.7 煤粉燃燒的數(shù)值模擬概述11.7.1 煤粉顆粒燃燒過程的數(shù)值計算11.7.2 煤粉燃燒過程的物理模型及其數(shù)學(xué)描述11.7.3 對200MW鍋爐煤粉燃燒全過程模擬結(jié)果參考文獻(xiàn)第12章 煤的氣化12.1 水煤漿12.1.1 水煤漿的優(yōu)點12.1.2 水煤漿的生產(chǎn)12.1.3 水煤漿的霧化12.2 煤的氣化理論12.2.1 煤氣化概述12.2.2 煤氣化的主要反應(yīng)過程12.2.3 煤氣化氣化反應(yīng)動力學(xué)12.2.4 煤氣化反應(yīng)的影響因素12.3 煤的固定床氣化12.3.1 固定床氣化工藝原理12.3.2 固定床氣化工藝分類12.3.3 固定床氣化典型工藝12.3.4 固定床加壓氣化爐關(guān)鍵設(shè)備12.3.5 固定床加壓氣化在中國的應(yīng)用及其改進(jìn)12.4 煤的流化床氣化12.4.1 流化床氣化基本原理12.4.2 流化床氣化的典型技術(shù)及結(jié)構(gòu)12.5 煤的氣流床氣化12.5.1 氣流床煤氣化技術(shù)原理12.5.2 典型氣流床煤氣化技術(shù)12.6 煤氣化的數(shù)值模擬概論12.6.1 煤氣化數(shù)值模擬方法12.6.2 煤氣化數(shù)值模擬方法參考文獻(xiàn)彩版

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：第1章  燃料、燃燒產(chǎn)物及熱損失1.1  燃料的化學(xué)成分和性質(zhì)工業(yè)和發(fā)電燃燒設(shè)備（鍋爐）上所用的燃料有固體燃料（以煤為主）、液體燃料（以重油為主）和氣體燃料（煤氣）三大類。在我國，煤是最主要的鍋爐用燃料，燃燒液體和氣體燃料的工業(yè)鍋爐和電站鍋爐只占很小部分［1］。1.1.1  燃料的成分及燃燒特性各種固體、液體及氣體燃料都屬于有機(jī)燃料。燃料的化學(xué)成分主要有碳、氫、氧、氮、硫、灰分及水分。1.碳碳是燃料中主要的可燃元素，一般占燃料成分的15%～90%，煤中占50%～90%。埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氫、氧、氮等的含量則較低。例如，無煙煤的埋藏年代最久，含碳量可達(dá)90%以上；而褐煤埋藏年代最短，含碳量為30%～40%。碳完全燃燒時生成二氧化碳（CO2），此時每千克純碳可放出32866kJ熱量；碳不完全燃燒時生成一氧化碳（CO），此時每千克純碳放出的熱量僅為9270kJ。由于純碳的著火與燃燒都較困難，因此含碳量高的煤難以著火、燃盡。例如無煙煤，雖然其發(fā)熱量較高，但屬于難燃的煤種，需要特殊的燃燒設(shè)備，以利于其著火與燃盡。2.氫氫也是燃料中的可燃成分，其發(fā)熱量最高，每千克氫燃燒后的低位發(fā)熱量為120370kJ，約為純碳發(fā)熱量的4倍，但煤中氫的含量較少，為2%～10%。隨著碳化程度的加深，煤中的氫元素含量減少。液體燃料中的氫元素含量稍多，一般可達(dá)15%左右。氣體燃料中的含氫量較多，尤其是天然氣。因此，燃用含氫較多的燃料利于減少CO2排放。燃料中的氫一般不含水中的氫。3.硫氣體燃料中的硫以氣體化合物的形式存在，如硫化氫。液體燃料中的硫大多是有機(jī)物大分子中的一個或多個原子，與其他碳、氫、氧原子結(jié)合。固體燃料中的硫分為兩部分，一部分含在硫酸鹽中，如硫酸鈣、硫酸鎂，稱為無機(jī)硫，它不能燃燒，是灰分的一部分；另一部分是有機(jī)硫和黃鐵礦硫，可燃燒放熱，稱為可燃硫，但其熱值不高，每千克可燃硫的發(fā)熱量僅為9100kJ。煤中的硫鐵礦硫和硫酸鹽硫，是成煤過程中隨地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，從周圍環(huán)境混雜進(jìn)來的，因此在煤炭中是相對獨立的，絕大部分可以通過煤炭洗選的物理方法分離出來。但是有機(jī)硫已經(jīng)成為煤炭結(jié)構(gòu)的有機(jī)組成部分，見圖1.1，硫原子與碳等原子形成了緊密結(jié)合的化學(xué)鍵，需要化學(xué)方法才可能分離出來。硫燃燒后在煙氣中以SO2及少量SO3存在，SO3使煙氣中的水蒸氣露點大大升高。煙氣中的SO2及SO3能溶解于水變成H2SO3（亞硫酸）及H2SO4（硫酸），它會導(dǎo)致鍋爐低溫受熱面如空氣預(yù)熱器的金屬腐蝕及堵灰。鍋爐排放的煙氣中，硫的化合物將會污染環(huán)境，對人類及動植物皆有害。我國大部分煤中硫酸鹽硫含量很低，可忽略不計，而黃鐵礦硫在總硫分中占有較高的比例。我國大部分動力煤的含硫量為1%～2%，南方有些地區(qū)的劣質(zhì)煙煤的含硫量為3%～5%，有的甚至高達(dá)10%。含硫量超過2%的燃料稱為高硫燃料。燃用高硫燃料的鍋爐，設(shè)計時應(yīng)該重視減少低溫腐蝕；為滿足排放要求，需要采取脫硫措施。4.氧氧是燃料中的不可燃成分，可與燃料中的部分氫、碳等結(jié)合，見圖1.2。氧的存在，使燃料中的碳、氫可燃成分相對減少，因此氧元素的存在會使燃料發(fā)熱量有所下降。一般氧含量的變化范圍較大，如液體燃料僅含1%左右，固體燃料煤中的含氧量則隨碳化程度的加深而減少，如無煙煤的含氧量為1%～2%，而泥煤的含氧量可達(dá)40%。燃料中的氧一般不含水中的氧。5.氮氮也是燃料中的不可燃成分，氮元素的存在會使燃料發(fā)熱量有所下降。一般氮的含量只占1%～2%。氮和氧在高溫下形成氮氧化合物，包括NO、NO2及N2O，這對生態(tài)環(huán)境極為有害。目前，國內(nèi)外都在研究能降低排煙中NOx含量的燃燒設(shè)備，已取得了較大的進(jìn)展。在設(shè)計燃燒設(shè)備時，應(yīng)充分重視NOx的原始排放問題。6.灰分灰分是燃料中不可燃的礦物雜質(zhì)在燃燒時形成的產(chǎn)物。灰分來自于礦物，但不同于礦物。燃料燃燒后形成的灰分成分與原來燃料里的礦物成分不完全相同，因為在燃燒過程中有分解、化合等反應(yīng)。各種燃料的灰分含量相差較大，如氣體燃料及液體燃料基本上不含灰分，固體燃料煤中灰含量為10%～30%，有些劣質(zhì)煤的灰含量可達(dá)50%以上，油頁巖的含灰量高達(dá)70%。灰分的來源有兩個，一是形成燃料的物質(zhì)本身的礦物質(zhì)和燃料形成過程中進(jìn)入的外來礦物質(zhì)，稱為內(nèi)在灰分；二是開采運輸過程中摻雜進(jìn)來的礦物質(zhì)，如灰塵、沙土等，稱為外在灰分。燃料中灰分含量高，不僅導(dǎo)致發(fā)熱量減小，而且影響燃料的著火與燃燒。由于燃燒的煙氣中灰分濃度大，使受熱面易受污染而影響傳熱、降低效率，使受熱面易磨損而減少壽命，因此對排煙中所含粉塵必須采用高效除塵措施，使含塵降低至合格的排放指標(biāo)，以減少向大氣中的粉塵排放。對于灰分含量高于40%的劣質(zhì)燃料，應(yīng)該就地使用，不宜長途運輸，否則經(jīng)濟(jì)上不合算?；曳值娜埸c是非常重要的特性指標(biāo)，簡稱灰熔點。該特性指標(biāo)與灰中的成分及含量有關(guān)，大多數(shù)煤的灰分呈酸性，因其中含SiO2很多?；抑懈髦饕煞值娜刍瘻囟雀鞑幌嗤?，見表1.1。灰分的熔點與成分含量有關(guān)。例如，當(dāng)SiO2+Al2O3含量高，且SiO2/Al2O3比值低（約為1.18）時，灰熔點大多較高；SiO2/Al2O3比值升高，則灰熔點降低。灰熔點常用三個特征溫度表示，即溫度DT、ST、FT。溫度DT為灰的開始變形溫度，ST為灰的軟化溫度，F(xiàn)T為灰的熔化溫度。其測定方法采用角錐法。將灰樣研碎并加黏結(jié)劑制成角錐體，將它放入可觀測的高溫電爐中加熱。試樣加熱到一定溫度時，角錐頂尖開始變形，該溫度即為DT。再加熱使角錐軟化歪倒，此時的溫度為ST。溫度繼續(xù)升高，當(dāng)角錐開始熔化時，此溫度即FT。DT、ST、FT溫度對應(yīng)的灰錐形狀示于圖1.3?；胰埸c的測量結(jié)果與測量設(shè)備中的氣氛有關(guān)，還原性氣氛下測定的灰熔點比氧化性氣氛中低，因此通常規(guī)定測量在半還原性氣氛下進(jìn)行。一般煤的灰熔點（DT、ST、FT）在1273～1873K。低灰熔點的煤在層燃爐排上燃燒時，會使?fàn)t排及爐拱上結(jié)渣，影響供給燃燒的空氣與焦炭顆粒的良好接觸，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致層燃爐不能正常運行。流化床中，結(jié)渣將形成大粒度的團(tuán)塊，使流化質(zhì)量受到致命的影響，導(dǎo)致結(jié)焦進(jìn)一步惡化，甚至整個床層結(jié)為一塊，因此流化床中要嚴(yán)格控制結(jié)渣問題。在煤粉爐中，如果飛灰處于熔化狀態(tài)，就會黏在燃燒室受熱面及爐墻上，熔化的灰堆積冷卻成渣塊，常稱為結(jié)渣。結(jié)渣后的受熱面吸熱量減少，從而使?fàn)t溫升高；爐溫的升高又使結(jié)渣更為嚴(yán)重，這樣，造成惡性循環(huán)，使鍋爐不能正常運行。另外，DT、ST、FT的間隔大小對結(jié)渣及渣的流動性也有影響，間隔較大（約200K）的稱為長渣，間隔較小的（約100K）稱為短渣。長渣凝固較慢，短渣凝固較快。為了燒低灰熔點的煤，采用所謂液態(tài)排渣爐，即灰渣在熔化流動狀態(tài)下排出爐外。為提高爐內(nèi)溫度，常將一部分水冷壁涂敷耐火材料，以減少吸熱量。升高爐溫（燃燒溫度最高可達(dá)1973K）可使灰保持液態(tài)，順墻流出排渣口。為了確保液態(tài)排渣爐能順利排出液態(tài)渣，除要求煤的灰熔點較低外，還需了解不同溫度下的灰黏度即黏溫特性，以估計能否在一定溫度范圍內(nèi)排渣。燃用低灰熔點的長渣煤有利于液態(tài)渣的形成和排出。在液態(tài)排渣爐和氣化爐中，通常要控制反應(yīng)溫度高于灰熔點，若灰熔點高于燃燒溫度，將不能有效形成液態(tài)渣層，同樣影響設(shè)備的正常運行。此時，通常在燃料中摻混部分石灰石等礦物質(zhì)，可在一定程度上降低灰熔點。7.水分水分是燃料中的不可燃成分。其含量變化很大，如液體燃料含水分1%～3%，固體燃料中埋藏年代短的年輕褐煤水分可達(dá)50%，如云南昭通褐煤；老年褐煤的水分也超過30%，如內(nèi)蒙古白音華褐煤。煤中水分有三種，即外部水分、內(nèi)部水分和結(jié)晶水分，見圖1.4。外部水分是附著在顆粒內(nèi)外表面的水分，包括表面水和大孔水。將煤樣放在空氣中自然干燥，很快會失去一部分水分，并達(dá)到空氣平衡的狀態(tài)，失去的這部分水分稱外部水分（Mwz）。外部水分包括煤在礦層中吸收的地下水，還有存放和運輸時遇雨雪，以及人為噴灑的水分。吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中的水分為內(nèi)部水分包括微孔水和閉孔水。將空氣干燥下得到的煤樣放到烘箱內(nèi)，在375～378K下烘干，此過程失掉的水分稱內(nèi)部水分（Mnz），內(nèi)部水分也叫做固有水分。實際上在測量內(nèi)在水分過程中，存在于閉孔中的水分可能會有部分無法釋放出來，因此內(nèi)在水分的測量值小于實際值。煤中一部分水與煤中的一些化合物結(jié)合，稱化合水、結(jié)合水或結(jié)晶水（MR）。結(jié)晶水用加熱方法不能測出，通常和閉孔中的內(nèi)在水一起計在揮發(fā)分中，認(rèn)為是揮發(fā)分的一部分。含水分大的燃料發(fā)熱量低，不易著火、燃燒，而且在燃燒過程中水分的汽化要吸收熱量，降低燃燒溫度，使燃燒效率下降；同時，排煙熱損失大，使鍋爐效率降低；還易在低溫處腐蝕設(shè)備；由于煤中水分含量大還易使制粉困難，需要用高溫空氣或煙氣進(jìn)行干燥；水分大的燃料也不利于運輸［2］。1.1.2  燃料的成分分析基礎(chǔ)和換算1.燃料的成分分析基礎(chǔ)氣體燃料的成分用體積分?jǐn)?shù)表示；而固體和液體燃料的成分，通常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：C+H+O+N+S+A+M＝100%（1.1）式中：C、H、O、N和S分別為所含碳、氫、氧、氮和硫元素所占燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，A和M為灰分和水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。式（1.1）中的各成分可用元素分析和工業(yè)分析得到。下面以煤為例說明各成分分析基礎(chǔ)。由于同種煤的水分和灰分含量常隨開采、運輸、儲存或氣候條件的變化而改變，因此，其他成分的含量也隨之發(fā)生變化。為了實際應(yīng)用的需要和理論研究的方便，通常采用四種不同“基”作為燃料成分分析的基礎(chǔ)。例如，在表示煤的成分時，把水分、灰分含量除外，則以可燃質(zhì)成分作為百分之百，稱為干燥無灰基成分；如果把水分變化的因素排除，除去水分之外的其他含量作為成分的百分之百，則稱為干燥基成分；如將水分計入后就可得到所應(yīng)用的煤的成分，稱為收到基成分；當(dāng)煤樣在試驗室的正常條件下（293K、一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、相對濕度60%）放置，煤樣會失去一些水分，留下的穩(wěn)定的水分稱為實驗室正常條件下的空氣干燥水分，以該空氣干燥過的煤樣為基礎(chǔ)的成分稱為空氣干燥基成分。用收到基成分可以避免試驗中水分變化的影響。根據(jù)不同的成分分析基礎(chǔ)，式（1.1）可分別寫成（1）收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar＝100%（1.2）（2）空干基Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad＝100%（1.3）（3）干燥基Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad＝100%（1.4）（4）干燥無灰基Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf＝100%（1.5）測定煤中所含碳、氫、氧、氮、硫各元素、水分和灰分的含量的方法，稱元素分析法。2.煤的工業(yè)分析另一種工業(yè)上常用的分析煤的方法稱為工業(yè)分析。工業(yè)分析法測量比元素分析法簡單，它只需測定煤中所含水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）和固定碳（FC）。另外還需測定煤的發(fā)熱量Qnet、灰熔點、剩余焦炭特征及可磨系數(shù)。這種分析煤成分的方法比較簡單，適用于發(fā)電廠等運行單位對煤質(zhì)的日常分析。將煤的試樣放在375～378K的恒溫箱中干燥約1h，所失去的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為水分（M）。煤樣放于留有小通氣孔的帶蓋坩堝中，在1173K恒溫的馬弗爐內(nèi)隔絕空氣加熱約7min，煤樣因受高溫而裂解，放出可燃?xì)怏w，余下固定碳與灰分（統(tǒng)稱焦炭），此時煤樣所失去的質(zhì)量減去水分后，稱為揮發(fā)分，以V表示。煤樣放入開口坩堝內(nèi)，置于馬弗爐內(nèi)燃燒，燃燒后余下的物質(zhì)為不可燃的灰分，以A表示。放出揮發(fā)分后，煤樣殘余的份額減去灰分的份額，即為固定碳，以FC表示。工業(yè)分析的四項成分，即水分（M）、揮發(fā)分（V）、固定碳（FC）與灰分（A）之和為100%，即M+V+FC+A＝100%（1.6）    同理，煤的工業(yè)分析也可有收到基、空干基、干燥基、干燥無灰基等：（1）收到基Mar+Var+FCar+Aar＝100%（1.7）（2）空干基Mad+Vad+FCad+Aad＝100%（1.8）（3）干燥基Vd+FCd+Ad＝100%（1.9）（4）干燥無灰基FCdaf+Vdaf＝100%（1.10）    煤的干燥無灰基揮發(fā)分的含量Vdaf，是衡量煤種是否易于燃燒的重要指標(biāo)。Vdaf含量高，表明煤容易著火，也容易燃燒穩(wěn)定和燃盡。通常在煤的分類中把Vdaf作為重要依據(jù)。例如，Vdaf小于9%的煤稱為無煙煤，這種煤極其難燃。Vdaf為9%至19%的煤稱為貧煤，比無煙煤易于燃燒些。Vdaf大于19%的煤稱為煙煤、褐煤，它們都比較容易著火和燃燒。褐煤的水分高些，有的含灰量也比較高。在工業(yè)分析中，還可對放出揮發(fā)分后所剩余的焦炭（固定碳與灰分）鑒定其黏結(jié)的程度，稱焦結(jié)性。焦炭的焦結(jié)性強弱程度隨煤種的差異而不同，它對層燃爐的燃燒過程影響較大，而對流化床和煤粉爐的燃燒過程則無影響。焦結(jié)性很強的煤在爐排上使焦炭形成黏結(jié)性很強的焦塊，這樣會使煤層通風(fēng)不均勻，焦塊的燃盡也較困難，造成底渣中含碳量增加、燃燒效率降低。另一些焦結(jié)性很弱的煤，在爐排上燃燒時形成松散粉狀的焦炭，容易在未燃盡前就被通過爐排的空氣吹走，或落到爐排下，造成燃料的損失。焦炭結(jié)焦性特征從粉狀至強膨脹熔融黏結(jié)共分為八類［3］。設(shè)計層燃燃燒設(shè)備時，要考慮煤的焦結(jié)性特征［4］。3.燃料成分基礎(chǔ)的換算固體燃料各種基成分間的相互關(guān)系見圖1.5。

編輯推薦

徐旭常、呂俊復(fù)、張海編著的《燃燒理論與燃燒設(shè)備（第2版）》前3章分別介紹了燃料燃燒概論、涉及燃燒反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)和氣固反應(yīng)理論，以及燃燒中涉及的流動尤其是氣固兩相流動的基本知識，以便為后續(xù)的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。    自燃和點燃、預(yù)混可燃?xì)怏w的火焰?zhèn)鞑?、火焰穩(wěn)定和射流火焰等是燃燒理論的基礎(chǔ)內(nèi)容。為便于對本質(zhì)的理解，將其結(jié)合氣體燃燒在第4章進(jìn)行闡述，并在第5章介紹了氣體燃燒設(shè)備。    第6、7章分別介紹了液體燃料的燃燒理論和燃燒器。液體燃料的燃燒理論歸結(jié)起來主要是液滴的蒸發(fā)、氣相的擴(kuò)散和燃燒。液體燃料燃燒器的設(shè)計和使用的關(guān)鍵問題是霧化和配風(fēng)。    第8章以煤為例，介紹了固體燃料的燃燒理論，包括異相化學(xué)反應(yīng)的焦炭燃燒問題。第9～11章分別介紹常用的固定床（層燃）、流化床、氣流床（室燃）的主要燃燒設(shè)備，并簡單涉及了煤燃燒中的污染物生成與控制。    結(jié)合燃燒理論與燃燒設(shè)備，在第12章中簡單介紹了煤的氣化理論和大規(guī)模煤氣化技術(shù)。

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