炭粒着火与燃烧机理
一. 炭粒的着火
着火：燃料由缓慢氧化状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程称为着火。
1. 燃烧过程着火和熄火的热力条件：
燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1
-n 10O 2燃烧过程中向周围介质的散热量
Q =k e
C VQ r
Q 2=αS (T -T b )
2点：着火温度 4点：熄火温度
改善着火的措施：
加强放热：增加可燃混合物的浓度、压力以及可燃混合物的初温 减小散热：减小气流速度，增加混合物初温
2. 煤粉气流的着火
着火热来源：卷吸周围高温烟气并接受高温火焰的辐射
煤的着火温度
煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度
着火热：包括加热煤粉及一次风，并使煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量
着火热近似计算公式：
100-M ar ⎛⎫
Q zh = V 1c k +c r g +∆Mc q ⎪(t zh -t 1)
100⎝⎭
⎛M ⎫
+ ar -∆M ⎪⨯[4. 19⨯(100-t 1) +2510+c q (t zh -100)]⎝100⎭
注：着火热随燃料性质（着火温度、燃料水分、灰分、煤粉细度）和运行工况（煤粉气流的
初温、一次风率和风速）的变化而变化。
影响着火热的因素：
.1. 燃料性质（挥发分、水分、灰分、煤粉细度） 2. 一次风温、一次风速、一次风量 3. 炉内散热条件 4. 燃烧器结构特性 5. 锅炉负荷
稳定着火过程的常用方法：
（1）组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合 （2）提高一次风温、采用合适的一次风量和风速 （3）采用较细的煤粉和敷设卫燃带
二. 炭粒的燃烧机理 1. 煤粉燃烧的三个阶段
（1）着火前的准备阶段
煤粉气流喷入炉内至着火这一阶段为着火前的准备阶段。着火前的准备阶段是吸热
阶段。在此阶段内，煤粉气流被烟气不断加热，温度逐渐升高。煤粉受热后，首先是水分蒸发，接着干燥的煤粉进行热分解并析出挥发分。一般认为，从煤粉中析出的挥发分先着火燃烧。挥发分燃烧放出的热量又加热炭粒，炭粒温度迅速升高，当炭粒加热至一定温度并有氧补充到炭粒表面时，炭粒着火燃烧。
（2）燃烧阶段
煤粉着火后进入燃烧阶段。燃烧阶段是一个强放热阶段。煤粉颗粒的着火燃烧首先从局部开始，然后迅速扩展到整个表面。煤粉气流一旦着火燃烧，可燃质与氧发生高速的燃烧化学反应、放出大量的热量，放热量大于周围水冷壁的吸热量，烟气温度迅速升高达到最大值，氧浓度及飞灰含碳量则急剧下降。
（3）燃尽阶段
燃尽阶段是燃烧过程的继续。煤粉经过燃烧后，炭粒变小，表面形成灰壳，大部分可燃物已经燃尽，只剩少量未燃尽继续燃烧。在燃尽阶段中，氧浓度相应减少，气流的扰动减弱，燃烧速度明显下降，燃烧放热量小于水冷壁吸热量，烟温逐渐降低，因此燃尽阶段占整个燃烧阶段的时间最长。
2. 炭粒的燃烧 炭粒表面燃烧过程：
燃烧：当燃料与氧化剂属于同一形态，称为均相燃烧或单相燃烧；当燃料与氧化剂
不属于同一形态，称为多相燃烧，例如固体燃料在空气中的燃烧。
煤粉燃烧的关键是其中炭粒的燃烧。这是因为：1. 焦炭中的碳是大多数固体燃料可
燃质的主要成分；2. 焦炭的燃烧过程是整个燃烧过程中最长的阶段，在很大程度上它能决定整个粒子的燃烧时间；3. 焦炭中碳燃烧的放热量占煤发热量的40%（泥煤）~95%(无烟煤) 它的发展对其他阶段的进行有着决定性的影响。因此，煤粉的整个燃烧过程中，关键在于组织好焦炭中炭的燃烧。
碳粒的燃烧机理是比较复杂的。大多数研究认为，碳与氧作用同时生成C02和CO ，
其反应式为：
C+02→C02 2C+02 →2CO
上述反应式称为一次反应，其反应生成的C02和CO 还伴随有下述反应，即：
C02+C →2CO 2CO+02 →2CO2
上述反应式称为二次反应，反应中生成的CO 和C02称为二次产物。 碳粒在静止的空气中燃烧：
碳粒在静止的空气中或碳粒与空气两者无相对运动燃烧时，在不同温度下，上述这些反应以不同方式组合成碳粒的燃烧过程。
当温度低于1200℃时，按下示反应式进行燃烧反应：
4C+302 → 2CO+2C02
此时由于温度较低，在碳粒表面生成的C02不能与C 发生上式所示气化反应。
当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始转向如下反应：
3C+202 →2CO+C02
此时，由于温度升高加速了碳粒表面的反应，生成更多的CO 。同时气化反应也因温度升高而显著地进行。CO 在向外扩散途中遇到远处向碳粒表面扩散的氧而产生燃烧，并将氧全部消耗掉。反应生成的C02同时向碳粒表面和周围环境两方扩散。
3. 燃烧速度和燃烧区域
（1）氧气从周围环境扩散到炭粒的表面 （2）氧气被炭粒表面吸附
（3）在炭粒表面进行的燃烧化学反应 （4）燃烧产物由炭粒解吸附
（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中
炭粒表面的化学反应速度 w B =kC B =kC B 氧向炭粒表面的扩散速度 w ks =αks (C 0-C B ) 燃烧稳定时 w B =w ks =w r w r =
b
111+k αks
C 0=k s C 0
k z =
111+k αks
动力燃烧区（>k , 扩散燃烧区（>1400ºC, αks
k z ≈k ） k z ≈αks ）
过渡燃烧区（αks 与k 处于同一数量级）
燃烧速度
温度
参考文献：
[1]冯俊凯 沈幼庭 杨瑞昌. 锅炉原理及计算3版. 北京：科学出版社，2003. [2]叶江明. 电厂锅炉原理及设备3版. 北京：中国电力出版社，2010. [3]威海. 燃烧理论基础及设备. 哈尔滨工业大学
炭粒着火与燃烧机理
一. 炭粒的着火
着火：燃料由缓慢氧化状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程称为着火。
1. 燃烧过程着火和熄火的热力条件：
燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1
-n 10O 2燃烧过程中向周围介质的散热量
Q =k e
C VQ r
Q 2=αS (T -T b )
2点：着火温度 4点：熄火温度
改善着火的措施：
加强放热：增加可燃混合物的浓度、压力以及可燃混合物的初温 减小散热：减小气流速度，增加混合物初温
2. 煤粉气流的着火
着火热来源：卷吸周围高温烟气并接受高温火焰的辐射
煤的着火温度
煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度
着火热：包括加热煤粉及一次风，并使煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量
着火热近似计算公式：
100-M ar ⎛⎫
Q zh = V 1c k +c r g +∆Mc q ⎪(t zh -t 1)
100⎝⎭
⎛M ⎫
+ ar -∆M ⎪⨯[4. 19⨯(100-t 1) +2510+c q (t zh -100)]⎝100⎭
注：着火热随燃料性质（着火温度、燃料水分、灰分、煤粉细度）和运行工况（煤粉气流的
初温、一次风率和风速）的变化而变化。
影响着火热的因素：
.1. 燃料性质（挥发分、水分、灰分、煤粉细度） 2. 一次风温、一次风速、一次风量 3. 炉内散热条件 4. 燃烧器结构特性 5. 锅炉负荷
稳定着火过程的常用方法：
（1）组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合 （2）提高一次风温、采用合适的一次风量和风速 （3）采用较细的煤粉和敷设卫燃带
二. 炭粒的燃烧机理 1. 煤粉燃烧的三个阶段
（1）着火前的准备阶段
煤粉气流喷入炉内至着火这一阶段为着火前的准备阶段。着火前的准备阶段是吸热
阶段。在此阶段内，煤粉气流被烟气不断加热，温度逐渐升高。煤粉受热后，首先是水分蒸发，接着干燥的煤粉进行热分解并析出挥发分。一般认为，从煤粉中析出的挥发分先着火燃烧。挥发分燃烧放出的热量又加热炭粒，炭粒温度迅速升高，当炭粒加热至一定温度并有氧补充到炭粒表面时，炭粒着火燃烧。
（2）燃烧阶段
煤粉着火后进入燃烧阶段。燃烧阶段是一个强放热阶段。煤粉颗粒的着火燃烧首先从局部开始，然后迅速扩展到整个表面。煤粉气流一旦着火燃烧，可燃质与氧发生高速的燃烧化学反应、放出大量的热量，放热量大于周围水冷壁的吸热量，烟气温度迅速升高达到最大值，氧浓度及飞灰含碳量则急剧下降。
（3）燃尽阶段
燃尽阶段是燃烧过程的继续。煤粉经过燃烧后，炭粒变小，表面形成灰壳，大部分可燃物已经燃尽，只剩少量未燃尽继续燃烧。在燃尽阶段中，氧浓度相应减少，气流的扰动减弱，燃烧速度明显下降，燃烧放热量小于水冷壁吸热量，烟温逐渐降低，因此燃尽阶段占整个燃烧阶段的时间最长。
2. 炭粒的燃烧 炭粒表面燃烧过程：
燃烧：当燃料与氧化剂属于同一形态，称为均相燃烧或单相燃烧；当燃料与氧化剂
不属于同一形态，称为多相燃烧，例如固体燃料在空气中的燃烧。
煤粉燃烧的关键是其中炭粒的燃烧。这是因为：1. 焦炭中的碳是大多数固体燃料可
燃质的主要成分；2. 焦炭的燃烧过程是整个燃烧过程中最长的阶段，在很大程度上它能决定整个粒子的燃烧时间；3. 焦炭中碳燃烧的放热量占煤发热量的40%（泥煤）~95%(无烟煤) 它的发展对其他阶段的进行有着决定性的影响。因此，煤粉的整个燃烧过程中，关键在于组织好焦炭中炭的燃烧。
碳粒的燃烧机理是比较复杂的。大多数研究认为，碳与氧作用同时生成C02和CO ，
其反应式为：
C+02→C02 2C+02 →2CO
上述反应式称为一次反应，其反应生成的C02和CO 还伴随有下述反应，即：
C02+C →2CO 2CO+02 →2CO2
上述反应式称为二次反应，反应中生成的CO 和C02称为二次产物。 碳粒在静止的空气中燃烧：
碳粒在静止的空气中或碳粒与空气两者无相对运动燃烧时，在不同温度下，上述这些反应以不同方式组合成碳粒的燃烧过程。
当温度低于1200℃时，按下示反应式进行燃烧反应：
4C+302 → 2CO+2C02
此时由于温度较低，在碳粒表面生成的C02不能与C 发生上式所示气化反应。
当温度高于1200℃以后，碳粒燃烧开始转向如下反应：
3C+202 →2CO+C02
此时，由于温度升高加速了碳粒表面的反应，生成更多的CO 。同时气化反应也因温度升高而显著地进行。CO 在向外扩散途中遇到远处向碳粒表面扩散的氧而产生燃烧，并将氧全部消耗掉。反应生成的C02同时向碳粒表面和周围环境两方扩散。
3. 燃烧速度和燃烧区域
（1）氧气从周围环境扩散到炭粒的表面 （2）氧气被炭粒表面吸附
（3）在炭粒表面进行的燃烧化学反应 （4）燃烧产物由炭粒解吸附
（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中
炭粒表面的化学反应速度 w B =kC B =kC B 氧向炭粒表面的扩散速度 w ks =αks (C 0-C B ) 燃烧稳定时 w B =w ks =w r w r =
b
111+k αks
C 0=k s C 0
k z =
111+k αks
动力燃烧区（>k , 扩散燃烧区（>1400ºC, αks
k z ≈k ） k z ≈αks ）
过渡燃烧区（αks 与k 处于同一数量级）
燃烧速度
温度
参考文献：
[1]冯俊凯 沈幼庭 杨瑞昌. 锅炉原理及计算3版. 北京：科学出版社，2003. [2]叶江明. 电厂锅炉原理及设备3版. 北京：中国电力出版社，2010. [3]威海. 燃烧理论基础及设备. 哈尔滨工业大学