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1 低热值燃气燃烧特性

低热值气体燃料并没有明确的概念，通常根据气体燃料自身发热量可将气体燃料分为高热值燃料（Q＞15.07MJ/m3）、中热值燃料（6.28MJ/m3＜Q＜15.07MJ/m3）及低热值燃料（Q＜6.28MJ/m3），工业中常见的低热值气体燃料主要有化工过程低热值尾气、高炉煤气、石油化工行业冶炼尾气、煤矿低浓度气等。其中，高炉煤气、煤层气等热值介于3.0～6.28MJ/m3的低热值燃料的研究应用已逐步展开，但在工业生产中还存在一些工业废气，含有少量的可燃成分，热值非常低，甚至远低于3.0MJ/m3，这种超低热值燃气种类很多，比如某些煤层气、生物质气化气、垃圾掩埋坑气、炭黑尾气、一些工艺废气等。超低热值燃气比低热值燃气点火、稳燃更困难，能量密度低，长距离输送不经济，在当地没有合适的热用户时只能直接放散，既浪费能源又污染环境。

低热值燃气燃烧器特性主要包括以下几个方面：

（1）燃气中可燃成分少，热值低，着火温度高，火焰传播速度慢，难以点火及稳定燃烧；

（2）燃气压力低且波动范围大，压力过低、速度过慢时容易回火；

（3）低热值燃气多为化工生产线的尾气，需对多条生产线进行汇总综合利用，燃气的流量变化大；

（4）化工工艺过程的操作对尾气的成分及热值影响较大，尾气的燃烧工艺如配风系数需及时匹配调整，否则容易熄火。

2 低热值燃气的稳燃技术

根据燃烧理论，为保证低热值燃气的稳定燃烧，主要的稳燃措施包括优化着火条件、提高火焰温度以及优化燃烧场分布等。

（1）优化着火条件

低热值气体燃料的着火极限高，着火比较困难，燃烧温度也较低。为此，需要提高燃气热值，降低燃料着火下限。如掺烧高热值燃料，提高混合燃气的热值，降低着火温度；燃料和空气预热提高初始温度。

（2）提高火焰温度

燃烧温度的提髙可强化炉内辐射换热并改善炉内的燃烧状况。而实际火焰温度与装置类型、燃烧效率、燃料种类、空气/燃气预热温度等有关。如：强化燃料和空气的混合，降低不完全燃烧损失；合理设计炉膛结构，进行绝热燃烧，减少系统散热量；降低空气过剩系数或采用纯氧/富氧燃烧。

（3）优化燃烧场分布

燃烧场的分布包括燃气、空间以及烟气在燃烧空间的分布，燃烧场特别是温度场的优化分布来源于高温烟气对新鲜燃气、空气的加热，进而促进空气与烟气短时间内升温至着火温度。如旋流燃烧中心回流区强化燃烧，提高火焰温度；钝体稳定燃烧技术。

2.1 掺烧高热值气体燃料

掺烧高热值气体燃料分为两种类型：

（1）采用高热值辅助燃料，作为长明灯使用，形成稳定的高温热源，燃烧机，引燃主流燃气和空气混合物；

（1）全混型掺混燃烧，以均匀混合的高低热值燃气为燃料，可燃物含量增加，降低着火温度，提高燃烧温度，改善了燃烧条件。该方法在低热值燃气稳定燃烧中较为常用。需要注意的是，因高热值燃料成本较高，在保证低热值气体燃料稳定燃烧的前提下，利雅路燃烧机，髙热气体燃料的掺烧比例越小，则经济性越好。文午祺、陈福龙等基于回流区分级着火原理，针对钝体或旋转气流等形成的燃烧器喷口附近的高温低速回流区，喷入小股高热值燃料使其着火，然后点燃热值仅为1250kJ/kg左右的超低热值气体主流，从而使火焰稳定，燃烧强度提高。高低热值燃料供热比21：79，平均热值1584kJ/kg。

2.2 富氧燃烧/纯氧燃烧

燃烧反应是燃料中可燃物与氧气发生的氧化放热反应，富氧燃烧/纯氧燃烧就是指以氧含量大于21%甚至达到100%的氧化剂与低热值气体燃料进行混合燃烧。在理论需氧量不变的前提下，氧含量的提高减少燃烧烟气量，炉内火焰温度大幅度提高，不具备辐射能力的氮气所占比例减少，有利于提高烟气黑度，增强有利于炉膛内部辐射传热。但富氧燃烧因需要配备空气分离装置，故釆用富氧燃烧方法时，掺烧的空气中的氧浓度不宜太高，否则会影响系统经济性，这也需要在低热值气体燃料回收的经济性和稳定燃烧所需的低氧浓度之间找到一个平衡点，一般富氧浓度在26%～31%时。

2.3 高温空气预热燃烧

高温空气预热技术是充分利用加热炉的排烟余热将助燃空气加热到1000℃，甚至更高，使加热炉排烟温度降低到200℃，预热的高温空气可以增大燃烧速率、稳定低热值燃料燃烧。该技术不仅能提高燃烧速率，还能回收尾排烟气余热，提高热效率。朱彤、张健等对低热值煤气的高温空气燃烧过程进行了数值模拟，当燃气和助燃空气预热温度由600℃增加到1000℃，炉内高温度和平均温度分别上升267℃和268℃，有利于低热值燃气稳定燃烧。赵岩采用空-煤气双预热技术将空气预热到600℃以上，煤气预热到450℃以上，预热后的低热值煤气可直接用于加热炉燃烧，实现了低热值煤气的直接利用和废气余热回收。高温空气预热通常与蓄热燃烧相结合，空气通过换向阀进入高温蓄热体，热能释放给助燃空气，温度提高到接近炉膛温度，由于空气温度在燃气的着火点以上，可以实现稳定燃烧。

2.4 旋流燃烧

旋流燃烧是利用气流旋转强化低热值煤气燃烧和***火焰的燃烧技术，能够有效提高燃烧的强度和火焰的稳定性。旋转射流除了具有直流射流存在的轴向分速度和径向分速度外，还有一个切向分速度，而且其径向分速度在喷嘴出口附近比直流射流的径向分速度大得多，在强旋转气流作用下，旋转射流的内部建立了一个回流区，不但从射流外侧卷吸周围介质，而且还从内回流区中卷吸介质，在燃烧过程中，从内外回流区卷吸的高温烟气对着火的稳定性起着十分重要的作用。郭涛通过对高炉煤气燃烧火焰的传播速度、回火、脱火以及旋转射流的研究，研制了高炉煤气双旋流燃烧器，实现了高炉煤气的稳定燃烧。

陈宝明等利用旋流加强空气与低热值燃气的混合，结合蓄热稳燃技术，成功研制了低热值燃气燃烧器，可实现高炉煤气、工业尾气、炭黑尾气等种类的燃气在不配长明火的情况下稳定***燃烧。

2.5 钝体稳燃

钝体稳燃机理是利用烟气在钝体后形成的高温低速回流区作为稳定的点火源。当空气燃气绕过钝体时，钝体后形成一个稳定的回流区，在回流区内充满回流的高温烟气，使回流区成为内部蓄热体，在回流区外侧与主流之间的区域，是新鲜燃气空气混合物和热回流烟气的湍流混合区，边界上存在较大的径向速度梯度，可燃混合物与高温烟气之间发生强烈的质量、动量及能量交换，可燃混合物就不断被加热而升温，并达到着火温度开始着火。

北京市节能监测中心研制推出的第二代超低氮燃烧设备亮相中国暖通展。该设备是装在燃气锅炉上的一种燃烧器，可以使燃气锅炉的氮氧化物排放低于30mg，这也是北京市环保局要求2017年4月后所有燃气锅炉必须达到的排放标准。

据北京节能技术监测中心经理蒋历民介绍，现在北京市运行的2万多台燃气锅炉，氮氧化物排放基本都在100mg/m3以上，污染物排放减排存在巨大空间。“我们研发的超低氮燃烧器已经在20多台燃气锅炉上得到试用，可以使氮氧化物排放持续稳定在30mg/m3以下，这也是北京市DB11-139-2015地方***，对锅炉尾气排放提出的***严要求。”

蒋历民坦言，“与传统扩散式燃烧技术相比，这种采用全预混表面燃烧技术的超低氮燃烧器安全性更高。扩散燃烧是将燃气与空气直扩散在整个炉膛燃烧，一旦爆燃，其影响相当大。而我们这个燃烧技术由于金属纤维网容积远远小于整个炉膛，因此也相对安全的多。另外，燃气锅炉燃烧机，丝网空隙设计上，烧头前端***薄弱区域设计有专门泄压开孔;其朝向锅炉防爆门方向;即使万一出现爆燃，也不致于损坏锅炉。”。

据了解，燃气锅炉烟气排放产生的氮氧化物是雾霾的重要成因之一，为控制雾霾的形成，2015年7月北京市环保局颁布新的《锅炉大气污染物排放标准》规定，燃烧机，氮氧化物排放限值从平均120mg/m3降至到30mg/m3，新标准将于2017年4月1日开始实施。目前全市有20蒸吨以下的中小型燃气锅炉9500台左右，***晚要在2017年年底前完成低氮排放改造。“现在锅炉运营单位都在等环保部门的补贴政策和标准，不过目前我们的产品年产量约在2000台左右。

低氮燃烧器顾名思义就是燃烧器的时候燃烧更充分，使其产生的氮氧化物更加的少从而控制污染物的排放以达到环保的目的。

达到低氮的燃烧器目的的方法现在国内外有不通的论述，河南燃烧器实现低氮燃烧的方法也是众说纷纭，百家争鸣。但是到底哪种方法才是***节省成本还能排放达标的一直也没有一种统一的结论。

今天就带大家来了解一下低氮的集中常见的实现方法。

1，采用更好油气混合装置，以达到低氮燃烧的效果，河南燃烧器现在很多燃烧器排放不达标就是因为燃烧器运转的时候，燃料与空气混合不够完全导致燃烧器效率低下。这种放法确实能起到一定的效果，但是对于究竟什么才是合适的尤其混合比例，以及到底如何控制油气混合比例才比较稳定。一直没有的答案。

2，改进喷油喷气系统以达到低氮燃烧的目的，首先。市面上除了博纳燃烧器，很多燃烧器都存在喷油均衡的问题，尤其是一些小得燃烧器生产厂家。为了节省陈本，偷工减料，造成燃烧器喷油嘴喷油不均匀，燃烧器排放污染物不达标。所以如果能改进燃烧器的喷油系统也能一定程度上提高燃烧器效率，以达到燃烧器低氮排放的目的。