所謂低熱值氣體，是指煤或焦炭等固體燃料氣化后得到的低熱值氣體燃料。在當(dāng)前節(jié)能降耗的社會(huì)背景下，低熱值燃?xì)獾膽?yīng)用將具有極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。下面西安燃燒控制器廠家給我們具體的詳解。

1 低熱值氣體燃燒特性

低熱值氣體燃料沒有明確的概念。通常，氣體燃料可分為高熱值燃料（Q>15.07MJ/m3）、中熱值燃料（6.28MJ/m3＜Q＜15.07MJ/m3）和低熱值燃料（Q＜6.28MJ/m3） )，工業(yè)上常見的低熱值氣體燃料主要有化工過程低熱值尾氣、高爐煤氣、石油化工冶煉尾氣、煤礦低濃度煤氣等。其中，低熱值氣體的研究與應(yīng)用高爐煤氣、煤層氣等熱值在3.0～6.28MJ/m3范圍內(nèi)的高值燃料逐步開展。但是，工業(yè)生產(chǎn)中仍然存在一些工業(yè)廢氣，它們含有少量可燃成分，熱值很低。 ，甚至遠(yuǎn)低于3.0MJ/m3的超低熱值氣體種類很多，如一些煤層氣、生物質(zhì)氣化氣、垃圾填埋氣、炭黑尾氣、一些工藝廢氣等。高值氣體比低熱值氣體更難點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒，能量密度低，長(zhǎng)途運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)當(dāng)?shù)貨]有合適的熱用戶時(shí)，只能直接排放，既浪費(fèi)能源，又污染環(huán)境。

低熱值燃?xì)馊紵鞯奶攸c(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)氣體中可燃成分少，熱值低，著火溫度高，火焰?zhèn)鞑ヂ?，點(diǎn)火困難，燃燒穩(wěn)定；

(2)氣體壓力低，波動(dòng)范圍大。壓力過低、速度過慢時(shí)，容易回火；

（3）低熱值氣體多為化工生產(chǎn)線尾氣，需多條生產(chǎn)線匯總綜合利用，氣體流量變化較大；

（4）化學(xué)過程的運(yùn)行對(duì)廢氣的成分和熱值，以及空氣分配系統(tǒng)等廢氣的燃燒過程有很大影響數(shù)量需要及時(shí)匹配調(diào)整，否則容易燒壞。

2 低熱值氣體穩(wěn)燃技術(shù)

根據(jù)燃燒理論，為..低熱值氣體的穩(wěn)定燃燒，主要的穩(wěn)定燃燒措施包括優(yōu)化點(diǎn)火條件、提高火焰溫度、優(yōu)化燃燒場(chǎng)分布。

(1) 點(diǎn)火條件的優(yōu)化

低熱值氣體燃料的著火極限高，點(diǎn)火困難，燃燒溫度也低。為此，需要提高燃?xì)獾臒嶂担档腿剂宵c(diǎn)火的下限。例如，混合高熱值燃料，提高混合氣體的熱值，降低著火溫度；燃料和空氣的預(yù)熱提高了初始溫度。

(2)提高火焰溫度

燃燒溫度的升高可以加強(qiáng)爐內(nèi)輻射傳熱，改善爐內(nèi)燃燒條件。實(shí)際火焰溫度與設(shè)備類型、燃燒效率、燃料種類、空氣/燃?xì)忸A(yù)熱溫度等有關(guān)。如：加強(qiáng)燃料與空氣的混合，減少不完全燃燒的損失；合理設(shè)計(jì)爐膛結(jié)構(gòu)進(jìn)行絕熱燃燒，減少系統(tǒng)散熱；降低過量空氣系數(shù)或使用純氧/富氧燃燒。

(3) 優(yōu)化燃燒場(chǎng)分布

燃燒場(chǎng)的分布包括燃燒空間內(nèi)氣體、空間和煙氣的分布。燃燒場(chǎng)特別是溫度場(chǎng)的.佳分布來自于高溫?zé)煔鈱?duì)新鮮氣體和空氣的加熱。這反過來又促使空氣和煙氣的溫度在短時(shí)間內(nèi)上升到著火溫度。如渦流燃燒中心再循環(huán)區(qū)加強(qiáng)燃燒，提高火焰溫度；鈍體穩(wěn)定燃燒技術(shù)。

2.1 混合高熱值氣體燃料

混合高熱值氣體燃料分為兩種：

(1)高熱值輔助燃料作為..燈，形成穩(wěn)定的高溫?zé)嵩?，點(diǎn)燃主流氣體和空氣混合物；

(1)全混合摻混燃燒，采用混合均勻的高低熱值氣體作為燃料，增加可燃物含量，降低著火溫度，提高燃燒溫度，改善燃燒條件。這種方法常用于低熱值氣體的穩(wěn)定燃燒。需要說明的是，由于高熱值燃料成本較高，在..低熱值氣體燃料穩(wěn)定燃燒的前提下，高熱值氣體燃料的摻混比越小，經(jīng)濟(jì)性越好。文無奇、陳福龍等，根據(jù)再循環(huán)區(qū)分級(jí)點(diǎn)火原理，針對(duì)鈍體或旋流形成的噴口附近的燃燒器。在高溫低速再循環(huán)區(qū)，注入少量高熱值燃料使其先點(diǎn)火，然后再點(diǎn)燃熱值僅為1250kJ/kg左右的超低熱值主流氣體，從而以穩(wěn)定火焰，提高燃燒強(qiáng)度。高低熱值燃料的加熱比為21：79，平均熱值為1584kJ/kg。

2.2 富氧燃燒/純氧燃燒

燃燒反應(yīng)是燃料中的可燃物與氧氣之間的氧化放熱反應(yīng)。富氧燃燒/純氧燃燒是指含氧量大于21%甚至....的氧化劑與低熱值氣體燃料混合燃燒。在理論需氧量不變的前提下，氧含量的增加減少了燃燒煙氣量，爐內(nèi)火焰溫度大幅度升高，無輻射能力的氮?dú)獗壤档?，有利于提高黑度?duì)煙氣和增強(qiáng)爐膛內(nèi)的輻射傳熱是有利的。但富氧燃燒需要配備空氣分離裝置，所以在采用富氧燃燒方式時(shí)，混合燃燒空氣中的氧氣濃度不宜過高，否則會(huì)影響燃燒的經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)，這也需要回收低熱值氣體燃料。有必要在穩(wěn)定性和穩(wěn)定燃燒所需的.低氧氣濃度之間找到一個(gè).佳平衡點(diǎn)。一般富氧濃度為26%～31%。

2.3 高溫空氣預(yù)熱與燃燒

高溫空氣預(yù)熱技術(shù)是充分利用加熱爐排熱，將助燃空氣加熱到1000℃甚至更高，使加熱爐排煙溫度降低到200℃，和預(yù)熱 高溫空氣可以提高燃燒速率，穩(wěn)定低熱值燃料的燃燒。該技術(shù)不僅可以提高燃燒率，還可以回收排煙余熱，提高熱效率。朱彤、張健等對(duì)低熱值氣體在高溫空氣中的燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。當(dāng)燃?xì)夂椭伎諝獾念A(yù)熱溫度從600℃升高到1000℃時(shí)，爐內(nèi).高溫度和平均溫度分別升高了267℃和268℃。 ，有利于低熱值氣體的穩(wěn)定燃燒。趙巖采用氣-氣雙重預(yù)熱技術(shù)，將空氣預(yù)熱至600℃以上，將氣體預(yù)熱至450℃以上。預(yù)熱后的低熱值氣體可直接用于加熱爐燃燒，實(shí)現(xiàn)了低熱值氣體的直接利用。和余熱回收。高溫空氣預(yù)熱通常與蓄熱式燃燒相結(jié)合，空氣是高溫蓄熱器進(jìn)入閥門，將熱能釋放到助燃空氣，升溫至接近爐溫。由于空氣溫度高于氣體的著火點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

2.4 旋流燃燒

旋流燃燒是一種利用氣流旋轉(zhuǎn)加強(qiáng)低熱值氣體燃燒，組織火焰的燃燒技術(shù)，可有效提高燃燒強(qiáng)度和火焰穩(wěn)定性。除了直流射流的軸向分速度和徑向分速度外，旋轉(zhuǎn)射流還具有切向分速度，其徑向分速度遠(yuǎn)大于直流射流在噴嘴出口附近的徑向分速度。在強(qiáng)烈的旋流氣流的作用下，旋流射流內(nèi)部建立了一個(gè)再循環(huán)區(qū)，既從射流外部夾帶周圍介質(zhì)，又從內(nèi)部再循環(huán)區(qū)夾帶介質(zhì)。氣體對(duì)火的穩(wěn)定性起著非常重要的作用。郭濤通過研究高爐煤氣燃燒火焰的傳播速度、回火、除火和旋轉(zhuǎn)射流，研制出高爐煤氣雙旋流燃燒器，實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣的穩(wěn)定燃燒。

2.5 鈍體穩(wěn)定燃燒

鈍體穩(wěn)定燃燒的機(jī)理是利用鈍體后面煙氣形成的高溫低速再循環(huán)區(qū)作為穩(wěn)定點(diǎn)火源。當(dāng)空氣和氣體繞過阻流體時(shí)，阻流體后形成穩(wěn)定的再循環(huán)區(qū)，再循環(huán)區(qū)充滿高溫?zé)煔?，使再循環(huán)區(qū)成為內(nèi)部蓄熱體。在再循環(huán)區(qū)外側(cè)與主流之間的區(qū)域，是新氣-空氣混合物與熱返回?zé)煔獾耐牧骰旌蠀^(qū)。邊界處存在較大的徑向速度梯度?？扇蓟旌衔锱c高溫?zé)煔庵g發(fā)生強(qiáng)烈的質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換，可燃混合物被持續(xù)加熱。在升溫并達(dá)到點(diǎn)火溫度時(shí)，它開始著火。

3.1 低過量空氣燃燒

低過量空氣燃燒是在盡可能接近理論空氣量的條件下進(jìn)行燃燒過程。 O2 的反應(yīng)是減少 NOx 排放的.簡(jiǎn)單方法，可將 NOx 排放量減少 15% 至 20%。但同時(shí)，如果爐內(nèi)含氧量過低，如低于3%，可能會(huì)導(dǎo)致煤氣燃燒不完全，出口煙氣中CO含量或其他因素可能燃料含量增加，降低燃燒效率。

3.2 空氣分級(jí)燃燒

空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是將助燃空氣分級(jí)進(jìn)入燃燒裝置的技術(shù)。通常，在..級(jí)燃燒區(qū)，助燃空氣量減少到總助燃空氣量的70%～75%（相當(dāng)于理論空氣量的80%），使燃料首先在缺氧富燃料燃燒條件下燃燒，過量空氣系數(shù)α<1，降低了燃燒區(qū)的燃燒速度和溫度水平，并在燃燒區(qū)形成。還原氣氛抑制..級(jí)燃燒區(qū)中NOx的產(chǎn)生。為了完成燃?xì)馊紵^程，將完全燃燒所需的剩余空氣送入第二級(jí)燃燒區(qū)，與..級(jí)“稀燃”產(chǎn)生的煙氣混合。該階段的空氣系數(shù)α>1，..了氣體的燃燒。同時(shí)，由于..階段產(chǎn)生的煙氣對(duì)空氣的稀釋作用，使局部氧含量降低，有利于降低反應(yīng)（1）和（2）的反應(yīng)速率。由于整個(gè)燃燒過程所需的空氣分兩級(jí)或多級(jí)送入燃燒區(qū)，故稱為空氣分級(jí)燃燒法。蔡磊等。采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)作為主要的燃燒控制方法，以減少鍋爐 NOx 排放。通過控制一次風(fēng)和二次風(fēng)的進(jìn)料，煙氣出口NOx含量由1164.92mg/m3降低到704.7mg/m3。

3.3 燃料分級(jí)技術(shù)

燃料分級(jí)燃燒技術(shù)也稱為三級(jí)燃燒技術(shù)或再燃燒技術(shù)?？諝夂腿剂戏蛛A段送入爐內(nèi)，形成初始燃燒區(qū)、再燃燒區(qū)和燃盡區(qū)。其原理是當(dāng)燃燒產(chǎn)生的NO遇到烴根CHi和不完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NOx的還原反應(yīng)，從而減少NOx的排放。 80%-85%的燃料送入..級(jí)燃燒區(qū)，在α>1的條件下燃燒生成NOx；剩余的15%-20%的燃料送入二段燃燒區(qū)，在α<1的條件下形成強(qiáng)還原氣氛，使一次燃燒區(qū)產(chǎn)生的NOx在二段燃燒區(qū)被還原為氮?dú)狻６稳紵齾^(qū)。二次燃燒區(qū)也稱為再燃燒區(qū)。在再燃燒區(qū)，不僅減少了生成的 NOx。 ，也抑制了新的 NOx由于可能存在未燃燒的燃料，因此需要將空氣送入第三級(jí)燃燒區(qū)，以..再燃燒區(qū)產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物被燒掉。美國(guó)John Zink公司利用燃料分段燃燒原理，開發(fā)了適用于管式加熱爐的遠(yuǎn)程分段爐工業(yè)燃燒器結(jié)構(gòu)和方法的..技術(shù)。與沒有此項(xiàng)技術(shù)的加熱爐相比，可減少28%左右。氮氧化物排放。

3.4 煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)時(shí)，一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿肴紵齾^(qū)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合送入燃燒區(qū)，既降低了燃燒溫度，又減少了氧氣濃度，從而降低 NOx 排放濃度。美國(guó)卡博特公司在炭黑尾氣余熱鍋爐系統(tǒng)中采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，有效控制尾氣煙氣。當(dāng)循環(huán)煙氣量從總輸入氣量的0%增加到6%時(shí)，達(dá)到39%時(shí)，煙氣中NOx含量從522mg/m3分別降低到376mg/m3和246mg/m3。顯然，再循環(huán)煙氣進(jìn)入燃燒區(qū)后，需要吸熱再加熱到燃燒溫度。過多的再循環(huán)煙氣會(huì)導(dǎo)致燃燒溫度降低，必然會(huì)出現(xiàn)不燃燒或燃燒不完全的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致燃料失效。穩(wěn)定燃燒，通常煙氣再循環(huán)率控制在30%以內(nèi)，以..燃?xì)獾姆€(wěn)定燃燒。

3.5 低氮燃燒器

燃燒器的性能對(duì)低熱值燃?xì)馊紵O(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性起著重要作用。從NOx的形成機(jī)理出發(fā)，通過特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)，通過改變工業(yè)燃燒器的空煤比，采用上述空氣分級(jí)、燃料分級(jí)和煙氣再循環(huán)的低氮燃燒技術(shù)，降低NOx濃度可用于燃燒 低NOx燃燒器的主要設(shè)計(jì)理念是盡可能降低點(diǎn)火氧的濃度，適當(dāng)降低點(diǎn)火區(qū)的溫度，以盡量減少NOx的產(chǎn)生。通過燃?xì)馊紵鞯奶厥饨Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，李陽富等人。燃料和空氣分階段引入，燃料和助燃空氣按亞化學(xué)計(jì)量比加入，鍋爐尾部煙氣經(jīng)混合裝置與空氣混合后抽出。在燃燒器中集成了增強(qiáng)氣與助燃空氣混合、分級(jí)分級(jí)燃燒、煙氣循環(huán)等技術(shù)，大大減少了NOx的產(chǎn)生。低 NOx 燃燒器中的另一種常見燃燒技術(shù)是低 NOx 渦流燃燒技術(shù)，如第 2.4 節(jié)所述。旋流燃燒技術(shù)增強(qiáng)了反應(yīng)物的混合和穩(wěn)定燃燒。研究人員已達(dá)成共識(shí)，旋流燃燒可形成燃燒產(chǎn)物的中心再循環(huán)區(qū)，再循環(huán)區(qū)內(nèi)的高溫、低速燃燒產(chǎn)物和中間體會(huì)影響未反應(yīng)的空氣和燃料。預(yù)熱稀釋能有效加強(qiáng)低熱值合成氣的燃燒，在高速射流下形成穩(wěn)定的火焰。同時(shí)，煙氣循環(huán)使?fàn)t內(nèi)溫度分布更加均勻，稀釋了燃燒反應(yīng)物，降低了.高燃燒溫度，縮小了高溫區(qū)，降低了氧含量，可抑制NOx的形成。氧化物排放的研究結(jié)果大相徑庭?？坪盏热?。使用不同的燃燒器或旋流方法來研究旋流數(shù)對(duì) NOx 產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，隨著旋流數(shù)的增加，NOx排放可減少25%~30%。 Zhou等人的結(jié)果。結(jié)果表明，隨著旋流數(shù)的增加，NOx 排放量先增加后降低，但仍高于無旋流的排放量。

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