低热值燃气燃烧技术的应用与分析

低热值燃气燃烧技术的应用与分析

发表时间：2016-11-23T17:08:48.767Z 来源：《基层建设》2016年17期作者：杨昌良

[导读] 摘要：本文主要针对低热值燃气燃烧技术的应用与分析展开了探讨，详细阐述了低热值燃气的燃烧特性，并对低热值燃气的稳燃技术和低热值燃气的低氮燃烧技术作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

广州薪光合环保技术有限公司广东广州 510000

摘要：本文主要针对低热值燃气燃烧技术的应用与分析展开了探讨，详细阐述了低热值燃气的燃烧特性，并对低热值燃气的稳燃技术和低热值燃气的低氮燃烧技术作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：低热值燃气；燃烧技术；应用

所谓的低热值燃气，是指煤或焦炭等固体燃料气化所得热值较低的气体燃料。在当前节能降耗的大社会背景下，低热值燃气的应用将会具有着极佳的经济效益和社会意义，因此，我们需要对低热值燃气的燃烧技术进行有效的分析，从而为推广其的应用带来极大的帮助。

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、煤矿低浓度瓦斯气等。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，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，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先行着火，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最低氧浓度之间找到一个最佳平衡点，一般富氧浓度在26%～31%时为最佳。

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℃，炉内最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组织火焰的燃烧技术，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