燃烧机-隆鑫热能设备-燃气锅炉燃烧机

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、****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****限高，着火比较困难，燃烧温度也较低。为此，需要****燃气热值，降低燃料着火下限。如掺烧高热值燃料，****混合燃气的热值，降低着火温度；燃料和空气预热****初始温度。

（2）****火焰温度

燃烧温度的提髙可强化炉内辐射换热并****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****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，****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，****燃烧温度，****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，锅炉燃烧机，燃烧强度****。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****减少燃烧烟气量，炉内火焰温度大幅度****，不具备辐射能力的氮气所占比例减少，有利于****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*燃烧速率、稳定低热值燃料燃烧。该技术不仅能****燃烧速率，还能回收尾排烟气余热，****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，燃烧机，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，低氮燃烧机，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****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****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。

对燃烧器的显着效率影响是空气和燃料的比例组合。基本上有两种类型的空气/燃料燃烧器：强制通风和自然通风。强制通风燃烧器使用鼓风机来提供加压空气来氧化燃料并产生不同的火焰模式。鼓风机连续运行，增加电气使用，并且需要一种方法来使气流与燃料流量成比例。相比之下，使用自然通风燃烧器，空气和气体流动是未被强制的，并且遵循由燃烧室和管道的力学产生的自然对流模式。鼓风机不用于天然草稿燃烧器。

通过更紧密地控制空气/燃料比，可以更好地控制燃烧反应及其效率。一种这样做的方法包括使用固定空气系统（也称为仅燃料控制），其中气流保持恒定，燃烧器输出通过经由控制阀调节进入的气体来控制。另一个选择是使用变频驱动器（VFD）控制空气输入，通过控制气体输入的单个气体阀来调节鼓风机速度。

第三个也是更理想的选择是使用流量传感器和控制阀来监控和连续地调节空气和气体。这种方法通常被称为质量流量空气/燃料比控制系统。该系统通过计量进入的空气/气体流量并通过精密执行器调节流量来控制燃烧器性能。该系统自动补偿影响燃烧性能的变化，例如空气和燃料温度，供应压力和可变燃烧室压力的变化。质量流量空气/燃料比控制通常应用于低排放应用。

燃烧器选择许多工业燃烧器制造商的产品目录尺寸近一英尺厚。为什么？*是几十年的燃气采暖应用已经证明，具体的燃烧器设计可以对各种设备的加热效率产生巨大的影响。一旦上述所有清单项目已经耗尽，并且仍然无法达到所需的性能目标，可能需要考虑升级到不同的燃烧器设计以获得期望的结果。

通过改变诸如排出速度，火焰形状，火焰辐射度，控制方法和火焰化学计量等特征，燃烧器制造商可以将其燃烧器的传热特性与工艺或应用的具体需要相匹配。

为获得性能，请选择适用于要加热的过程或锅炉燃烧器。考虑每个燃烧器如何实际燃烧燃料并将热量传递给****终产品。正确的燃烧器可以对燃油费用产生重大影响。类似地，不正确的燃烧器尺寸可能对性能和效率产生影响。发现安装的燃烧器对于过程的实际需求而言太大，这并不罕见。当这种超大尺寸发生时，燃烧空气鼓风机效率较低。此外，大多数金属结构的工业加热燃烧器使用较高比例的过量空气用于以较低的燃烧速率进行冷却。因此，除了降低鼓风机效率之外，当燃烧器过大时，可能会牺牲过程热效率。

工业供暖系统的经营成本通常超过初始资本支出。的建议是按照制造商的建议定期维护系统，以确保其运行尽可能****。并不总是需要考虑对系统进行*的改革。调谐和系统调整通常会导致一些改进。如果目标仍未达到目标，请考虑升级燃烧器或空/燃油控制系统。只有很少进行大修才需要更换烤箱或锅炉结构。

花费时间，精力和资金来确保燃烧组分被以匹配必要的操作要求是至关重要的。之后，必须密切监测新系统的运行情况，与初始目标相比，并根据需要不断进行调整。从长远来看，效率和绩效将会****，利润有可能增加。

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NO 治理现状

国内外已对NO 的危害、燃煤发电燃烧过程中NO 的生成机理和降低NO 技术进行了较为充分的研究，可分为三种：热力型NO 、燃料型NO 和快速型NO ；其中，燃料型NO 约占80-90%，是各种低NO 技术控制的主要对象；其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，快速型NO 生成量很少。NO 的控制方法可分为燃烧之前的处理、燃烧过程中的处理和燃烧后的处理。燃烧前脱氮是指把燃料转化为低氮燃料，技术复杂，难度大，成本高，因此现在处于研究阶段；燃烧中脱氮主要有：一是*燃烧中NO 的形成，二是还原已形成的NO ；燃烧后脱氮主要是指烟气脱硝：包括选择性催化还原法、选择性非催化还原法等。

目前被大家公认，并已在各燃煤机组锅炉上广为应用的降NO 方法，主要是燃烧中脱氮的低氮燃烧技术加燃烧后脱氮的烟气脱硝技术；燃烧中脱氮是根据NO 的生成机理采取的低氮燃烧技术主要是：低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等，该技术的主要机理就是将燃烧器通过纵向布置形成氧化还原、主还原、燃尽三区，对于四角切圆燃烧锅炉还可通过横向双区布置形成近壁区和中心区两个区域，从而实现燃料与配风在炉膛内分区、分级、低温、低氧燃烧，降低煤粉燃烧过程中NO 生成量。

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低氮燃烧技术应用改造后存在问题及原因分析

从低氮燃烧技术在大量电站燃煤锅炉应用实践证明，这项技术对于减少NO 的产生量是非常有效的。但是，在实际工作中，由于锅炉使用的煤种不同，而且锅炉型号也不同，使得NO 的产生量也各不同，产生的问题也不尽相同。

2.1 增加灰和炉渣可燃物，导致炉效降低

改造低氮燃烧器后，NO 的产生量降低很多，但是在使用同一种煤种时，飞灰可燃物升幅也较大。主要原因是低氮燃烧技术使用的是低温和低氧燃烧方式，主燃区的温度就会下降较多，煤粉是否着火就被控制并且推迟，并降低着火区的氧量，使煤粉燃烬能力下降，燃烧的过程被加长，飞灰和炉渣可燃物变多。部分锅炉改造时改变了燃烧器的一、二次风喷口和燃尽风喷口的面积发生变化，致使一次风和二次风的混合推迟，这不利于煤粉的气流着火和燃烧。

2.2 蒸汽参数偏离设计值，过热器减温水量增加或再热器超温

锅炉采用空气分级低氮燃烧技术改造后，一方面，燃烧延迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温上升，锅炉的过热汽温、再热汽温上升，对于原来存在过热汽温、再热汽温超设计值的问题则加剧，过、再热减温水量增加。而另一方面，主燃区温度降低，炉内温度分布更加均匀，对于原来炉膛水冷壁的沾污结渣情况严重的则会****，水冷壁吸热增加，炉膛出口烟温降低，过热器温升、再热器温升下降，燃气锅炉燃烧机，对于原来存在过热汽温、再热汽温低的问题则更达不到超设计值。

低氮燃烧技术改造后，产生锅炉过热器减温水量*的问题较多，由于煤粉燃烧的过程变长，加上燃尽风的使用，使得炉膛出口的烟气温度变高，这时炉膛的温度变低，炉膛水冷壁的辐射吸热量就会降低，形成对流的受热面的吸热量就会增加，使得过热器减温水量增加。

2.3 锅炉内部燃烧环境变坏，配煤、配风、稳燃性变低

因采用低温、低氧燃烧，炉膛温度下降，在低温缺氧的环境下煤粉就会推迟着火，而且燃为灰烬的能力也会变弱，锅炉内的燃烧环境和改造之前比变差。

在锅炉改造前使用的配煤、配风方式很大程度上不适用，不仅会对锅炉的各项指标产生影响，还会使锅炉低负荷稳燃的能力变低。

2.4 锅炉对煤的种类适应性变差

低氮燃烧器改造后，大力优化调整燃烧，在很大程度上可以很好地匹配NO 的排放水平和锅炉的经济性。但锅炉燃用煤种发生变化后，就会打*一开始锅炉的经济指标和环保指标的平衡关系。若使用高热值、高挥发的煤种时，NO 的排放浓度虽略有增加但较易调整控制；若使用的煤种是劣质的或者含的水分较多会稍许减少NO 的排放量，但是比较难控制。

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锅炉低氮燃烧器改造后存在问题的应对策略

现在燃煤电厂的锅炉低氮燃烧器的改造还未全部完成，同时该技术的应用中出现的问题正逐渐暴露。针对已经出现的问题，提出以下解决策略：

3.1 改造前的充分评估

锅炉的各项排放指标都很重要，尤其是NO 的排放浓度与煤种、锅炉选型、燃烧器型式密切相关，对于在运锅炉，炉型已确定，但由于近年来，燃煤电厂为了自身利益，锅炉燃用的煤质大多进行掺混且劣于原设计煤种，因此，在使用低氮燃烧技术改造之前，首先应充分评估锅炉现有主要燃用煤种和常用煤种，在改造可行性论证中由于煤种选定不当造成改造后NO 减排效果不明显并产生新的问题的不乏其数，其次是对在运锅炉进行摸底试验，充分评估锅炉运行中存在的燃烧性能、蒸汽参数、受热面壁温、结焦结渣、运行调整、热工自动等方面的问题，提出科学合理改造预期目标，权衡锅炉经济指标和环保指标，逐渐解决现有问题，杜绝新问题出现。

3.2 优化调整，使用科学的燃烧方法

锅炉低氮燃烧器经过改造后，燃烧器的型式已确定，但是在锅炉不同的条件下，燃烧不同的煤种产生的 NO 的量也会不同，由此可见起主导作用的是锅炉的运行方式。因此，为了降低 NO 的排放量，必须人们优化调整燃烧方法，并且在满足环保排放要求的前提下要程度兼顾运行经济性。

3.2.1 锅炉内分层配煤混合燃烧

在保证排放气体的浓度符合环保要求并且燃烧稳定的情况下，要使用的煤种，在炉内分层燃烧，既可保证锅炉的稳定性也可以控制 NO 的产生。

3.2.2 优化热工的自动控制

利用低氮技术改造后，锅炉内的燃料燃烧时间变长，因此要优化调整热工的控制系统和控制曲线。根据锅炉在实际工作中出现的问题，应该优化所需的控制曲线及控制系统，****其在有负荷时的响应能力。

3.2.3 持续燃烧优化调整

锅炉低氮燃烧技术改造后，除与燃用煤种有关外，主要与锅炉的运行方式有关，锅炉运行氧量、配风方式、磨煤机运行组合方式等在煤种变化和负荷变化后都要进行摸索优化，根据锅炉燃烧优化调整试验，当煤质有较大变化后，一般需近两个月的调整，才能摸索出环保排放指标和运行经济指标均兼顾的规律，因此持续燃烧优化调整是必不可少。

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结束语

改造锅炉低氮燃烧器的时间较短，问题暴露的还不完全，同时我们对问题的认识还不充分，对处理问题的经验还不足，为****燃煤发电厂的环保压力，降低NO 的减排技术沿需进一步研究和发展，减少发电厂的环保压力，更为重要的是在新的减排技术和环保设施应用后产生的问题处理能力要进一步提升，为燃煤发电厂的可持续发展争取更大的环保效益。