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低热值燃气燃烧器的特性有哪些?

低热值燃气燃烧器的特性有哪些?

2022-03-30 15:32
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。
1、低热值燃气燃烧特性
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。
(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。
(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。
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;
(2)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。
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。
3 低热值燃气的低氮燃烧器技术
NOx是NO、NO2和N2O等多种氮氧化物的统称,燃烧产生的NOx以NO为主。NOx的生成有燃料型、热力型、快速型、N2O-中间体型和NNH型5种机理。通常认为,燃料气和燃料油往往不含或含有少量的燃料氮,其燃烧过程产生的NOx以热力型为主,但由于低热值尾气来源于不同的化工生产过程,如炭黑生产,其生产过程除生成NOx外,还有HCN、NH3等氮氧化物前驱体的生成,这些前驱体在尾气处理燃烧过程中则可能发生反应,既有可能被氧化生成NOx,也有可能成为脱氮的还原剂。当温度超过1000℃,NO生成量会更高,因此此类燃料型NOx同样需要控制燃烧温度,否则将进一步增加烟气中的NOx含量。
3.1 低过量空气燃烧
低过量空气燃烧是燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制烟气中氮氧化物前驱体与氧气的反应,这是一种最简单的降低NOx排放的方法,可降低NOx排放15%~20%。但同时,如果炉内氧含量过低,如低于3%,则有可能导致燃气的不完全燃烧,出口烟气中CO含量或其他可燃物含量增加,降低燃烧效率。
3.2 燃料分级技术
燃料分级燃烧技术又称为三级燃烧技术或再燃烧技术,空气和燃料都分级送入炉膛,形成初始燃烧区、再燃区和燃尽区。
3.3烟气再循环
烟气再循环时将一部分低温烟气直接送入燃烧区域,或与一次风或二次风混合后送入燃烧区域,不仅降低燃烧温度,同时也降低了氧气浓度,进而降低了NOx的排放浓度。
3.4 低NOx燃烧器
燃烧器的性能对低热值燃气燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理出发,通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变工业燃烧器的风煤比例,可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的低氮燃烧技术用于燃烧器,以尽可能地降低着火氧的浓度、适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的,这是目前低NOx燃烧器的主要设计理念。低NOx燃烧器中还有一种比较常用的燃烧技术为低NOx旋流燃烧技术。
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