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。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。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。

煤在燃烧过程中生成NOx的途径有三个：（1）热力型NOx，是空气中氮气在高温下氧化生成的NOx，一般在1300℃以上生成，占总量的10～20%；（2）燃料型NOx，是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解之后又氧化而形成的NOx，占总量的75～90%；（3）快速型NOx，是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx，其所占比例很小。基于炉内脱氮的低NOx燃烧技术针对NOx的形成受温度、氧量的影响极大这一规律，通过改进燃烧方式避开使NOx大量生成的温度区间，从而实现NOx的减排。低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发分氮转化成NOx的量。燃料型NOx为煤中的有机氮氧化生成的，生成温度低于热力型，但与氧的浓度关系密切，煤粉与空气的混合过程也对其有显著影响。正因如此，降低燃料型NOx的主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分级燃烧技术，尽可能地使燃烧过程偏离生成NOx的化学当量比，降低NOx的排放量。锅炉设计中，影响NOx排放值的因素主要有三部分组成。首先是炉膛轮廓选型，包括炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域热负荷、上排燃烧器至屏下的距离、下排燃烧器距灰斗的距离等设计参数，合理的炉膛轮廓选型，是控制燃烧温度和为采取其它必要的低NOx燃烧技术提供所必须的时间和空间的条件，以保证在采取这些措施：一是不会过多地影响燃烧效率；二是整个炉膛的燃烧***，包括一、二次风速和风率（对于切圆燃烧还有一、二次风正切(CFS－Ⅰ)和反切(CFS－Ⅱ)，假想切圆直径的大小），空气整体分级（CCOFA﹨SOFA），一次风的集中或分段布置等，其目的是实现空气分级并防止因空气分级而导致炉膛结渣和燃烧效率降低；三是燃烧器本身的结构，合理的结构有利于实现燃料分级、空气分级和提前着火。Levy等人（1993）发现，控制不同燃烧器倾斜角度以控制蒸汽温度和改变氧气流量，在不同燃烧器负荷下的磨机负载和空气配置设置也可以有助于减少NOx的形成。所有这些因素主要根据煤质来决定，在锅炉设计中已经全部完成。

低NOx燃烧器及低氮氧化物燃烧器，是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器，采用低氮燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

　　在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。大量实验结果表明，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占95%，而NO2仅占5%左右。

　　一般燃料燃烧所生成的NO主要来自两个方面：一是燃烧所用空气（助燃空气）中氮的氧化；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化。在大多数燃烧装置中，前者是NO的主要来源，我们将此类NO称为“热反应NO”， 后者称之为“燃料NO”，另外还有“瞬发NO”。全预混燃烧器燃烧时火焰呈蓝色短小且密集，并且表面燃烧均匀，形成很平整的火焰面，火焰充满度好，热量能均匀的散发出去。

　　燃烧时所形成NO可以与含氮原子中间产物反应使NO还原成NO2。实际上除了这些反应外，NO 还可以与各种含氮化合物生成NO2。在实际燃烧装置中反应达到化学平衡时，[NO2]/[NO]比例很小，即NO转变为NO2很少，可以忽略。

　　降低NOx的燃烧技术

　　NOx是由燃烧产生的，而燃烧方法和燃烧条件对NOx的生成有较大影响，因此可以通过改进燃烧技术来降低NOx，其主要途径如下：

　　选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料；

　　降低空气过剩系数，***过浓燃烧，来降低燃料周围氧的浓度；

　　在过剩空气少的情况下，降低温度峰值以减少“热反应NO”；

　　在氧浓度较低情况下，增加可燃物在火焰前峰和反应区中停留的时间。

　　减少NOx的形成和排放通常运用的具体方法为：分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等.