一种低热值气体燃烧器及燃烧方法与流程

本发明涉及一种用于燃烧低热值气体的燃烧器及其燃烧方法，属于燃烧科学技术领域。

技术背景

由于能源供应趋于紧张，燃料价格随之上涨，作为工业副产品的低热值燃气作为替代燃料的应用被越来越多地研究。燃烧器是回转窑系统中将燃料的化学能转化为热能的设备，燃烧器性能的好坏直接影响着回转窑烧成系统的燃烧效率和污染物的排放指标。传统的燃烧器依赖于煤粉、天然气等石油化工燃料，在当代工业发展新形势的要求下，燃烧器正面临着来自于能源紧张和环保标准提高等问题带来的挑战。因而，低热值燃料在燃烧器上的清洁高效利用具有重要的经济效益和环保意义。

通常将气体燃料自身发热量低于6.28mj/m³的可燃气体划分为低热值气体。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。低热值气体含有的可燃成分低，着火点高、难以稳定燃烧，同时也具备：工业来源广泛、总量大的优势，如何更好地发挥低热值燃气在燃烧器上的优越性具有重要的现实意义。

实践应用中，有采用提高燃烧场局部温度使低热值气体易于燃烧的方法，但是氮氧化物的生成量随着火焰温度的升高成指数关系地增加，同时也造成了窑炉温度不均匀影响加热质量的问题，给回转窑燃烧的经济运行带来了稳定性差、氮氧化物排放超标等弊端。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，公开一种提高燃烧性能、降低排放的低热值气体燃烧器及其燃烧方法，实现燃烧充分、燃烧区温度场分布均匀、氮氧化物排放符合标准的目的，保障燃烧器运行的经济性和环保性。

一种低热值气体燃烧器，包括多个圆筒同轴套装形成的助燃空气通道和燃气通道，助燃空气通道与燃气通道的出口联通于同一混合区，其特征在于：

助燃空气通道和燃气通道的排布由外向内依次为轴流风通道2、旋流风通道3、低热值气体通道4、高热值气体通道5、中心风通道6，中心风通道6内设置点火通道7，轴流风通道2外设置有拢焰罩1。

所述的低热值气体通道4内设置有气体旋流器8，高热值气体通道5内设置有气体旋流器9。

所述的轴流风通道2上设置有轴流风调节装置10，旋流风通道3上设置有旋流风调节装置11。

所述的低热值气体通道4和高热值气体通道5的出口截面积大小可调整，调节比例为：2.8：1，调节范围为：±20%；

低热值气体通道4的气体旋流器8旋流角度为22°~38°；高热值气体通道5的气体旋流器9旋流角度为15°~23°；

进入燃烧器的低热值气体、高热值气体比例可调节，最佳调节比例为：1：1～1：3；

一种低热值气体燃烧方法，将较大体积流量的低热值气体与较小体积流量的高热值气体混烧，中心风、旋流风及轴流风的风量比例可调节，其特征在于：

所述的低热值气体占燃气总热量的15%~55%；

所述的低热值气体与高热值气体热值的比例为1：5；

所述的低热值气体在管道内的流速为15~25m/s、出口速度为20~35m/s，所述的高热值气体在管道内的流速为25~38m/s、出口速度为45~65m/s；

中心风、旋流风及轴流风风量的最佳比例为1：39：60，调节范围为：±20%。

本发明的有益效果：

1、采用在低热值燃气中掺烧较少的高热值燃气作为辅助燃料，高热值燃气点燃后形成稳定的高温热源，优化了着火条件，解决了低热值气体着火困难、难以稳燃的问题，使低热值气体得以大量应用，高热值气体少量应用，显著降低燃料成本。

2、本发明结构在低热值气体燃料的外部设置有旋流风通道和轴流风通道，并通过各参数的优化配置，强化了燃料和空气的混合，使温度场分布均匀，降低不完全燃烧的燃料损失，有效减少氮氧化物的生成，使排放量符合环保要求。

附图说明

图1是本发明燃烧器的头部通道示意图，

图2是本发明燃烧器的整体结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。从图1所示的燃烧器头部图可见，低热值燃气通道4径向空间大，适合大体积流量的燃气通过；从燃气的流动方向上看，低热值燃气自入口12进入燃烧器内，低热值燃气通道4位于高热值燃气通道5外侧，助燃空气从助燃风入口14进入燃烧器，分配至轴流风通道2和旋流风通道3，助燃风位于低热值燃气通道4外侧，高热值燃气自入口13进入燃烧器内，低热值燃气通道4、高热值燃气通道5与助燃空气通道出口通向同一混合区，低热值燃气与助燃空气在混合区内充分混合。高热值燃气易于着火且着火稳定，助燃空气和燃气轴向喷出，旋流风通道3的旋向作用、燃气通道的气体旋流器8、9旋向作用，使燃气与空气径向混合更充分、更均匀。高热值燃气作为稳定的引燃气，引燃大量的低热值气体着火，中心风通道6内的中心风起到阻止混合气流回流的作用，同时补充火焰中心部位氧气。中心风通道6内设置点火通道7，方便引火。拢焰罩1消除了火焰发散、向外扩张，使气流向中心区域聚拢，具有良好的方向性和稳定性，不出现局部高温和扫窑皮的现象，消除了局部高温的弊端，使温度场分布均匀，从而减少了热力型nox的产生。通过轴流风通道2上的轴流风调节装置10和旋流风通道3上的旋流风调节装置11调节风量比例，以适应窑况达到最佳燃烧效果。

本发明通过低热值气体与高热值气体比例的设置，实现燃料的优化配置，稳定燃烧、降低燃料成本、排放量降低显著。

降低nox排放的实施例：

1、原燃料为单烧高热值燃气焦炉煤气

（1）脱硫风机入口烟气生成量计算如下：

按照气体燃料理论烟气量计算方法，经计算，焦炉煤气燃烧产生的理论烟气量为4.97m³烟气/m³焦炉煤气

计算公式：工况烟气量=标况烟气量×101.33×(工作温度+273.15）/（工作压力+实际大气压）/273.15，

脱硫风机入口烟气量计算（含回热风机出口烟气量和环冷二段烟气量，环冷二段风机风量2500bm³/min，按实际使用90%计。脱硫风机入口压力为-2.1kpa，温度140℃，当地大气压为96kpa），另计过剩空气系数为1.1，则计算可得脱硫风机入口烟气量为331573m³/h。

（2）按产量6400t/d、成品球强度2500n/个计，冬季nox排放量为450mg/m³烟气，含回热风机出口烟气量和其它位置烟气量，则nox小时排放总量为450×331573=149207850mg/h

2、采用本发明改进后燃料采用高炉煤气与焦炉煤气混烧，焦炉煤气用量为8350m³/h，高炉煤气用量为10000m³/h，高炉煤气燃烧产生的理论烟气量为1.54m³烟气/m³高炉煤气

（1）脱硫风机入口烟气量计算（含回热风机出口烟气量和环冷二段产生的热烟气量），考虑1.1过剩空气系数，则脱硫风机入口烟气量经计算为344413m³/h。

（2）按产量6400t/d、成品球强度2500n/个计，nox小时排放总量（冬季nox排放量为＜300mg/m³烟气，含回热风机出口烟气量和其它位置烟气量）：

300×344413=103323900mg/h

3、更换燃烧器后nox小时排放量相比原燃烧器降低：149207850-103323900=45883950mg/h

采用本发明的结构及方法混烧低热值燃气和高热值燃气，能够有效降低着火下限，使混合燃气更易于着火，同时单位体积的燃气发热量增加，由此，本燃烧器结构使燃气混合物易于达到着火温度、燃气浓度在着火极限内、燃气与空气混合均匀，使燃烧器在保持低氮氧化合物生成量的情况下持续利用混合物进行稳定燃烧提供热能。本发明的燃烧器结构和燃烧方法适合于燃烧各种低热值气体燃料。