高热值气体燃料低NOX燃烧器开发

   各类热工炉窑是气体污染排放大户，其中重要的一项污染物就是NOX。就NOX排放量而言，采用低热值燃料的炉窑由于燃料燃烧温度低，NOX排放浓度低，排放量较少，且降低潜力有限，而天然气、液化石油气等高热值气体燃料，由于燃烧强度大，火焰短，局部反应剧烈，火焰温度高，NOX排放指标不易控制。

　　NOX可分为三种类型，燃烧型NOX，温度型NOX和快速温度型NOX。其中燃料型NOX是燃料中氮的有机化合物在燃烧过程中氧化而生成的，主要受温度、过量空气系数和燃料含氮量的影响，温度型NOX是氮气在高温下氧化产生的氧氮化物，其主要受温度的影响，当温度高于1500摄氏度时，NO生成反应变得十分明显，随着温度的升高，反应速度呈指数规律迅速增加；快速温度型NOX是助燃空气中的氮分子在着火初始阶段，与燃料燃烧的中间产物发生撞击，生成中间产物HCN和CN等在经氧化最后生成NOX，其转化率取决于过程中空气过剩条件和温度水平NOX的生成原理表明，空气过剩条件和温度水平，是影响NOX排放量的最为重要的两个因素。

　　1.低NOX燃烧器的特点

　　从降低燃烧反应区的空气过剩条件和温度水平着手进行燃烧器结构的设计，该燃烧器有如下特点。

　　（1）分级燃烧：借鉴传统低NOX燃烧器的技术特点，沿用分级燃烧的结构设计，空气分两级与燃料扩散燃烧。

　　（2）烧嘴设空气分配调节翻板，翻板角度90.时为中间火焰，翻板角度180.时，封堵部分第一级助燃空气，改变空气分配比例。

　　（3）炉气回流：设置燃烧回流区，利用空气和燃料的喷射效应，抽吸炉气回流，冲淡反应区的反应物浓度，降低燃烧温度。

　　（4）高喷口速度：采用较快的喷口速度，强化喷射射流的抽吸效果，同时也拉长反应区，降低局部区域的反应强度。

　　（5）其他辅助设计：利用独特的辅助结构，在调整火焰形状、确保火焰稳定性的同时，降低反应强度，降低局部高温。

　　（6）高热值气体燃料：本燃烧器专为燃烧温度较高的天然气液化气石油气等高热值气体燃料开发。

　　2.低NOX燃烧器的性能测试

　　根据仿真结果，设计2000KW天然气试验烧嘴，测试低NOX燃烧器的性能指标，

　　（1）火焰稳定性

　　实验烧嘴在室温条件下采用火把点火或电极点火，空气，天然气均为冷态，多次点火均能实现正常着火，点火着火后燃烧稳定。正常着火后，烧嘴能力反复从小到大调试和从大到小调试，均能实现稳定燃烧，烧嘴供热能力调节比大约10:1.烧嘴小能力下，大空燃比燃烧，最大空燃比做到40:1扔能实现稳定燃烧。

　　（2）火焰长度及刚性

　　1.额定能力条件下，火焰长度约4.5m

　　2.冷空气助燃条件下，火焰尾部略上飘、粗壮、热风条件下、烧嘴火焰长度无明显变化，单火焰拉直，尾部无明显飘散现象。

　　（3）烧嘴轴向温度均匀性

　　电偶插入深度为100mm，炉膛升温过程中：

　　1.低温阶段，轴向各点最大温差50摄氏度左右，炉温升到1200摄氏度之后，温差降到20摄氏度左右，即炉温升高后，炉体辐射热流弥补了火焰辐射射流的不均匀性。

　　2.炉膛温度最高点始终出现在2.5m处附近，表明该烧嘴火焰高温区出现2.5m处附近，与仿真结果相互印证。

　　（4）NOX的排放指标

　　NOX值岁炉温的升高而升高，当炉温低于1200摄氏度时，NOX值约为11%，在炉温为1250-1300摄氏度的常规加热炉炉温范围内，NOX值约11%，与传统结构烧嘴（同等条件下测试指标为11%相比，NOX排放指标下降35%。

　　测试过程中，由于空气过剩系数的波动和测量的误差，部分区间数据存在波动。

　　3.结论

　　针对高热值气体燃烧所开发的低NOX燃烧器，经实验测试，燃烧稳定性好，火焰刚性强，能力调节比大，烧嘴轴向温度均匀性高，具有很好的加热效果，与此同时，NOX排放实测指标，比传统烧嘴降低了35%左右，环保效果效益非常显著，可在各类明火加热的热供设备上广泛应用。