摘要：低熱值燃氣一般是指熱值低于（12MJ/m3）的燃氣，燃燒穩定性相對天然氣來說較差。大負荷燃燒時易發生脫火。所以低熱值燃氣要在壁掛爐中穩定的著火、持續的燃燒且不產生離焰和脫火等不良現象，需要采用專用的燃燒器設計。本文通過分析如何對低熱值燃燒器進行穩焰設計，并對某公司的低熱值燃燒器進行了試驗分析，對比五種不同的穩焰設計思路，驗證適合低熱值煤氣火焰的穩定性和燃燒工況，為解決低熱值燃氣應用于采暖產品所面臨的問題提供解決的參考。

關鍵詞：低熱值燃氣；脫火；穩焰；燃燒器

1引言我國的低熱值燃氣種類繁多，在煤炭生產、煤化工、石油化工、鋼鐵、冶金等工業生產以及生物質能氣化都會產生一些低熱值的氣體燃料，而且總量非常巨大。這些燃氣一般含有大量的惰性氣體，因而發熱量低、著火困難、燃燒性能差，其中很多被大量的直接排放到大氣中，造成了極大的浪費。同時燃氣中的大量的CH4對溫室效應影響是CO2的20多倍，極大地加劇了溫室效應。研究開發和優化適合低熱值燃氣的壁掛爐，實現低熱值燃氣應用于采暖事業，在我國供暖市場的實情下，具有很好的經濟效益，社會效益和環境效益。

2穩定燃燒的分析

a）燃燒特性正常的部分預混燃燒火焰應該是穩定的，燃燒完全的火焰結構。而不正常的部分預混燃燒就會產生離焰、回火、黃焰、脫火和不完全燃燒等現象，產生這些現象和燃燒的燃燒特性有密切的聯系。表示燃氣燃燒特性最形象的方法是在以燃燒器火空熱強度q為縱坐標，以一次空氣a為橫坐標的坐標系上表示出的離焰、黃火、回火和CO的極限含量曲線（如圖1）。也就是說正常的預混燃燒，其工作點應該在四曲線圍成的區域里。從圖中可以看出，燃燒的過?？諝庀禂蹬c燃燒的穩定關系緊密，可燃氣燃燒的穩定范圍與一次空氣系數的關系(如圖1)隨著一次空氣系數的增大，可燃氣混合物中空氣較多，在混合氣噴出噴口時，二次空氣被吸入，可燃混合物進一步被稀釋，火焰底部的點火環的穩定能力變弱，脫火的氣流速度減小，可燃氣的脫火極限速度減少，因次脫火極限隨一次空氣系數的增加而減少?；鼗饦O限與火焰傳播速度有關，火焰的傳播速度越快，火焰的回火極限越大。從圖中我們還可以看出，隨著一次空氣系數的增加，脫火和回火的間距在急劇減少，燃燒穩定性減弱。

3試驗燃燒器的結構常規壁掛爐燃燒器工作過程是：燃氣從噴嘴高速噴出后，引射四周靜止的空氣一起卷入引射器，在混合段內燃氣與引射進入的一次空氣實現完全混合，并經減速擴壓后進入燃燒器頭部，燃氣與空氣的混合氣從頭部火孔流出被點燃。在燃燒過程中，燃燒器周圍的空氣不斷補充進來，以保證燃氣充分燃燒。以下是6種局部結構不同的常規壁掛爐大氣式燃燒器。

1）燃燒器a燃燒器a外形結構如圖2所示：此種燃燒器的火孔呈橫向條形分布。

2）燃燒器b燃燒器b的火孔分布如圖3所示：此種燃燒器的火孔由圓形火孔和方形火孔組成，其火孔面積與燃燒器a的面積相同。

3）燃燒器c燃燒器C外形結構如圖4所示：此種燃燒器的火孔由方形火孔組成，其火孔面積與燃燒器a的面積相同，但火孔寬度增加八分之一，火孔數量減少。

4）燃燒器d燃燒器d外形結構如圖5所示：燃燒器d的火排完全與燃燒器a一致。只是在火排的火孔上方置V形鍍鎳板。促熱煙氣回流和增大輻射傳熱。

5）燃燒器e燃燒器d火孔分布圖樣和燃燒器a相同，但是方孔個數增加了，火孔面積加大了五分之一。以減小相同負荷下的燃氣噴出速率。

6）燃燒器f燃燒器e正面火孔分布圖樣和燃燒器a完全相同。但在火排頭部的兩側開側孔，同時火排的兩側設火焰隔板。側孔面積是正面火孔的五分之一。

燃燒器設計為部分燃氣從燃燒器火孔噴出形成燃燒主火焰，一部分從燃燒器側壁的穩焰孔流出，并在燃燒器火孔表面和穩焰板形成的狹小間隙中燃燒，形成穩焰火，改變了主火焰邊緣區域火焰傳播速度因火排壁的散熱而衰減過快的事實。以上六種燃燒器，為確定實驗數據的可靠性和真實性，每種型號各備四個，分別命名為a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、d1、d2、d3、d4、e1、e2、e3、e4、f1、f2、f3、f4。其安裝尺寸及外形尺寸完全一致，方便燃氣采暖熱水爐互換使用及比較。

4試驗測試對于低熱值燃氣燃燒器來說，容易離焰和脫火。有前面論述部分可知，離焰的實質是，在燃燒器表面上，燃燒火焰的徑向傳播速度小于燃氣噴出速度，使得火焰懸浮于燃燒器表面。如繼續加大負荷，火焰面不能穩定而被吹滅，就是所謂的脫火。對于低熱值燃燒器來說，與同規格的燃燒器相比，在擁有更高的負荷而不離焰和脫火，我們就認為它的穩焰效果是最好的。

1）試驗燃氣（燃氣熱值13.35MJ/Nm）

2）測試方法：考慮到低熱值燃氣本省濃度低、易脫火等特點，完全去除一次空氣，實行火焰穩定的擴散燃燒。將燃燒器安裝于壁掛爐上，通過燃氣閥調節燃氣流量，直至產生離焰則止。取值規則為：每款四個燃燒器分別試驗十次，去除四組數據中每個試驗序號中的最高值和最低值后取平均值。燃燒器a，燃燒器b，燃燒器c與燃燒器d的對比值如下表：從圖8實驗結果可看出，在火孔面積相同的情況下，擁有穩焰小孔的燃燒器b、擁有較大火孔的燃燒器c以及擁有鈍體促熱煙氣回流設計的燃燒d，在離焰前，最大熱負荷值較燃燒器a都有了很大的提高。從圖9的數據當中，可以看出在適當增大火孔面積，相同負荷下，減小燃氣噴出速度的設計，也使得燃燒器脫火時最大功率的上限有了很大的提升，特別是側孔穩焰技術應用效果更為明顯。燃燒器a，燃燒器e與燃燒器f的對比值如下表：

5結束語利用低熱值燃氣采暖是提升能源利用率、解決低熱值燃氣被直接排放、污染環境問題的重要方法。易脫火是現階段利用低熱值燃氣采暖面臨的大問題。研究火焰的穩定性、尋找解決離焰脫火的方法、提升單火排的負荷是實現低熱值燃氣采暖的前提。