1.低热值气体燃料

低热值气体燃料是指发热量小于6.28 MJ/m3的气体燃料，常见的有高炉煤气、煤层气、化工过程低热值尾气、有机废气等。而按照性质划分，低热值气体又可分为富氧低热值气和无氧低热值气。高炉煤气、化工过程低热值尾气等属于无氧低热值气，而煤层气、有机废气等则属于富氧低热值气。其性质不同，燃烧利用方法也不同。

我国低热值气体种类繁多，且总量巨大。以煤层气为例，每年全世界因煤矿开采而排入大气层中的甲烷（CH4）气体总量为2.5×107 t，总热值相当于3.37×107 t标准煤的热值，而我国就占其中的45％，造成了巨大的能源浪费。而且甲烷是仅次于CO2的第二大温室气体，单位质量的甲烷对大气温室效应影响是CO2的24.5倍，排入大气会引起全球变暖。表1-14为我国典型的低热值气体有关数据。

为优化我国能源结构，我们应充分利用工业生产和居民生活中产生的低热值气体。而如何实现低热值气体稳定燃烧，减少直接排放造成的环境问题，实现低热值气体能源的高效清洁利用，一直是困扰燃烧界的难题。因此，开发低热值气体燃烧技术，对缓解能源紧张，提高能源利用率，改善居住环境，具有重要的意义。

表1-14　我国典型低热值气体有关数据

2.低热值气体燃料燃烧条件

根据燃烧理论可知，气体燃料稳定燃烧也必须满足三个条件：达到着火温度；燃气浓度在着火极限内；燃气与空气均匀混合。为保证低热值气体燃料稳定燃烧，一般主要从火焰温度和着火极限这两点着手。

1）提高火焰温度

火焰温度越高，提供着火辐射能就越多。而实际火焰温度与燃烧装置及燃料有关。同时依据公式：

式中，T为实际火焰温度，℃；η为燃烧效率；H1为燃料低位发热量，kJ/kg；Q为燃料和空气物理显热，kJ/kg；q为燃烧散热，kJ/kg；G为实际燃烧产物中烟气成分含量，m3/kg；c为实际燃烧产物的平均定压比热容，kJ/（kg·℃）；t0为基准温度，℃。

为此，提高低热值气体燃料火焰温度一般可采取如下措施：

（1）提高燃烧效率；

（2）改善燃烧条件，减少系统散热量；

（3）提高燃料热值；

（4）提高燃料或空气温度。

2）降低着火极限

气体燃料燃烧存在着火极限，即当气体燃料在混合物中所占的比例高于着火上限或者低于着火下限时，气体燃料均不能燃烧。而着火下限低，表明气体易于燃烧；燃气着火下限高，表明该气体着火困难。(www.daowen.com)

低热值气体燃料属于着火下限高的类型，为此，要改善低热值气体燃料的着火特性，就要降低燃气的着火下限。采取的一般措施如下：

（1）提高火焰温度；

（2）掺烧着火下限低的燃气，降低着火下限，通常情况下高热值气体的着火下限较低；

（3）制造局部高浓度区域，这部分气体先着火会提高火焰温度，有利于其他部位气体的着火。

3.低热值气体燃料燃烧强化方法

燃料的燃烧特性由其成分特性决定。由于低热值气体燃料中可燃物浓度低、不可燃成分高、着火点高，不易控制且容易出现回火等，其稳定燃烧很难实现，因此，需要根据气体燃料稳定燃烧的条件和成分特点制定相应的燃烧措施。

1）掺烧高热值气体燃料

根据前面气体燃料稳定燃烧条件可知，掺烧高热值燃气可降低混合燃料的着火下限，使混合燃料更容易着火。同时掺烧高热值燃气还可提高单位体积燃气热值，提高炉内的火焰温度，即改善了燃烧条件。这是最常用的燃烧低热值气体的方法。

需要注意的是，因高热值燃料成本较高，在保证低热值气体燃料稳定燃烧的前提下，高热气体燃料的掺烧比例越小，则经济性越好。因此，稳燃性能强的燃烧器和良好的配风条件显得尤为重要。

2）富氧燃烧

富氧燃烧是指以氧浓度大于21％的空气与低热值气体燃料混合燃烧。在相同的空气总量下，氧气浓度的提高可减少燃烧烟气量，炉内火焰温度也会大幅度提高，而且还可以降低燃气着火下限。但富氧燃烧需要配备空气分离装置，比较耗能，因此，采用富氧燃烧方法时，掺烧的空气中的氧浓度不宜太高，否则会影响系统经济性。这就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。

3）局部高温

低热值燃气着火点高，需在高温下着火，而低热值气体均匀预热则耗能太大，因而可以采用局部高温的方法让该处小股燃料首先着火，从而引燃主气流。这种强化燃烧技术可以分为两种：一种是在主燃烧器旁增加一个燃烧高热值燃料的长明灯，其作用相当于一个点火装置，由它来引燃主气流；另一种是利用稳燃装置产生高温回流区，小股燃料在回流区中首先着火，之后逐步引燃主气流。典型技术有钱壬章、靳世平等发明的回流区分级着火燃烧技术，根据该原理合理设计的燃烧器具有较强的低热值燃料稳燃性能。

4）烟气部分循环

该方法是将一部分燃料燃烧所产生的高温烟气引回燃烧器出口，使之与尚未着火的或正在燃烧的燃气-空气混合物相混合，提高反应区的温度，改善燃烧条件。烟气部分循环分为内部循环和外部循环两种。内部循环是在炉膛内部实现的，外部循环则是在炉膛外部实现的。但是烟气循环量不能太大。当烟气量超过某一最佳数值时，由于惰性物质对可燃混合物的稀释作用，燃烧速率会受到影响，可能发生欠氧和不完全燃烧。