摘要：低热值燃气一般是指热值低于（12MJ/m3）的燃气，燃烧稳定性相对天然气来说较差。大负荷燃烧时易发生脱火。所以低热值燃气要在壁挂炉中稳定的着火、持续的燃烧且不产生离焰和脱火等不良现象，需要采用专用的燃烧器设计。本文通过分析如何对低热值燃烧器进行稳焰设计，并对某公司的低热值燃烧器进行了试验分析，对比五种不同的稳焰设计思路，验证适合低热值煤气火焰的稳定性和燃烧工况，为解决低热值燃气应用于采暖产品所面临的问题提供解决的参考。

关键词：低热值燃气；脱火；稳焰；燃烧器

1引言我国的低热值燃气种类繁多，在煤炭生产、煤化工、石油化工、钢铁、冶金等工业生产以及生物质能气化都会产生一些低热值的气体燃料，而且总量非常巨大。这些燃气一般含有大量的惰性气体，因而发热量低、着火困难、燃烧性能差，其中很多被大量的直接排放到大气中，造成了极大的浪费。同时燃气中的大量的CH4对温室效应影响是CO2的20多倍，极大地加剧了温室效应。研究开发和优化适合低热值燃气的壁挂炉，实现低热值燃气应用于采暖事业，在我国供暖市场的实情下，具有很好的经济效益，社会效益和环境效益。

2稳定燃烧的分析

a）燃烧特性正常的部分预混燃烧火焰应该是稳定的，燃烧完全的火焰结构。而不正常的部分预混燃烧就会产生离焰、回火、黄焰、脱火和不完全燃烧等现象，产生这些现象和燃烧的燃烧特性有密切的联系。表示燃气燃烧特性最形象的方法是在以燃烧器火空热强度q为纵坐标，以一次空气a为横坐标的坐标系上表示出的离焰、黄火、回火和CO的极限含量曲线（如图1）。也就是说正常的预混燃烧，其工作点应该在四曲线围成的区域里。从图中可以看出，燃烧的过?？掌凳肴忌盏奈榷ü叵到裘?，可燃气燃烧的稳定范围与一次空气系数的关系(如图1)随着一次空气系数的增大，可燃气混合物中空气较多，在混合气喷出喷口时，二次空气被吸入，可燃混合物进一步被稀释，火焰底部的点火环的稳定能力变弱，脱火的气流速度减小，可燃气的脱火极限速度减少，因次脱火极限随一次空气系数的增加而减少。回火极限与火焰传播速度有关，火焰的传播速度越快，火焰的回火极限越大。从图中我们还可以看出，随着一次空气系数的增加，脱火和回火的间距在急剧减少，燃烧稳定性减弱。

3试验燃烧器的结构常规壁挂炉燃烧器工作过程是：燃气从喷嘴高速喷出后，引射四周静止的空气一起卷入引射器，在混合段内燃气与引射进入的一次空气实现完全混合，并经减速扩压后进入燃烧器头部，燃气与空气的混合气从头部火孔流出被点燃。在燃烧过程中，燃烧器周围的空气不断补充进来，以保证燃气充分燃烧。以下是6种局部结构不同的常规壁挂炉大气式燃烧器。

1）燃烧器a燃烧器a外形结构如图2所示：此种燃烧器的火孔呈横向条形分布。

2）燃烧器b燃烧器b的火孔分布如图3所示：此种燃烧器的火孔由圆形火孔和方形火孔组成，其火孔面积与燃烧器a的面积相同。

3）燃烧器c燃烧器C外形结构如图4所示：此种燃烧器的火孔由方形火孔组成，其火孔面积与燃烧器a的面积相同，但火孔宽度增加八分之一，火孔数量减少。

4）燃烧器d燃烧器d外形结构如图5所示：燃烧器d的火排完全与燃烧器a一致。只是在火排的火孔上方置V形镀镍板。促热烟气回流和增大辐射传热。

5）燃烧器e燃烧器d火孔分布图样和燃烧器a相同，但是方孔个数增加了，火孔面积加大了五分之一。以减小相同负荷下的燃气喷出速率。

6）燃烧器f燃烧器e正面火孔分布图样和燃烧器a完全相同。但在火排头部的两侧开侧孔，同时火排的两侧设火焰隔板。侧孔面积是正面火孔的五分之一。

燃烧器设计为部分燃气从燃烧器火孔喷出形成燃烧主火焰，一部分从燃烧器侧壁的稳焰孔流出，并在燃烧器火孔表面和稳焰板形成的狭小间隙中燃烧，形成稳焰火，改变了主火焰边缘区域火焰传播速度因火排壁的散热而衰减过快的事实。以上六种燃烧器，为确定实验数据的可靠性和真实性，每种型号各备四个，分别命名为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、d1、d2、d3、d4、e1、e2、e3、e4、f1、f2、f3、f4。其安装尺寸及外形尺寸完全一致，方便燃气采暖热水炉互换使用及比较。

4试验测试对于低热值燃气燃烧器来说，容易离焰和脱火。有前面论述部分可知，离焰的实质是，在燃烧器表面上，燃烧火焰的径向传播速度小于燃气喷出速度，使得火焰悬浮于燃烧器表面。如继续加大负荷，火焰面不能稳定而被吹灭，就是所谓的脱火。对于低热值燃烧器来说，与同规格的燃烧器相比，在拥有更高的负荷而不离焰和脱火，我们就认为它的稳焰效果是最好的。

1）试验燃气（燃气热值13.35MJ/Nm）

2）测试方法：考虑到低热值燃气本省浓度低、易脱火等特点，完全去除一次空气，实行火焰稳定的扩散燃烧。将燃烧器安装于壁挂炉上，通过燃气阀调节燃气流量，直至产生离焰则止。取值规则为：每款四个燃烧器分别试验十次，去除四组数据中每个试验序号中的最高值和最低值后取平均值。燃烧器a，燃烧器b，燃烧器c与燃烧器d的对比值如下表：从图8实验结果可看出，在火孔面积相同的情况下，拥有稳焰小孔的燃烧器b、拥有较大火孔的燃烧器c以及拥有钝体促热烟气回流设计的燃烧d，在离焰前，最大热负荷值较燃烧器a都有了很大的提高。从图9的数据当中，可以看出在适当增大火孔面积，相同负荷下，减小燃气喷出速度的设计，也使得燃烧器脱火时最大功率的上限有了很大的提升，特别是侧孔稳焰技术应用效果更为明显。燃烧器a，燃烧器e与燃烧器f的对比值如下表：

5结束语利用低热值燃气采暖是提升能源利用率、解决低热值燃气被直接排放、污染环境问题的重要方法。易脱火是现阶段利用低热值燃气采暖面临的大问题。研究火焰的稳定性、寻找解决离焰脱火的方法、提升单火排的负荷是实现低热值燃气采暖的前提。