國外增氧助燃技術(shù)進展：
國外增氧助燃進展
早在上世紀80年代初,許多發(fā)達地區(qū)都投入了大量人力物力來研究富氧燃燒技術(shù),特別是日本,其通產(chǎn)省就資助組織了7家公司和研究所組成的“富氧燃燒技術(shù)研究組”。由于能源緊張，日本先后有近20家公司推出富氧裝置。該國曾在以氣、油、煤為燃燒的不同場合進行了各種富氧應用試驗，得出如下結(jié)論：用23%的富氧助燃可節(jié)能10%～25%；用25%的富氧助燃可節(jié)能20%～40%，用27%的富氧助燃則節(jié)能高達30%～50%等。
聯(lián)邦德國在一座馬蹄型蓄熱爐上用27%的富氧試驗，使熔化率增加了56.2%，能耗下降20%，而熔化溫度提高了100℃。瑞典、英國、德國在滾軋和鋁熔爐裝置上采用富氧濃度25%～27%，節(jié)約燃料12%～28%，而原設備生產(chǎn)率提高17%～39%。美國WOLVERINE銅冶煉廠,采用29%的富氧節(jié)約燃料可大于30%。此外，前蘇聯(lián)、英國、法國、捷克等均有富氧用于助燃的報道。值得一提的是國外絕大部分用的是整體增氧來助燃,所以投資很大,故國外還沒有廣泛推廣應用。
國內(nèi)增氧助燃技術(shù)進展和政策：
國內(nèi)增氧助燃進展
我國在上世紀80年代中期開始研究此項技術(shù)，并取得了可喜的成果。
目前在國內(nèi)已經(jīng)在玻璃窯爐和煉鋼行業(yè)中強制推行，而在鍋爐上應用增氧助燃技術(shù)
只有我公司有
成功的案例，我公司目前在拋煤機鏈條爐和鏈條鍋爐中已經(jīng)有成熟的經(jīng)驗。我公司對該技術(shù)的掌握是國內(nèi)優(yōu)先的。
各地節(jié)能政策：
根據(jù)《國務院關于加強節(jié)能工作的決定》（國發(fā)[2006]28號）和《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)[2007]15號），出臺《節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵資金管理暫行辦法》 “十一五”期間，將安排專項資金支持企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造（簡稱節(jié)能資金）。實行資金量與節(jié)能量掛鉤，對完成節(jié)能量目標的項目承擔企業(yè)給予獎勵。財政獎勵的節(jié)能技術(shù)改造項目是指燃煤工業(yè)鍋爐（窯爐）改造、余熱余壓利用、節(jié)約和替代石油、電機系統(tǒng)節(jié)能和能量系統(tǒng)優(yōu)化等項目。
A：溫度場與氧濃度的研究：
我公司與吉林大學做的增氧燃燒特性研究實驗
氧濃度為21%時的火焰及溫度場
B:溫度場與氧濃度的研究：
我公司與吉林大學做的增氧燃燒特性研究實驗
氧濃度為30%時的溫度場
實際應用:
(在 燃 氣 鍋 爐 上 的 實 驗)
富氧燃燒技術(shù)背景及意義
燃燒是目前人類獲取能量的一個主要的手段，通過燃燒礦物燃料所獲取的能量占總能量消耗的百分之九十以上。因此，燃燒過程組織得合理與否在很大程度上影響到能源的利用程度和能耗的減少。在人類大量燃燒利用礦物質(zhì)燃料的同時，產(chǎn)生了大量的溫室氣體和酸性氣體，是全球環(huán)境惡化的重要影響因素。21世紀人類面臨的大課題是能源和環(huán)境問題，特別是像我國這樣一個人口多、人均資源少，正在發(fā)展工業(yè)化的發(fā)展中地區(qū)來說，能源和環(huán)境問題更為突出。燃燒過程是空氣中的氧參與燃料氧化并同時出光和熱的過程。增氧燃燒是指助燃用的氧化劑中的氧濃度高于空氣中的氧濃度。增氧助燃對所有燃料（包括氣體、液體和固體）在絕大多數(shù)工業(yè)鍋爐均適用，它既能提高劣質(zhì)燃料的應用范圍，又能徹底發(fā)揮優(yōu)質(zhì)燃料的性能。實驗表明用26.7%的濃氧空氣燃燒褐煤或用21.8%的濃氧空氣燃燒無煙煤所得到的理論燃燒溫度相當于普通空氣燃燒重油所得到的溫度。
增氧助燃作為一種高新的燃燒技術(shù)在各國蓬勃發(fā)展，在我國也引起了新的技術(shù)改革。富氧助燃是近代燃燒的節(jié)能技術(shù)之一。富氧助燃技術(shù)能夠減少燃料的燃點，加快燃燒速度、促進燃燒所有、提高火焰溫度、減少燃燒后的排氣量、提高熱量利用率和減少空氣過剩系數(shù)，被發(fā)達地區(qū)稱之為“資源創(chuàng)造性技術(shù)”。
燃燒是由于燃料中可燃分子與氧分子之間發(fā)生高能碰撞而引起的，所以氧的供給情況決定了燃燒過程完成的是否徹底。用比通常的空氣（含氧21%）含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，稱為富氧燃燒（oxygen enriched combustion），簡稱OEC。
富氧空氣助燃，其中氮氣成分低，則不僅增加了燃燒反應的反應物濃度，而且增加了激發(fā)分子的有效碰撞次數(shù)，因此導致燃燒速度加快。氧濃度的提高還可以減少空氣過量空氣系數(shù)，既能得到較高的燃燒溫度，又能實現(xiàn)所有燃燒。較高的燃燒溫度有利于增加傳熱溫差，改善熱利用率。通常鍋爐的單項熱損失是排煙熱損失，采用濃氧空氣參與助燃，由于所需助燃空氣量減少（還可帶來節(jié)約鼓風及引風機電耗的可觀效益）、在其它條件不變的前提下，可大幅度地減少煙氣熱損失。由于富氧燃燒減少了煙氣量，也就相應減少了對空氣的污染。
增氧助燃的優(yōu)點如下：
1、提高火焰溫度
因氮氣量減少,空氣量及煙氣量均顯著減少，故火焰溫度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高,但富氧濃度不宜過高，一般富氧濃度在26-33％時為標準,因為富氧濃度再高時，火焰溫度增加較少，而制氧投資等費用猛增，綜合效益反而下降，經(jīng)分析氧濃度與火焰溫度的關系圖如下
2、減少燃料的燃點溫度
燃料的燃點溫度不是一個常數(shù)，它與燃燒狀況、受熱速度、環(huán)境溫度等有關，如 CO 在空氣中為 609℃，在純氧中僅 388℃，所以用富氧助燃能減少燃料燃點，提高火焰強度、增加釋放熱量等。 如下表是幾種氣體燃料的燃點溫度(單位:℃):
|
燃料 |
空氣（ 21%O2） |
氧氣（100）% |
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氫氣 |
572 |
560 |
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天然氣 |
632 |
556 |
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丙烷 |
493 |
468 |
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丁烷 |
408 |
283 |
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一氧化碳 |
609 |
388 |
3、加快燃燒速度,促進燃燒徹底
燃料在空氣/純氧中的燃燒速度相差甚大,如氫氣在空氣中的燃燒速度可能為280 cm3/s,在純氧中為1175 cm3/s,是在空氣中的4.2倍,天然氣則高達10.7 倍,增氧助燃,不僅能使火焰變短,提高燃燒強度,加快燃燒速度,獲得較好的熱傳導,同時由于溫度提高了,將有利于燃燒反應徹底。如下表是不同溫度和氧濃度下的石油焦的燃盡時間:
4、減少燃燒后的煙氣量
用普通空氣助燃，約五分之四的氮氣不但不參于助燃,還要帶走大量的熱量。如用增氧助燃,氮氣量要減少,故燃燒后的排氣量亦減少,一般氧濃度每增加1%，煙氣量約下降2-4.5%,從而能提高燃燒效率。
5、增加熱量利用率
增氧助燃,對熱量的利用率會有所提高,如用普通空氣助燃,當爐膛溫度為1300℃時,其可利用的熱量為
42％，而用
26％的富氧空氣助燃時,可利用熱量為
56％，增加33％,而且在一定范圍內(nèi)氧濃度越大,加熱溫度越高,所增加的比例就越顯著，因此節(jié)能成果就越好。
6、減少空氣過剩系數(shù)
用濃氧代替空氣助燃，可適當減少空氣過剩系數(shù),這樣燃料消耗就相應減少，從而節(jié)約能源。日本節(jié)能技術(shù)部長小西二郎在工業(yè)窯爐節(jié)能措施中,著重于減少空氣過剩系數(shù)的研究。如他在一臺熱處理爐中經(jīng)多次試驗，將空氣過剩系數(shù)從 1.7 降到 1.2，平均節(jié)能達 13.3％。
7、換熱強度增大
由于濃氧氣體布置在火焰中間后端的滯氧區(qū)參與助燃，在爐膛內(nèi)，燃料燃燒的熾熱火炬，以輻射、對流和傳導的方式同爐膛水冷壁和爐墻進行熱交換�；鹧娉錆M度好，使火焰中間區(qū)擴大，輻射換熱強度和對流換熱強度也隨之擴大，相當于增加了受熱面積，增加鍋爐出力。
8、輻射定律
由于增氧燃燒技術(shù)可使碳的燃點減小，燃燒徹底而強烈，火焰充滿度好，提高爐膛的整體溫度，一個物體向周圍輻射的熱與該物體的溫度的四次方成正比，這就是所謂的“四次方定律”，水冷壁獲得輻射能量大大提高。使鍋爐整體熱效率得以提高。
黑煙污染治理
揮發(fā)分在鍋爐燃燒室內(nèi)缺氧條件下的析出產(chǎn)生游離碳——黑煙，采用增氧耦合撓動接觸再燃燒原理，使揮發(fā)分在形成黑煙前或過程中徹底燃燒。增氧撓動燃燒消煙與其它黑煙污染治理技術(shù)(如傳統(tǒng)二次燃燒、機械定量給料、水洗)相比，基于其本身的技術(shù)特點，容易取得較好的黑煙污染治理成果(通常煙氣的林格曼黑度遠低于1級)。
增氧助燃后還可以減少煙氣中SO2 (二氧化硫)、CO（一氧化碳）、NOx（氮氧化物）含量。
在煤燃燒時，溫度大約在1400℃左右，煤中所含的S（硫）和
H2S（硫化氫）被氧化，生成SO2.同時煤中還含有大量的Mg2+（鎂離子）和Ca2+（鈣離子）化合物，這時候在1400℃和C（碳）作催化劑的條件下將發(fā)生如下反應：SO2+Ca2++O2 →CaSO4 ,采用富氧燃燒增加了氧濃度，促使反應向右進行，減小了煙氣中的SO2濃度，這樣起到了固硫作用。
制氧設備運行的可靠性
壓力差氣體分離技術(shù)的原理是在壓力驅(qū)動下，借助氣體中各組分在高分子材料表面的吸附能力以及在高分子材料內(nèi)溶解-擴散上的差異來進行分離的。高分子材料滲透法制取濃氧空氣的過程沒有發(fā)生物質(zhì)的相變化和化學變化，現(xiàn)在作為成熟的工藝技術(shù)，廣泛用于許多氣體的分離、提濃工藝。它的主要優(yōu)點是無相變，能耗低，成本低，裝置規(guī)模根據(jù)處理量的要求可大可小，而且設備簡單，使用方便，運行可靠性高，高分子材料的年限可達數(shù)年，無噪聲，清潔生產(chǎn)。
本公司生產(chǎn)的高分子材料滲透法制氧裝置，可將空氣的含氧濃度從20.9%濃縮到26~30%左右。這種氧濃度空氣對各種鍋爐的增氧助燃是很適中的。該裝置及其技術(shù)性能達到并超過目前全球較好水平。裝置的核心部件——制氧高分子材料組件是本公司與德國合作，引進先進技術(shù)制成，終身免維護。僅機泵須定期保養(yǎng)。無須專人看管。
鍋爐改造運行
進行工業(yè)鍋爐技術(shù)改造和設計上的更新?lián)Q代的目的是在確保不危險的前提下，提高經(jīng)濟運行能力，增加效率與出力。具體實施方案是要改爐而不是改鍋，增氧助燃是強化燃燒而不是改動受熱面，所以該工藝的安裝不改變鍋爐的原有結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，僅預熱系統(tǒng)和氧氣噴嘴與鍋爐接觸，對鍋爐的性能無影響。
煤碳的燃燒過程可靠性
煤從進入爐膛到燃燒完畢，一般經(jīng)歷四個階段：
水分蒸發(fā)階段 當溫度達到105℃左右時，水分全部被蒸發(fā)。
揮發(fā)物著火階段 煤不斷吸收熱量后，溫度繼續(xù)上升，揮發(fā)物隨之析出，當溫度達到著火點時，揮發(fā)物開始燃燒。揮發(fā)物燃燒速度快，一般只占煤整個燃燒時間的1/10左右。
焦碳燃燒階段（主燃區(qū)） 煤中的揮發(fā)物著火燃燒后，余下的碳和灰組成的固體物便是焦碳。此時焦碳溫度上升很快，固定碳劇烈燃燒，放出大量的熱量，煤的燃燒速度和燃燼程度主要取決于這個階段。在此階段應用增氧助燃技術(shù)可使燃料碳和氧接觸徹底。接觸越好，燃燒越徹底。燃料中的可燃氣體及燃料碳迅速燃燼，從而能徹底燃燒，放出更多的有效熱量。
燃燼階段 這個階段使灰渣中的焦碳盡量燒完，以減少不徹底燃燒熱損失，增加效率。
良好燃燒必須具備三個條件：
1、溫度 溫度越高，化學反應速度快，燃燒就越快。層燃爐溫度通常在1100-1300℃。
2、空氣 空氣沖刷碳表面的速度愈快，碳和氧接觸越好，燃燒就愈快。
3、時間 要使煤在爐膛內(nèi)有足夠的燃燒時間。我們設計的火焰燃燒溫度，根據(jù)不同鍋爐只提高50～100℃，不會產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象，所以燃燒不危險的。
增氧助燃技術(shù)應用范圍很廣泛，凡需要空氣助燃的地方均可以使用增氧助燃技術(shù)。目前我公司已開發(fā)出拋煤機鏈條爐、鏈條爐、窯爐、燃氣燃油爐、循環(huán)流化床爐的增氧助燃應用裝置，并得到了廣泛的應用，該技術(shù)已經(jīng)很成熟，應用后節(jié)能成果達到5%以上，減少煙氣黑度。我公司還在電廠的煤粉爐上研究該技術(shù)的應用。
大慶開發(fā)區(qū)三春節(jié)能技術(shù)有限公司
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