富氧燃烧技术

富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用

一、概述

通常空气中氧的含量为20.93％、氮为78.1％及少量惰性气体等，在昆明地区空气中氧的含量约为20.8％,在燃烧过程中只占有空气总量的1／5左右的氧参与燃烧，而占空气总量约4／5的氮和其他惰性气体非但不助燃，反而将随烟气带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93％的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧给燃烧提供了足够的氧气，使可燃物充分燃烧，减少了固体不完全燃烧的排放，减少了氮和其他惰性气体随烟气带走的热能。将具有明显的节能和环保效应。

目前富氧可以通过深冷分离法、变压吸附法及膜分离法获得。膜法富氧技术是近年发展的非常适合各种锅炉、窖炉做助燃用途的高新技术，它具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资较少等特点，被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。

二、膜法富氧原理

膜法富氧是利用空气中各组分透过富氧膜时的渗透速率不同，在压力差驱使下，使空气中的氧气优先通过而得到富氧空气。膜法富氧助燃系统包括空气过滤器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、真空表、调节阀、气水分离器、除湿增压电控系统、富氧预热器和喷嘴。

三、富氧燃烧分析

助燃空气中氧浓度越高，燃料燃烧越完全，但富氧浓度太高，会导致火焰温度太高而降低炉膛受热面的寿命，同时制氧投资等费用增高，综合效益反而下降，因此国内外研究均表明，助燃空气富氧浓度一般在26～30％时为最佳。

1、据测试氧含量增加4－5%，火焰温度可升高200－300℃。火焰温度的升高，促进整个炉膛温度的上升，炉堂受热物质更容易获得热量，热效率大幅提高。

2、燃料在空气中燃烧与在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在空气中的燃烧速度最大为280cm/s，在纯氧中为1175cm/s，是在空气中的4.2倍，天然气则高达10.7倍。富氧助燃，可以使燃烧强度提高、燃烧速度加快，从而获得较好的热传导，使燃料燃烧的更完全。

3、燃料的燃点温度不是一个常数，它与燃烧状况、受热速度、富氧用量、环境温度等密切相关，如CO在空气中为609℃，在纯氧中仅388℃，所以用富氧助燃能降低燃料燃点，提高火焰强度、减小火焰尺寸、增加释放热量等。

4、用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不参与助燃，还要带走大量的热量。一般氧浓度每增加1%，烟气量约下降2～4.5%，从而能提

高燃烧效率。

5、如用普通空气助燃，当炉膛温度为1300℃时，其可利用的热量为42％；而用26％的富氧空气助燃时，可利用热量为56％，热量利用率可增加14％。

6、排烟温度每降低12－15℃,可降低排烟热损失约1%,用富氧代替空气助燃，可减少一次风量，降低了空气的过剩系数，减少了排烟量降低了排烟热损失。

四、锅炉热效率分析

1、锅炉热效率提高：

公式： η2=100-∑q=〔q2+q3+q4+q5+q6〕

式中： η2—锅炉反平衡热效率 %

q2—排烟热损失 %

q3—气体不完全燃烧热损失 %

q4—固体不完全燃烧热损失 %

q5—散热损失 %

q6—灰渣物理热损失 %

从锅炉热平衡热效率公式中可看出，锅炉热效率的高低取决于它的五种热损失的大小，分别是1、排烟损失q2，2、气体不完全燃烧热损失q3，3、固体不完全燃烧热损失q4，4、散热损失q5，5、灰渣物理热损失q6。其中排烟损失q2和固体不完全燃烧热损失q4，是正转链条锅炉热损失的最大两项，它们之和占总损失的80%以上。

2、排烟热损失q2

从公式中可看出，排烟热损失q2的大小，取决于排烟温度的高低和排出烟气量的大小，改造后的富氧燃烧锅炉，可减少一次风的风量，使过剩空气系数合理，这样就能减少烟气的大量排出。烟气带走的热量就大大的降低，排烟热损失就小。

3、气体不完全燃烧热损失q3

气体不完全燃烧损失q3，从公式中可看出，主要取决于排烟处烟气容积和可燃气体，改造后的富氧燃烧锅炉，可燃气体得到充分燃烧，炉膛温度高，用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不参与助燃，还要带走大量的热量。一般氧浓度每增加1%，烟气量约下降2～4.5%，所以气体不完全燃烧损失q3也就小。从而能提高燃烧效率。

4、固体不完全燃烧热损失q4

固体不完全燃烧损失q4，取决于炉渣、漏煤、飞灰的量和含碳量。改造后的富氧燃烧锅炉，煤在炉内的着火线与燃尽线都提前。燃煤在距离挡渣器1米处就燃尽，排除的灰渣含碳可保证在15%以下，如果好煤种（挥发份高、热值高）调节得当，灰渣含碳量可低于10%以下，甚

至更低，加上燃烧工况好，炉膛温度高、飞灰中含碳量就大大的降低，因而降低了固体不完全燃烧热损失，提高了锅炉热效率。

5、灰渣物理热损失q6

灰渣物理热损失q6，取决于灰渣温度，改造后的富氧燃烧锅炉，由于炉膛温度高，煤在炉内的着火线与燃尽线都提前，灰渣在炉排上能充分燃烧，燃尽段增长（燃煤在距离挡渣器1米处就燃尽），灰渣温度低。因此灰渣物理热损失就小，提高了锅炉热效率。

针对不同的炉型，确定整体富氧助燃或局部增氧助燃方式，经现场考察综合评估后，配备专用系列富氧喷嘴，区别采用“梯度燃

烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”、“四角燃烧”等与炉窑、燃料及产品等相匹配的高新燃烧技术，关键是将富氧送到最需氧的地方，并合理调整锅炉给风系统。对玻璃窑炉和陶瓷窑炉，实施改造和调试更简单，可以不停窑安装。

五、富氧助燃装置节能效果及其特点

对玻璃窑炉和陶瓷窑炉，可节能8－15%，提高产量5－10%，且产品质量等级均有提高；对工业锅炉，可节能5－15%，提高锅炉出力10%以上，减少环境污染，尤其是在燃油炉上使用富氧，节能和环保效益更好，项目的投资回收期不到一年。

局部增氧助燃技术非常符合中国国情，设备投资成本低，系统操作简单，运行可靠，能耗只有0.11kW.h/Nm3富氧，膜组件部分使用寿命可达8－10年，占地面积只需几平方米，安装周期仅需一周左右，不改动锅炉或窑炉本体，对新老烧煤、油、气的锅炉、窑炉均能改造，设备适应面非常广。

应用范围

锅炉系列：工业燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、垃圾焚烧炉。

窑炉系列：玻璃窑炉、水泥窑、陶瓷窑、金属冶炼炉，以及燃油、燃气发电机组等。

由于能源越来越紧缺、环保要求越来越严格，相信不久的将来膜法富氧助燃技术的应用会越来越广，发展前景十分广阔。

六、成功案例

大连油脂化学厂30吨燃油锅炉配置300－350Ｎｍ3/ｈ富氧量，节约燃油8.25%。

江苏阜宁化肥厂20吨燃煤链条发电锅炉配置150－200Ｎｍ3/ｈ富氧量，平均节煤达11.04%。