第6讲 高效燃烧技术

应用实例2：韩国东洋水泥厂
厚德博学
笃行创新
韩国东洋水泥厂2010年成 功安装运营富氧燃烧系统
根据公司的测试报告： 1.单位熟料综合能耗降低5% 2. 熟料增产3.5% 3.火焰平均温度上升200°
应用于水泥企业应注意的问题
厚德博学
笃行创新
由于煤燃烧速度的提高，使火焰长度缩短，若操作不当。 易造成短焰急烧，使高温部分过于集中，易烧垮“窑皮”及衬 料，不利于窑的长期安全运转。 由于氮气的减少，导致窑内对流减弱，不利于对流传热， 并增加窑内温度的不均匀性和易产生热斑。 解决方案：为避免富氧燃烧带来的不利影响，须在燃 烧设备及工艺操作方面作相应调整，如采用新型的适于富 氧燃烧的燃煤喷枪；或在煤燃烧时适当提高煤粉喷出的速 度，并努力实现烟气循环利用，加大窑内气流动量，改善 窑内对流传热等等。
第一代再生燃烧技术
80 年代，蓄热式燃烧器
厚德博学
笃行创新
节能效果显著，被称为 第一代再生燃烧技术， 但存在环境和可靠性问 题。
厚德博学
高温空气燃烧
笃行创新
20世纪 90年代初，日本钢管株式会社(NKK)和日本工业 炉株式会社(NFK)联合开发了一种新型蓄热器，称为高效陶 瓷蓄热系统HRS(High-cycle Regenerative Combustion System)。在蓄热体选取上，采用压力损失小、比表面积更大 的陶瓷蜂窝体，以减少蓄热体的体积和重量。为了实现低 NOx排放，蓄热体和烧嘴组成一体联合工作，采用两段燃烧 法和烟气自身再循环法来控制进气，效果很好。 从而开创 了针对燃用清洁或较清洁气体和液体燃料的工业炉和工业锅 炉开发应用高温空气燃烧技术的新时代，使用这种蓄热式烧 嘴的燃烧技术被称为“第二代再生燃烧技术”。
迅速下滑、热生料中SO3含量偏高、无法稳定窑况、 熟料产质 量明显下降。
处理：2009 年, 公司和普莱克斯公司合作, 在水泥回转窑
进行窑头和窑尾富氧燃烧,欲解决水泥窑在处理工业废弃物过 程中遇到的诸多问题。
厚德博学
笃行创新
富氧燃烧系统 由流量控制阀架、 电控箱、氧枪及氧 枪附件构成，氧气 可由三个位置(窑头 罩、喷煤管和窑尾) 喷入。 富氧燃烧系统示意图
增加热量利用率
富氧助燃可增加热量利用率
如：炉膛温度为1300℃ 普通空气助燃，可利用热量42% 26%的富氧助燃，可利用热量56%
一般氧浓度每增加1%，烟气量 约下降3-5%,从而降低排烟 热损失，提高燃烧效率等。
热量利用率可增加14％。
厚德博学
笃行创新
富氧浓度越高越好吗
富氧助燃的最佳浓度为：26～30％
富氧燃烧技术的优势
加快燃烧速度 提高火焰温度
厚德博学
笃行创新
降低燃点温度
优势
增加热量利用率
减少排气量
提高火焰温度
厚德博学
笃行创新
Βιβλιοθήκη Baidu
厚德博学
笃行创新
加快燃烧速度
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
降低燃点温度
应用实例3：青岛荣泰玻璃制品有限公司
厚德博学
笃行创新
2008年5月青岛荣泰玻璃制品有限公司在1号马蹄焰玻璃熔 窑上运用富氧燃烧技术,节能效果显著,随即又在2号窑进行使用。
两座熔窑富氧助燃前后出料量与能耗对比
经测定,该富氧燃烧技术与装置节能效果可观,而且改变了 熔窑工况,当富氧空气输入后,火焰长度明显缩短,加料口部位火 焰底部亮度明显增强,窑顶温度降低,燃料节约达10%以上,产量 提高5%左右。
16.8
26.8 26.1 24.7 …….
富氧燃烧技术节能环保效益较佳，还能提高劣质燃料的应 用范围，并充分发挥优质燃料的性能，可应用于各种窑（锅）
炉，前景广阔！
富氧燃烧技术的发展历程
厚德博学
笃行创新
1937 年，富氧在底吹转炉炼钢上的成功应用是世界上最早 的富氧燃烧。 在70年代末，西方发达国家及前苏联开始富氧燃烧技术用 于玻璃炉窑的研究, 并在70年代末80 年代初取得了良好的效 果。随着富氧燃烧在钢铁工业及玻璃工业窑炉得到普遍的应 用, 应用范围越来越广。 80年代后期，限制NOx排放问题为纯氧燃烧技术带来了新 的机遇。近10多年来, 纯氧燃烧技术在欧美、日本等国得到 迅速发展, 特别在钢铁工业炉窑和玻璃工业窑炉上得到了广
富氧燃烧技术关键内容
厚德博学
笃行创新
富氧的制备方法：低温精馏法、变压吸附法、膜分离法
富氧的助燃方法：微富氧燃烧、纯氧燃烧、氧气喷枪、
空－氧燃烧
富氧的制备方法
工业发达国家称之为 资源的创造性技术
厚德博学
笃行创新
膜分离法 减少了投资费用，达到了富氧助燃的浓度要求， 成为富氧制备的首选方法。
富氧的助燃方法
制氧技术的筛选
改用富氧燃烧后熔窑的设计和控制 耐火材料的选用
富氧燃烧技术在陶瓷窑炉中的应用
厚德博学
笃行创新
富氧燃烧技术在陶瓷窑炉中的应用在我国目前还处于 初级阶段, 其原因是所产生的大量NOx 、氧气制备技术和 富氧燃烧装备的不成熟阻碍了其推广。
高温空气燃烧技术
1 基本概念 2 3 4 历史及发展 基本原理 关键部件和材料 技术优势
应用实例4：江苏省泰兴市吉力玻璃制品有限公司 笃行创新
厚德博学
随着油价的下调,公司于2008年10月底将原燃发生炉煤气 改为燃煤焦油,改造后熔化温度偏低,直接影响产品质量和产量。 2008年11月公司委托江苏贝瑞特富氧科技有限公司对熔 窑进行富氧助燃改造,采用膜法富氧装置。2009年1月底设备 安装结束并投入使用。
蓄热式 换热器
蓄热式 燃烧器
高温空 气燃烧
厚德博学
蓄热式燃烧器
笃行创新
1982年，英国Hot Work公司和英国British Gas公司 合作首次研制出紧凑的陶瓷球蓄热系统RCB(Regenerative Ceramic Burner)。系统采用高速切换燃烧器,以陶瓷球作 为蓄热体，比表面积可达240m² 。因此蓄热能力大大增 /m³ 强，蓄热体体积显著减小，空气预热温度提高，排烟温度 大大降低，热回收率明显提高，节能效果十分显著。之后， 其它国家也相继开发和采用这项技术。这种早期开发的高 温空气条件下的燃烧技术被称为“第一代再生燃烧技术”。
厚德博学
笃行创新
实施结果：
窑头富氧可以强化和改善煤粉燃烧, 提高煤粉燃烧速率和 燃尽率, 降低窑头的煤消耗, 缩短火焰长度, 改善回转窑热量分 布并提高烧成带温度, 废弃物的水分蒸发造成的系统热损失可 由窑头富氧改善燃烧来弥补。此外, 窑头煤粉的完全燃烧也有 助于窑尾还原性气氛的改善。
富氧可以在窑尾形成局部强氧化气氛, 与窑尾加入的废弃 物及由废弃物在运动过程中产生的还原性成分迅速反应, 最大 程度缓解加入的废弃物造成的强还原气氛, 可以提高工业废弃 物的处理能力。同时减少窑尾结皮现象, 延长水泥窑的掺烧工 业废弃物连续作业时间。
主要设备包括：空气压缩机、空气处理系统、膜系统、富氧空气缓冲 储存罐、富氧空气输送风机。
应用实例1：北京新北水水泥有限责任公司
厚德博学
笃行创新
公司概况：拥有全国首条利用水泥窑处置工业废弃物环
保示范线, 年处置能力10 万t，为国内第一家利用水泥窑焚烧 处置城市危险废弃物并取得成功的企业。
问题：在处理工业废弃物, 特别是在污泥处理时, 窑电流
Lec.6 高效燃烧技术
1. 富氧燃烧技术 2. 高温空气燃烧技术
厚德博学
笃行创新
3.
富氧燃烧技术
1 概述 2 应用实例
厚德博学
笃行创新
富氧燃烧的定义
气叫做富氧气体。
厚德博学
笃行创新
富氧气体 ：通常把空气中氧气体积分数大于21%的空
富氧燃烧 ：指的是用比普通空气含氧量(21%)更高的
富氧空气作为助燃剂进行燃烧(Oxygen Enriched Combustion, 简称OEC)。当氧浓度大于90%时，此时的燃烧为全氧燃烧; 当氧浓度为100 %时为纯氧燃烧。
特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放及降低燃烧噪音，
被誉为二十一世纪关键技术之一。 亦称蓄热燃烧技术、无焰燃烧技术等
2、历史及发展
厚德博学
笃行创新
在二十世纪七十年代以前，余热都没有得到充分的利用，窑炉 系统的排烟损失很大。 七十年代起，采用回收烟气显热的技术（换热器），排烟温 度降低，入炉气体温度提高。缺点是NOX排放增加，保温材料和控 制技术没有发展的余地。 八十年代，出现蓄热燃烧器，节能显著， NOX排放大。 九十年代，HTAC技术出现，即节能又环保。
富氧燃烧技术分为整体增氧和局部增氧两大类, 前者特点 是整个助燃风均用富氧替代, 投资大,成本高; 而后者是局部增 氧技术和助燃技术两者的结合。
富氧燃烧技术的节能效益
窑炉名称
玻璃窑炉
玻璃窑炉 陶瓷窑炉 锻造加热炉 其他窑炉
厚德博学
笃行创新
富氧浓度（%）
22.7
25.3 28.0 25.0 …….
节能率（%）
厚德博学
笃行创新
5
6 应用概况
1、基本概念
高温空气燃烧技术（High Temperature Air
厚德博学
笃行创新
Combustion, HTAC）是将高温空气喷射入炉膛，维持低氧 状态，同时将燃料输送到气流中，产生燃烧。空气（气体 燃料）温度预热到8000C～10000C以上，燃烧区空气含氧量 在21%～2%，与传统燃烧过程相比，高温空气燃烧的最大
纯氧燃烧
氧气喷枪 空-氧燃烧
厚德博学
笃行创新
介绍
特点
厚德博学
笃行创新
厚德博学
笃行创新
厚德博学
笃行创新
工艺流程—负压法
厚德博学
笃行创新
原理：利用滤袋式除尘器
对空气进行除尘、经由高压离心 通风机抽取进入膜分离系统，利 用真空泵产生的压差，使氧气在 膜的低压侧富集并被抽取而成为 富氧空气，氮气直接被排出。真 空泵是用水来密封，因此对富氧 的空气必须要经过水分离器、进 行脱湿和稳压。目前发展中国家 包括中国大多采用这种方法。
3、基本原理
厚德博学
笃行创新
工作过程
厚德博学
笃行创新
烧嘴和蓄热体成对出现。助燃空气通过其中一个烧嘴，
被加热后供燃烧用，另一个烧嘴充当排烟的角色，同时蓄
热体被加热。当到达换向时刻时，换向阀动作使系统反向 运行，烟气加热好的蓄热体被用来加热空气，助燃空气冷 却的蓄热体又被离开炉子的高温烟气加热，最后排出的烟 气只有150～200℃，空气预热温度1000 ℃左右。切换阀在 低温下工作，同时排出燃烧废气的风机也在低温下工作， 标准风机就可以满足要求。
优点：能耗较低，前处理简单，操作方便和安全，仅机/ 泵需定期维护，其它设备均免维护，总投资较少。
厚德博学
笃行创新
富氧喷嘴
厚德博学
笃行创新
工艺流程—正压法
厚德博学
笃行创新
原理：空气压缩机将气源进行压缩增压后，送入缓冲储气罐，经过 前后二级空气处理系统和干燥处理，成为洁净的压缩空气后再进入膜 分离系统，富氧空气在膜的特殊排口被低压抽取，氮气直接被排出。 目前欧美等先进国家采用的大多是这种方法。
泛的研究和应用。
富氧燃烧技术在我国的发展历程
厚德博学
笃行创新
黄金时期（1982—1992）：研制出由聚砜硅橡胶涂层制成的 复合膜；提出了对锅（窑）炉“局部增氧助燃”的概念，并 在20多家玻璃厂的窑炉上实施，节能8%-10%。 困惑时期（1992—1998）：“局部增氧助燃”技术需要多方 面的人才联合开发；缺乏把富氧技术从实验室推向市场的经 验；“局部增氧助燃”技术尚未完全掌握，仍需完善和成熟； 富氧膜的研究和开发进展缓慢。 新时期（1998至今）： 富氧方面的专业队伍以崭新的姿态 和清醒的头脑投入新一轮的市场开拓中；成功开发了“局部 增氧”、“梯度燃烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”和“S 型燃烧”等高新技术。
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燃点在空气中609℃ 在纯氧中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。
厚德博学
笃行创新
减少排气量
空气中的含氧量增高，燃烧所 需之空气供应量就可降低 如：燃烧1m3的天然气 含氧量21%，需理论空气量9.52m3 含氧量28%，需理论空气量7.14m3
厚德博学
笃行创新
泰兴吉力玻璃制品有限公司玻璃熔窑富氧助燃记录
结果表明:使用富氧燃烧后火焰温度明显增高,燃烧速度加 快,燃料在火焰区域燃烧充分, 废气排放减少,燃料节约7% ,产 量提高11 % ,产品质量提高,综合经济效益可观。
应用于玻璃企业应注意的问题
燃烧器的选用和安装
厚德博学
笃行创新