富氧燃烧

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

富氧燃烧在生物质锅炉的应用

富氧燃烧技术在生物质锅炉的应用的探讨摘要：根据生物质锅炉燃烧特点、燃料特性，结合富氧燃烧技术特点，阐述了对生物质锅炉利用富氧燃烧技术解决飞灰含碳量高、炉膛负压不稳定、燃烧过程空气需求量大、排烟量大等瓶颈问题，提出见解和分析。前言：在世界能源消费中，生物质能源约占16％左右，而在欠发达地区则占63％以上。全球大概有25亿人生活所用的能源90％以上都是生物质能源。中国是人口最多的国家，同时又处在一个经济的快速发展的时期，能源的需求和消费尤为巨大。日益短缺的化石燃料资源，以及燃烧化石燃料造成大气污染，已成为人们关注和忧虑的焦点。 21世纪，中国将会面对环境保护和经济增长的双重压力。因此，转变能源生产和消费结构的模式，开发和利用生物质能和其他可再生能源和清洁能源，建立新的可持续发展的能源利用体系，为保障和促进可持续发展和环境保护有着深远的意义。

生物质能是人类在远古时代就开始利用的能源，中东战争所造成的世界能源危机使人们开始关注和重视开发和利用可再生能源。人们清醒的认识到石油和煤等化石燃料不可再生和所造成的环境等一系列问题使人类的可持续发展遇到了前所未有的重大问题。使用化石燃料会产生“酸雨”，“臭氧耗破坏”，“温室效应”和其他环境问题，人类的生存和发展正面临着巨大的挑战。而为了解决因为使用化石能源所造成的一系列问题，人类正积极探索和研究可再生清洁能源以替代化石燃料。2014年4月18日李克强主持召开新一届国家能源委员会首次会议，明确了国家能源发展战略： “节约、清洁、安全”三大能源战略方针。 “节能优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”四大能源战略。加快构建低碳、高效、可持续的现代能源体系。二、生物质锅炉运行分析；据统计，现在生物质能消费占世界总能耗的16％左右，位于煤，石油，天然气之后，位居第四。其中，发展中国家占总生物质能的生物能源的使用量的75％，发达国家占25％左右，部分国家生物能源的使用量甚至占能源使用总量的60%。

富氧燃烧技术富氧燃烧技术与污染物排放

富氧燃烧技术富氧燃烧技术与污染物排放富氧燃烧是一种新兴的燃烧技术。富氧燃烧能够显著提高燃烧效率和火焰温度，但由于制氧成本较高的问题，在上世纪80年代经历黄金成长期之后，发展速度放缓。而后随着制氧方法的进步，尤其是富氧膜技术的进展，富氧燃烧技术近20年来逐渐推广。而且，富氧燃烧也便于在现有锅炉设备上改造实现，具有可预期的良好发展前景。与普通的空气燃烧相比，富氧燃烧技术可以显著节约能源，其对环境的影响方面也具有不同特点。其中既有有利的一面，也有不利的一面。本文主要从较为常见的碳排放、粉尘污染、二氧化硫和氮氧化物的排放四个方面来讨论富氧燃烧对环境的影响。 1 富氧燃烧对碳排放的影响在对CO2排放限制越发严苛的当代社会，节能减排是全社会关注的焦点。常规的燃烧方式都存在着不足之处，局部缺氧会产生不完全燃烧，火焰温度偏低也会产生不完全燃烧，浪费燃料，而作为粉尘排放的未燃烧燃料也会造成大气污染。

富氧燃烧针对缺氧区，局部增氧，可使燃料燃点降低，燃烧速度增快，燃料燃烧更 __，而火焰温度则会提高。根据维恩位移定律，辐射强度与温度的四次方成正比，可使热能的利用率大幅提升。同时，富氧燃烧可以减少鼓风机进风量和高温烟气的排放量，可降低热能损失。空气中氧气的含量占20.94%，而不助燃的氮气占78.097%。在燃烧过程中，氮气带走了大量热量，采用富氧燃烧后可减少进风量，即减少了热能的流失，并且由于风量的下降，可以使用功率更小的风机。假设燃料完全燃烧，空气含氧量φ=21%，理论氧气量为Vo，过量空气系数a=1.2，实际空气量为Va，则 Va=a 根据以上公式，设某工况理论氧气量为1 m3/s，可列表1。对某煤种燃烧的分析，当助燃空气含氧率从21%升高至30%时，理论空气量减少30.0%，理论烟气量减少28.8%，损失减少16.3%。据介绍，日本将23%的富氧用于化铁炉，节能高达26.7%；美国在铸造炉上使用23%～24%的富氧，平均节能44%；国内的武汉钢厂采用富

富氧燃烧技术及工业应用实例分析-2014.2.

一．膜法富氧燃烧技术简介富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量≥21%。现有的富氧方式主要有： (1)增压增氧方式增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为20 95%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。 (2)制氧机制氧方式制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。平时我们所见的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩空气的压力在1ＭＰａ以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可参见文献。第三种是ＰＳＡ分子筛制氧方法,ＰＳＡ分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,ＰＳＡ氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。

(3)化学制氧方式化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。一般用氯酸钾(分子式是ＫＣｌＯ3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(ＭｎＯ2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。氧立得就是利用这种原理制氧的。二．富氧燃烧用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用与用普通空气燃烧有以下优点： 1.高火焰温度和黑度 2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。 3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。 4.降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。富氧燃烧: oxygen enriched combustion 变压吸附制氧设备在富氧助燃特点: ①节能效果显著应用于各个燃烧领域均能大幅提高燃烧热效率，如在玻璃行业中平均节油（气）为20%-40%，在工业锅炉、加热炉、炼铁断和水泥厂机立窑等应用节能量为20%-50%，显著提高热能使用效率。

富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响

基金项目:湛江市2004年重大科技攻关项目(项目编号:2004-3) 富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响郑晓峰,冯耀勋,贾明生 (广东海洋大学工程学院,广东湛江524088) 摘要:本文从富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响两方面来探讨富氧燃烧。随着氧气制备技术的低成本化,采用富氧燃烧对于当前来讲可以很好地提高燃烧效率从而达到节能的效果,同时也要注意其对环境的影响。关键词:富氧燃烧;节能;环境中图分类号:T K16　文献标识码:B 文章编号:1004-7948(2006)07-0026-03 1引言迄今为止,人类消费能源的80%是通过燃烧的途径得到的,而燃烧过程的排放物也是造成环境污染的主要原因。围绕如何提高资源的利用率并在利用的同时尽可能地降低对环境造成的影响,各种高效率、低污染燃烧技术的开发非常活跃,高温空气燃烧、催化燃烧、富氧燃烧等技术已显示了其广阔的应用前景。富氧燃烧采用比空气中氧含量高的空气来助燃,富氧的极限就是使用纯氧。富氧燃烧可以显著提高燃烧效率和火焰温度,长久以来主要是应用在玻璃熔窑和金属冶炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技术、变压吸附PSA 法(Pressure Swing Adsorption )等新型制氧技术的成熟和利用,富氧成本将会不断降低,使得富氧燃烧技术的应用领域不断扩大,在燃气发电系统、工业锅炉、生物质能和废弃物能的利用等多方面都具有应用前景。2富氧燃烧节能特性富氧燃烧具有节能特性主要是由其燃烧特点来决定的,其主要特点如下[1 ～5]: (1)火焰温度大幅度提高,以甲烷燃烧为例(见图1):30%富氧空气时的绝热火焰温度为2500K ,比通常空气燃烧提高近300K;氧浓度大于80%时的火焰温度接近3000K ,层流燃烧速度增大到近3m/s ,而普通空气的层流燃烧速度仅为0145m/s 。通过富氧助燃可以提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时温度提高有利于燃烧反应; (2)由于惰性成分的氮气浓度大大降低,无谓的能源消耗大幅度降低,30%～40%的富氧空气燃烧图1　氧气质量浓度对最高温度、火焰传播速度的影响就可以降低燃料消费20%～30%,提高了热效率;(3)烟气量大幅度减低,纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4,烟气中的CO 2浓度增加,有利于回收CO 2综合利用或封存,实现清洁生产;烟气中高辐射率的CO 2和水蒸气浓度增加,可促进炉内的辐射传热; (4)设备尺寸缩小,燃烧系统的设备投资成本和维护费用降低。3富氧燃烧应用现状由上述特点可知富氧燃烧作为一项具有良好开发前景的高效节能技术具有很广阔的市场前景。目前在冶金、建材等需要高温工况的行业已有应用,低热值的生物质燃料以及固体废弃物的富氧燃烧也是最近发展的热点。 311富氧燃烧技术在金属冶炼中的应用目前世界富氧消耗中,钢铁占50%以上[6],各个大型钢铁厂基本上采用了富氧鼓风。现代的钢、铁联合企业都自建有配套的氧气厂,富氧鼓风可以增大处理能力,降低热消耗水平,提高高炉煤气质量[7]。炼钢过程中,由于炼钢方法不一样,富氧使用情况也不同。对于转炉或平炉炼钢法,采用的是 — 62— 节能EN ER GY CONSERVA TION 2006年第7期 (总第288期)

富氧燃烧与普通空气燃烧区别

与用普通空气燃烧相比，富氧燃烧有以下优点： 1.高火焰温度和黑度。辐射换热是锅炉换热主要的方式之一，按气体辐射特点，只有三原子和多原子气体具有辐射能力，原子气体几乎无辐射能力。所以在常规空气助燃的情况下，无辐射能力的氮气所占比例很高，因此烟气的黑度很低，影响了烟气对锅炉辐射换热面的传热。富氧助燃技术因氮气量减少，空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热。一般富氧浓度在26％～3l％时最佳。 2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4．2倍，天然气则达到10．7倍左右。故用富氧空气助燃后，不仅使火焰变短，提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由于温度提高了，将有利于燃烧反应完全。 3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。燃料的燃点温度随燃烧条件变化而变化。燃料的燃点温度不是一个常数，如CO在空气中为609℃，在纯氧中仅388℃，所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放热量等。 4.减少燃烧后的烟气量，减小锅炉体积。随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气需要量减少，烟气量减少。采用纯氧燃烧时烟气量减少近80%，故可以采用体积更小的锅炉和辅助设备，减少工程造价。 5.减少污染物排放。富氧燃烧烟气量减少，使燃烧废气中的污染物浓度增加，可使废气处理更有效率。同时N2减少可减少热力型NOx生成量。 6.有利于CO2的捕获。目前CO2捕获主要有3种技术路径：燃烧前捕捉、富氧燃烧捕捉和燃烧后捕捉。燃烧前捕捉主要通过IGCC来实现，其原理是通过化学反应将煤或石油残渣等富碳燃料转化为合成气，由于将现有煤粉锅炉改建为IGCC电厂几乎不可能，因此IGCC技术仅适用于新电厂的建设。富氧燃烧捕捉：富氧燃烧技术的原理是用纯氧燃烧同体燃料，由二氧化碳循环流控制燃烧。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。富氧燃烧技术适用于新机组，也可应用于某些改造机组。燃烧后捕捉：这种技术目前相对简便，能够适应大型燃煤和燃气机组，通过捕集装置将电厂烟气中的二氧化碳有选择地去除。因此，富氧燃烧是很有前途的CO2分离方法。但同时富氧燃烧还面临很多问题： 1. 运行方面由于富氧燃烧，炉膛温度很高，需要采取措施(如烟气再循环)降低炉膛温度。需要进一步了解富氧燃烧点火，火焰稳定性，耐腐蚀，传热的问题。 2. 污染物控制方面由于燃烧环境变化，将改变污染物的形成，因此需要更多相关研究。污染物的变化将影响现有污染物控制装置。在CO2捕捉与封存之前需要对其他污染物进行脱除。

富氧燃烧技术的应用

生产技术经验文章编号:1000-2871(2000)02-0026-04 富氧燃烧技术的应用Ξ 戴树业,韩建国,李　宏 (华北制药股份有限公司玻璃分公司,河北　石家庄050041) 摘要:介绍富氧燃烧在燃油玻璃窑炉上的应用及改进经验。关键词:玻璃窑炉;燃油;富氧燃烧中图分类号:T Q171.6+25.3　文献标识码:B Application of Oxyboosted Burning T echnology DAI ShuΟye,H AN JianΟguo,LI Hong 1　概述富氧燃烧就是采用比空气中含氧量高的空气来进行助燃。两方发达国家及前苏联早在70年代就开始这项技术的研究,并在70年代末80年代初取得了良好的效果。象日本松下电气产业公司和大阪煤气公司开发的富氧装置,其所用的膜材料是聚硅氧烷与聚对羟基苯乙烯的交联共聚体,能生产含氧量为28%的富氧空气。美国通用电气公司UOP公司制造的富氧发生器可生产30%浓度的富氧空气。我国80年代中期开始此项技术的研究,中科院大连化物所自1986年起一直从事国家“七五”和“八五”科技攻关项目:卷式富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究,并且研制成功“LT V-PS富氧膜、<100×1000mm卷式组件及装置Ⅰ型”。我公司现有4台马蹄焰蓄热室窑炉,面积在23～28m2之间,主要生产药用玻璃管,对玻璃的熔制质量要求较高,熔化率低,能耗高。随着市场经济竞争日趋激烈,能源价格上涨,成本不断提高。节能挖潜、降低成本对于耗能大户玻璃行业来说至关重要,而采用新技术是最佳途径。我公司1992年就开始对富氧燃烧进行调研工作,但当时富氧膜成本高,使用周期短,工艺设备不成熟,故障率高,一些厂家的使用效果不理想。以后几年我们一直在关注该技术的发展。随着时间的推移,技术的成熟,我公司于1996年上马富氧燃烧项目。 2　膜法富氧制取技术众所周知,空气中的主要成分是氧占20.94%,氮占78.09%。而氧气、氮气在特制的高分子膜中的溶解度大小和扩散速率不同。膜法富氧就是利用空气中各组分透过高分子富氧 Ξ收稿日期:1999-09-16

富氧燃烧技术的应用

富氧燃烧技术一、富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高，详见图1。富氧燃烧可明显提高火焰温度，提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化，并同时发出光和热的过程。热的传递一般通过辐射、传导和对流三种形式进行。这三种形式何种作用最大主要取决于：火焰类型和形状、加入空气中的含氧量及燃烧设备周围的情况等。由于热传递速率与温度的四次方成正比，所以提高燃烧温度将会大大增加热辐射。火焰温度与氧浓度的关系图由火焰温度与氧浓度的关系图可知：A)火焰温度随富氧空气氧浓度的提高而增高；B)随氧浓度的继续提高，火焰温度的增加幅度逐渐下降。为有效利用富氧空气，氧浓度不宜选得过高，一般按空气过剩系数m＝1～1.5组织火焰时，富氧空气浓度取23～27％为宜，其中空气含氧量从21％增加到23％时，效果最明显；C)空气过剩系数不宜过大，否则，同样浓度的富氧空气助燃，火馅温度较低。通常在组织燃烧时，控制在1.05～1.1，以达到既能获得较高火焰温度又能燃烧完全的效果。火焰温度与氧浓度的关系图所示的是理论火焰温度值，实际值要低得多。因为普通燃料燃烧后的最终产物都是二氧化碳和水，它们加热到1500℃时会分解为一氧化碳、氧和氢。也就是说，任何碳氢化合物燃料的高温火焰混合物都将出现CO2、

CO、H2、H2O、O2、CH。由于CO2和H2O高温分解反应是吸热反应，所以实际火焰温度比理论火焰温度要低得多。 (2)富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式,降低燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。当用重油作燃料时，它先蒸发成气体，主要是氢气和一氧化碳，其燃点温度为500～600℃，当富氧空气参与助燃时，其燃烧条件得到改善，从而降低重油的燃点温度，使火焰变短，火焰强度提高，释放热量增加。尤其是玻璃熔窑燃料燃烧时，通常将燃料喷枪置于助燃空气的下方，由于不能及时混合，在火焰根部常有低温区存在，形成所谓的黑区。黑区的存在减小了火焰在熔窑内的覆盖区域，降低了传热效果。 (3)富氧燃烧可以加快燃烧速度，改善燃料的燃烧条件，使得燃烧在窑内充分完成，减少了在蓄热室内的残余燃烧，因而能充分地利用燃料。下表中示出各种燃料应用空气和氧气助燃的燃烧速度比较情况，由表可见，各种气体燃料在纯氧中的燃烧速度大大加快。由于加入氧气后提高了火焰温度，因此增加了燃烧速度。燃烧速度实际上是一种定性的说法。如乙炔是一种燃烧速度快的燃料，其火焰短而密实；天然气是一种比乙炔燃烧速度相对慢的燃料，其火焰较长，但只要燃烧完全，都可放出很大热量。因此，要使燃料达到完全燃烧，必须使燃料和空气混合均匀或充分接触。富氧空气参与助燃后，能加快燃烧速度，提高燃烧强度、使火焰变短，获得较好的热传导，同时由于提高了燃烧温度，所以有利于燃烧反应完全。另外，因为1摩尔C在不完全燃烧的情况下比完全燃烧时少释放出约70％左右的热量。排出尾气中的CO含量增加，热损失呈直线增加。CO热损失增加，单位蒸汽的热耗也近似直线增加。所以说富氧燃烧促进燃料燃烧完全，是节约热能的重要原因。 (4)富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。排出废气的容积比与燃烧空气中氧浓度(％)的关系如下图所示。通常的燃烧只有占空气总量1／5的氧气参与燃烧，其余约占4／5的氮气非但不助燃，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。使用富氧空气的情况下，燃料燃烧完全，自然排出废气减少，排烟热损失也相应减少从而节能。

富氧燃烧锅炉初探

第39卷第1期2008年1月锅炉技术 BOIL ER T ECH NO L OGY Vol.39,No.1 Jan.,2008 收稿日期:2007-08-08 作者简介:牛天况(1940-),男,工学博士,教授级高级工程师。文章编号: CN31-1508(2008)01-0025-07 富氧燃烧锅炉初探牛天况 (上海锅炉厂有限公司,上海200245) 关键词: 富氧;膜法富氧;富氧燃烧;锅炉摘要: 介绍了不同目的的锅炉富氧燃烧技术,重点分析了膜法富氧对于锅炉性能所带来的影响,对于进一步发展膜法富氧锅炉技术和扩大应用提出了建议。中图分类号: T K 227.1 文献标识码: B 1 前言近年来,富氧燃烧出现在各类刊物的场合逐渐增多。可是时至今日,国内主流的专业刊物还是缺少由锅炉专业的视角来分析探讨这个新出现的技术。笔者根据近几年以来所接触的有关信息,在这里做个初步的探讨,希望能起抛砖引玉的作用。 2 富氧燃烧的分类根据富氧燃烧的目的不同,大体可以分作以下3类: 2.1捕获CO 2为目的的富氧燃烧现在气候变暖、降低CO 2的排放已经成为家喻户晓的国际性的重大课题。解决方案中的一个措施是,将锅炉排出的含有CO 2的烟气深埋在地下。普通锅炉采用空气为介质进行燃烧,其中大量的是氮气,这样对于深埋的方案来说,必须先除去氮气。目前,国外正在实施中的300M W 等级的项目中,采用空气分离系统向锅炉供给纯氧。锅炉设有烟气再循环,用燃烧产物(主要是CO 2)来稀释供给锅炉的纯氧,使得用于燃烧气体(O 2+CO 2)中氧的浓度大约在27%上下。使用这类工艺的发电厂示意图见图1。 2.2降低有害气体的排放为目的的富氧燃烧另外一类富氧燃烧的目的是为了降低有害物质的排放。图1 捕获CO 2的富氧燃烧发电厂系统三菱重工的富氧燃烧垃圾焚烧炉就是一个例子,见图2 。图2 应用PSA (变压吸附法)富氧装置的垃圾焚烧炉氧气由PSA(变压吸附法)装置产生,作为一次风送入炉排下面;再循环烟气作为二次风送入

热风炉富氧燃烧特性与操作策略研究

热风炉富氧燃烧特性与操作策略研究孟凡双金国一（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山 114021）摘要：介绍了富氧燃烧技术的基本特性，根据富氧燃烧的特性，分析了采用单一燃料——高炉煤气燃烧的热风炉，其富氧混合操作、空燃比设定、废气和拱顶温度的变化，及运行效果，对采用富氧燃烧技术热风炉的操作和使用有一定的指导意义。关键词：热风炉富氧燃烧操作 1 前言燃料燃烧是燃料与助燃剂在一定条件下发生放热和发光的剧烈氧化反应。通常的燃料燃烧都以空气作为助燃剂，而空气中参与燃烧反应的O2含量仅为21%，不参与燃烧反应的N2含量却高达79%，这些N2吸收了大量的燃烧反应热，最终随烟气排人大气中，造成了很大的能源浪费。富氧燃烧就是助燃剂中的O2含量大于21%的燃料燃烧。这种燃烧方式提高了助燃剂中的有用成分O2的含量，降低了助燃剂中的无用成分N2的含量，对于稳定燃烧过程，提高燃烧效率，改善炉内传热具有积极意义。根据燃料燃烧的基本理论知识，阐述了采用高炉煤气作为燃料，增加助燃空气中含氧量时，燃烧反应速度、空气消耗系数、燃耗产物生成量和理论燃烧温度等，一些燃烧的基本特性；通过燃烧的基本特性分析，针对热风炉的实际操作带来的变化；同时对于同种结构的热风炉，同时采用双预热和富氧燃烧技术，其运行情况进行了分析，提出了富氧燃烧技术对热风炉的适用性，对采用富氧燃烧技术热风炉的操作和使用有一定的指导意义。 2 富氧燃烧特性 2.1燃烧反应速度应用燃烧反应动力学原理，分析富氧燃烧反应速度。热风炉的主要燃料为高炉煤气，高炉煤气的主要成份为CO，其化学反应计量式为： 2CO+O2→2CO2 其反应速度为[1]： W=PK0m co m o20.25T-2.25exp(-2300/T) （1） W——反应速度，mol/s PK——比例系数，s-1 m co m o2——CO和O2的相对浓度，mol T——混合气体温度，K 由式（1）分析可知，高炉煤气在富氧空气助燃时，在反应物压力、温度不变的条件下，燃烧反应速度

全氧燃烧、纯氧助燃及富氧燃烧节能技术比较

全氧燃烧、纯氧助燃及富氧燃烧节能技术比较玻璃熔窑的节能降耗一直是业内关注的重大课题，在能源危机日益加重的今天，玻璃熔窑对高品质能源的过度依赖已经制约了玻璃行业的发展。玻璃熔窑燃烧过程中，空气成分中占78％的氮气不参加燃烧反应，大量的氮气被无谓地加热，在高温下排入大气，造成大量的热量损失，氮气在高温下还与氧气反应生成NOx，NOx气体排入大气层极易形成酸雨造成环境污染。另一方面随着高科技和经济社会的发展，要求制造各种低成本、高质量的玻璃，而全氧燃烧技术正是解决节能、环保和高熔化质量这几大问题的有效手段，被誉为玻璃熔制技术的第二次革命。纯氧燃烧技术最早主要被应用于增产、延长窑炉使用寿命以及减少NOx排放，但随着制氧技术的发展以及电力成本的相对稳定，纯氧燃烧技术正在成为取代常规空气助燃的更好选择，这得益于纯氧燃烧技术在节能、环保、质量、投资等方面的优势。氧气燃烧的应用分为整个熔化部使用纯氧燃烧的全氧燃烧技术、纯氧辅助燃烧技术以及局部增氧富氧燃烧技术等几种方式。 1、全氧燃烧技术的优点 1)玻璃熔化质量好。全氧燃烧时玻璃粘度降低，火焰稳定，无换向，燃烧气体在窑内停留时间长，窑内压力稳定，有利于玻璃的熔化、澄清，减少玻璃的气泡及条纹。 2)节能降耗。全氧燃烧时废气带走的热量和窑体散热同时下降。研究和实践表明，熔制普通钠钙硅平板玻璃熔窑可节能约30％以上。3)减少NOx排放。全氧燃烧时熔窑废气中NOx排放量从2200mg／Nm3降低到500mg／Nm3以下，粉尘排放减少约80％，SO2排放量减少30％。 4)改善了燃烧，提高了熔窑熔化能力，可使熔窑产量得以提高。玻璃熔窑采用全氧燃烧时，燃料燃烧完全，火焰温度高，配合料熔融速度加快，可提高熔化率10％以上。 5)熔窑建设费用低。全氧燃烧窑结构近似于单元窑，无金属换热器及小炉、蓄热室。窑体呈一个熔化部单体结构，占地小，建窑投资费用低。

富氧燃烧技术在内燃机中的应用

能源研究与信息第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期

能源研究与信息 2000年第16卷５４了以聚丙烯腈膜氦的专利申请膜法分离气体的基本原理通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础其动能为 2222112 121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度其平均速度也不同 1.2 均质膜（非多孔膜）与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的气体向膜的表面溶解（溶解过程）因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程气体由膜另一面脱附出去分压不同从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体多孔膜虽然具有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即　溶解的气体通过聚合物表层的扩散　通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动　通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄

第2期朱序和气体系统的特性常数压力由以上可见就必须减小膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分 A W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为 B B A A B A B A Y W W Y W W Y Y A B ??==λ 表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22 ）均质醋酸纤维膜的渗透系数 910?×P 非对称醋酸纤维膜的渗透速率 J 0.19 0.71 Ar 0.032 0.11 0.37 CH 4 0.014 0.07 0.34 N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03 0.19 *均质层0.5 μm; **均质层0.13 μm ?à2éó? ??óD?ú1è??íé±í2 A

富氧燃烧的经济性分析

富氧燃烧的经济性分析富氧燃烧技术就是通过增加燃料中氧气的比重，进而提高燃料的燃烧效率，提高燃烧后烟气温度，降低污染物排放等的一种新型燃烧技术。在钢铁冶炼行业，采用高风温炼铁，是高炉发展史上的一大革新，提高风温的直接效果是降低焦比。热风温度每提高100 ℃可降炼铁焦比15 kg/t，高风温还可收到提高炉缸温度、稳定生铁质量、提高喷吹燃料效率、有利于间接还原、改善煤气能量利用等效果。国外研究者认为，在现代条件下，可能达到而且经济上合算的风温为1 400- 500 ℃，我国炼铁工作者也提出了将风温提高到1 350 ℃的目标。而从提高助燃空气和煤气的温度方面只能小规模地提高风温，仍然不能达到要求温度。现在，在提高风温方面有两种方法：提高煤气的发热值和提高空气的富氧程度。提高煤气的发热值就是向高炉煤气中加入一定数量的高热值燃料(如焦炉煤气、天然气)，使高炉煤气富化，提高其发热值；提高空气的富氧程度就是增加燃烧空气中的氧量。二者相比，对钢铁企业而言，焦炉煤气是生产过程中的副产品，来源有保证，取用方便灵活，所以煤气富化比较容易实现，并得到了普遍应用，其经济性已在实践中得到验证。而氧气的获得需要专门建设制氧设施，制备过程需要消耗大量的电力资源，所以，富氧燃烧的实施难度相对较大，目前尚未在热风炉上得到推广应用。但焦炉煤气的氢气含量较高，是一种理想的化工原料，国内有关专家普遍认为，将焦炉煤气作为工业燃料使用是很不经济的。另外，多数钢铁企业的焦炉煤气并不富余，有些企业根本没有焦炉煤气，煤气富化的实施难度较大。在富氧燃烧的应用实施上，钢铁企业应针对炼铁需要，采用吸附制氧技术建设炼铁高炉专用制氧站，这样既可以降低富氧燃烧的成本，又能够解决使用炼钢氧气存在的供应不稳定的问题，这对炼铁高炉的稳定生产及节焦降耗将大有益处。可以肯定，随着制氧技术的发展及制氧成本的不断降低，与煤气富化相比，用富氧燃烧的方法来提高热风炉风温将具有更大的经济优越性。在发电领域，富氧燃烧技术又称O2/CO2燃烧技术，或者空气分离/烟气再循环技术，是一种既能直接捕集高浓度CO2，又能综合控制燃煤污染物排放的新一代洁净煤发电技术。火力发电领域应用富氧燃烧技术的目的与重大意义是大规模捕集与封存CO2通常需要将富氧燃烧、CO2捕集与封存有效地整合在电站的热力系统中，以弥补其成本增加，提高发电的整体经济性。但是，富氧燃烧需要大量的氧气，因此，电站必须增设氧气制备设备，需要消耗大量能源。此外，对CO2的回收中，也需要增设压气机、外部冷源等各种设备，也会消耗大量能量，从而使电厂发电效率降低。但富氧燃烧技术依然所展现出很好的应用前景。富氧燃烧技术由于受到制氧技术的限制，使得制氧成本比较高，对设备整体经济性运行存在影响。随着富氧燃烧技术在钢铁行业的广泛应用和制氧技术的不断进步，富氧燃烧的经济性会越来越好。

富氧燃烧的特性及其发展现状

富氧燃烧的特性及其发展现状摘要本文从火焰温度和燃烧速度改变、燃烧产物的变化和可利用热的变化方面介绍了富氧燃烧的特性，分析了富氧燃烧的节能效果，并总结了富氧燃烧的发展现状，为发展富氧燃烧技术做出一些总结和建议。关键词富氧燃烧；燃烧产物；氧气浓度；工作原理在普通空气助燃的燃烧过程中，普通空气的成分氧只占20.94%，氮占78.09%，在燃烧过程中不助燃的氮吸收了大量热量，从废气中排掉，造成热损失，同时在高温下生成氮氧化物，造成大气污染。富氧燃烧技术（简称OEC），即采用一种特殊的高分子膜装置，将吹入加热炉的空气的含氧浓度提高，采用这种氧含量高的空气来助燃。富氧的极限就是使用纯氧。富氧燃烧可以显著提高燃烧效率和火焰温度，使燃料燃烧迅速、完全，从而达到节约燃料、提高生产效率和保护环境的良好作用。 1 富氧燃烧的特性 1.1 火焰温度和燃烧速度改变富氧燃烧比普通燃烧火焰温度会大大提高，这是因为空气为氧化剂时氮气作为稀释剂使烟温降低。以甲烷燃烧为例：甲烷绝热燃烧中焰温随氧气成分的变化而变化，从空气变化到含60%增氧的氧化剂时，焰温有极大提高，氧气浓度越高焰温升高越慢。30%富氧空气时的绝热火焰温度为2500 K，比通常空气燃烧提高近300 K；氧浓度大于80%时的火焰温度接近3000 K，层流燃烧速度增大到近3 m/s，而普通空气的层流燃烧速度仅为0.45 m/s。通过富氧助燃可以提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时温度提高有利于燃烧反应。 1.2 燃烧产物的变化燃烧产物的实际组份由许多因素决定，包括：氧化剂组成，气体温度等。一般天然气与空气的燃烧中，约70%体积的废气是氮气，而其与氧气的燃烧中废气的体积因氮气的去除而大大减少，纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4，同时，烟气中的CO2浓度增加，有利于回收CO2综合利用或封存，实现清洁生产；烟气中高辐射率的CO2和水蒸气浓度增加，可促进炉内的辐射传热。炉窑中的能量损失的大项是排烟损失，排出气体体积的减小使得烟气带出热量减小，这无疑增加了炉窑热效率。 1.3 可利用热的变化可利用热被定义为燃料总热量减去由排出气体从燃烧过程中带出的能量。空气中的氮气不参与燃烧，随废气带出很多热量。甲烷燃烧中可利用热随氧化剂中氧气浓度变化时，随着废气温度增加，可利用热减少，因为更多热量从烟囱中被

富氧燃烧技术及其经济性分析

富氧燃烧技术及其经济性分析发表时间：2016-10-09T15:57:49.230Z 来源：《低碳地产》2016年第3期作者：郭广栋马辉[导读] 在人类还没有能力大规模利用新能源之前，化石燃料的燃烧仍然是目前人们获取能量的最主要手段。中国联合工程公司【摘要】分析了富氧燃烧技术的特点，简要介绍了富氧燃烧的几种方法，计算了3种制氧方式中的变压吸附制氧技术用于富氧燃烧的经济性【关键词】富氧燃烧；变压吸附；投资回收期在人类还没有能力大规模利用新能源之前，化石燃料的燃烧仍然是目前人们获取能量的最主要手段，大约占到全世界总能量消耗的80%以上。而我国又是一个人均资源匮乏的国家，因此通过合理组织燃烧过程实现节能对于我们来说具有重大意义。富氧燃烧使用比通常空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，加快燃烧速度、促进燃烧完全、提高火焰温度、减少燃烧后的烟气量、提高热量利用率和降低过量空气系数，被发达国家称之为“资源创造性技术”。 1 富氧燃烧的特点与使用普通空气助燃的传统燃烧相比，富氧燃烧以下几方面的特点[1]： 1.1提高火焰温度由于富氧燃烧减少的氮气等不参与燃烧的气体含量，因此他们吸收的热量比普通燃烧时要少，从而使火焰温度较普通燃烧时要高。从表1[2]可以看出，燃料在氧气中的火焰温度均比空气中的火焰温度明显提高。 1.2提高了火焰的辐射能力同样由于富氧空气中氮气浓度的降低，因此燃烧产物中CO2和H2O等3原子气体的浓度增加。而只有3原子和多原子气体具有辐射能力，因此随着助燃空气中氧气浓度的增加，火焰辐射能力也逐渐增强，有利于强化对工件的传热，缩短加热时间。 1.3加快燃料燃烧速度，促进燃烧完全燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差很大，如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4.2倍，天然气则达到10.7倍左右。故用富氧空气助燃后，不仅使火焰变短，提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由于温度提高了，也有利于燃烧反应完全。 1.4降低过量空气系数，减少烟气量用富氧代替空气助燃，可适当降低过量空气系数，减少排烟体积。在普通空气助燃的情况下，占助燃空气近4/5体积的氮气并没参加燃烧反应，并且在燃烧过程中被同时加热，带走大量的热量。使用含氧量为27%的富氧空气燃烧与氧浓度为21%的空气燃烧比较，过量空气系数a=1时，则烟气体积减少20%，排烟热损失也相应减少而节能。当然，富氧燃烧技术也有一定的缺点，由于火焰温度的提高，对烧嘴的耐温性要求更高，可能会减少烧嘴的使用寿命，因此实际生产时，富氧浓度不宜过高。另外较高的火焰温度也会大大增加NOx的生成，造成烟气中NOx浓度过高，不符合环保要求。不过，烟气中的NOx浓度增加，对于烟气的脱硝处理却是有利的。 2 富氧燃烧的方法富氧燃烧有空气增氧燃烧、吹氧燃烧、全氧燃烧以及空气-氧气双助燃剂等多种强化燃烧方法[]。 1. 空气增氧燃烧方法就是向助燃空气中掺入氧气，这是一种低浓度富氧的方法，一般常规空气助燃燃烧器都能适用[3]。为确保充分混合，氧气经散流器注入到助燃空气中，可以缩短火焰长度并强化燃烧。但如果增氧过多，火焰长度会变得过短，温度升高后的火焰可能会损坏燃烧器或烧嘴砖。

工业炉窑富氧燃烧技术的应用实践

工业炉窑富氧燃烧技术的应用实践目前在我国工业炉窑生产领域，仍然存在著大量高能耗，高污染的技术操作手段，对资源的浪费和环境的污染造成巨大影响。为了有效缓解传统炉窑烧制技术对于环境和能源带来的危害，推广新型节能环保的炉窑烧制技术势在必行，其中富氧燃烧技术的应用尤为广泛，具有十分光明的发展前景。文章将对富氧技术进行系统阐述，以扩大其在炉窑生产中的使用范围，进一步提高其使用效能。标签：制氧技术；推广应用；系统改造 1 富氧燃烧技术作用机理及节能途径分析传统的炉窑生产技术多使用煤炭作为燃料来源，其能源消耗量大，在有限的氧气浓度中难以燃烧充分，造成了能源的极大浪费，生产性价比较低。为了提高工业炉窑生产效率，富氧燃烧技术的开发和推广无疑为解决能源浪费问题提供了可能性，富氧燃烧技术具有节能和环保的效果，大幅度缩短了炉窑生产的时间，保证炉窑制品的质量，更为重要的是，该项技术通过提高空气中氧气的含量从而降低了能耗，提高了能源的利用率。该技术的节能途径主要体现在如下几方面：其一，氧气浓度含量高。该种燃烧技术使用氧气替代了传统空气作为燃烧媒介，能够加快燃烧速度，并实现燃料的充分利用；其二，富氧燃烧技术能够保持窑内温度在产品加工时间段内稳定在一定状态，持续进行产品的加工操作，提高产品的性能，同时延长炉窑的使用寿命；其三，该项技术能够使燃料彻底的燃烧，降低了烟雾的排放量和浓度，而且还能够将燃烧过程中形成的有害气体循环利用，明显降低对周围环境的污染。 2 我国炉窑生产技术发展以及应用趋势分析富氧燃烧技术是工业生产中较为重要的节能技术之一，广泛应用于能源消耗量大的工业行业，如锅炉燃烧，炉窑生产，冶炼工业等领域。在全球面临能源危机的今天，各国都在致力于开发新型节能生产技术，对于我国这样一个工业生产大国来讲，能源短缺问题直接制约着我国工业生产的发展，提高能源利用率，使用节能生产设备是保证工业生产正常运转的重中之重。我国炉窑生产行业能源消耗量极其可观，目前在该行业中主要存在能源燃烧效率低下，温度控制不当，环境污染严重等问题，为此，工业生产领域加大了科研力度，不断开发出新型的节能燃烧技术。富氧技术的发展恰好解决了上述问题，该项技术在国外得到了非常高的评价，被其称作能源的再生技术，我国在炉窑生产过程中也尝试使用这种新技术，并取得了初步的效果，但这项技术的推广过程由于受到了一些条件的限制，目前并不能大规模的被工业企业所用，仍需要对技术环节进行进一步地改进和完善。 3 常用的制氧方法和制氧技术介绍

富氧燃烧技术在碳捕集方面的应用

富氧燃烧技术在碳捕集方面的应用 Oxyfuel combustion for CO2 capture technology 全球气候变暖已经越来越严重，工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的“主犯”。面对日益紧迫的环境问题，CCS技术不仅能将二氧化碳封存于地下或海底．而且还能实现二氧化碳“变废为宝”，被看作是最具发展前景的解决方案之一。 CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。这是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源的二氧化碳近零排放。该技术将工业生产过程中产生的二氧化碳捕集并安全地储存于特定的地质结构中。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。目前全球每年排放的二氧化碳在300x108t以上，其中约有40％来自发电厂，23％来自运输行业．22％来自水泥厂、钢厂和炼油厂。碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业，这些行业排放的二氧化碳浓度高、压力大，捕集成本并不高。而燃煤电厂排放的二氧化碳则恰好相反，捕集能耗和成本较高．现阶段的碳捕集技术尚无法完全解决这一问题。目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类

——燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)和燃烧后捕集。三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，日前呈并行发展之势。燃烧前捕集实现起来最为复杂，而燃烧后只能捕集到排出二氧化碳的10％，既不经济，也不节能。最有发展前景的是燃烧中捕集。燃烧前捕集技术以煤气化联合循环(IGCC)技术为基础，先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离开来，不进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，其前景为学术界所看好。问题在于．传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多．可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。事实上，由于传统电厂排放的二氧化碳浓度低、压力小，无论采用哪种捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的二氧化碳的浓度和压力也较高。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。与传统电厂直接用空气助燃的燃烧技术不同．富氧燃烧是用纯度非常高的氧气助燃．同时在锅炉内加压，使排出的二氧化碳在浓度和压力上与IGCC差不多，再用燃烧后捕集技术进行捕集，从而降低前期投入和捕集成本。但看似完美无缺的解决方案，却有一个巨大的技术难题——制氧成本太高。这也使得富氧燃烧捕集技术在经济性上并没有太大优势。