富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响
富氧燃烧技术及其对环境的影响研究综述
富氧燃烧技术是指用高浓度的氧气来进行燃烧，以达到更高的燃烧效率和减少固体废弃物的目的。
但是，这种技术会对环境产生一定的影响。
首先，富氧燃烧技术能够显著减少二氧化碳的排放。
由于燃烧过程中使用的氧气浓度高达90%以上，燃料燃烧的热量和功率都会大幅度提高，减少了燃料的消耗，从而有效地减少了二氧化碳的释放。
这样就有助于环境保护和减少全球变暖的问题。
其次，富氧燃烧技术还能够减少污染物排放。
燃料燃烧产生的一些有害气体，如硫化物、氮氧化物等，通常在燃烧过程中难以被完全燃烧，而且会被冷凝成为颗粒物，从而产生污染。
富氧燃烧技术可以提高燃烧温度和氧气浓度，从而使得这些污染物更容易被完全燃烧，降低了环境压力。
然而，富氧燃烧技术也存在一些弊端。
首先，大量使用氧气会增加运输和存储成本。
其次，在富氧燃烧的过程中，燃烧产生的高温气体对燃烧装置和管道容易造成损坏。
此外，富氧燃烧对燃料的适应性较差，只有一些特殊的燃料才能适用，这样就限制了其应用范围。
最后，在使用富氧燃烧技术时，需要进行定期的维护和检修，以保证其正常运行和长期使用。
同时，针对燃烧后产生的废弃物的处理也需要谨慎考虑。
总的来说，虽然富氧燃烧技术有着显著的环境保护和节能效果，但由于其成本和使用上的一些限制，需要在实际应用中进行谨慎考虑和权衡。
在未来的发展中，富氧燃烧技术还需要进一步完善和优化，以适应更广泛的应用需求。
富氧燃烧技术简介
富氧燃烧(OEC)技术综述及展望
3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.4 在中国的应用情况
1998年,我国中科院大连化物所在江苏阜宁化肥厂的 WGC20/3.82- 1型燃煤蒸汽锅炉安装了一台富氧膜法装置 进行助燃，通过检测部门的检测发现，富氧设备性能稳定， 炉膛温度提高90℃，平均节能大于11%，最高达16.2%。
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富氧燃烧(OEC)技术综述及展望
2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响
2.1 理论空气量
目前的锅炉理论空气计算是以空气中氧量20.93%作为前提的，在富氧条 件下，一般含氧量会升高到27%～30%。理论计算表明：当富氧空气中氧含 量到27%时，理论空气量减少到原来的78%。
2.2 过量空气系数
在富氧条件下，由于氧气浓度的升高，在其他条件相同的情况下，同样 的锅炉空气系数对于燃烧的作用不同，后者会激化燃烧过程，所以可以采用 较低的锅炉空气系数。
6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用
富氧燃烧技术在点火阶段的应用只是该技术的初级阶 段，该技术完全可以在以下领域发挥更大的作用
(1)在锅炉低负荷稳燃方面 对于煤质较差而且煤源不稳定，煤的配比缺乏科学手 段造成燃烧不稳定的问题，也可以通过富氧局部助燃技术 得到弥补，满足稳定燃烧的要求。 如果将锅炉B、C、D某层或者某两层主燃烧器改造为 富氧燃烧器，将可以在锅炉燃烧不稳定时，起到快速稳燃 的作用。其投入稳燃的速度比等离子点火、微油点火都快 速得多。只需打开富氧燃烧器前的阀门即可稳燃。
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富氧燃烧(OEC)技术综述及展望
3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.4 在中国的应用情况
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富氧燃烧(OEC)技术综述及展望
富氧燃烧技术的应用及优势
富氧燃烧技术的应用及优势富氧燃烧技术是指在燃烧过程中引入额外的富氧气体，以提高燃烧效率，并同时减少废气中的有害物质的技术。
它被广泛应用于工业生产中，特别是在煤炭、石油、化工、钢铁、电力等领域的燃烧过程中。
富氧燃烧技术的应用主要包括以下几个方面：1.煤炭燃烧：富氧燃烧技术可以提高煤炭的燃烧效率，减少燃烧产生的二氧化碳排放和烟尘排放。
同时，富氧燃烧还可以降低燃煤发电厂的水耗量，提高发电效率。
2.石油燃烧：在石油燃烧过程中引入富氧气体，可以提高燃烧效率，并减少有害物质的排放。
此外，富氧燃烧还可以提高炼油厂的产物质量，降低废气中二氧化硫和氮氧化物的含量。
3.化工燃烧：在化工生产中，富氧燃烧技术可用于燃烧反应中的氧化剂，提高反应效率，减少副产物的生成和能源消耗。
例如，在炼油和化肥生产过程中，富氧燃烧技术可以提高反应器的利用率，降低原料和催化剂的消耗。
4.钢铁燃烧：在钢铁冶炼过程中，富氧燃烧技术可以提高炉温，加快燃烧过程，提高炉效率。
同时，富氧燃烧还可以减少燃烧废气中的硫氧化物排放，改善环境质量。
5.电力燃烧：在发电过程中使用富氧燃烧技术可以提高热效率，降低煤炭消耗，减少二氧化碳和氮氧化物的排放。
此外，富氧燃烧还可以减少锅炉内的氮氧化物生成，降低锅炉氮氧化物排放。
富氧燃烧技术的优势主要体现在以下几个方面：1.提高燃烧效率：富氧燃烧技术可以增加燃烧反应中的氧浓度，提高燃烧效率。
燃烧效率的提高意味着更少的能量损失和燃料消耗，从而可以节约能源和降低生产成本。
2.减少污染物排放：引入富氧气体可以改变燃烧反应的条件，使污染物的生成和排放得到抑制。
富氧燃烧技术可以减少烟尘、二氧化碳、氮氧化物等有害物质的排放，对改善大气环境质量具有积极意义。
3.提高产品质量：在一些工业生产过程中，富氧燃烧技术可以提高产品质量。
例如，富氧煤炭燃烧可以降低燃烧废气中的硫氧化物含量，减少煤炭中的硫分和灰分对产品质量的影响，提高煤制气的气体质量。
生物质富氧燃烧
生物质富氧燃烧生物质富氧燃烧技术是指采用空气富含氧气的方式来燃烧生物质能源。
生物质能源作为一种绿色、可再生、清洁的能源，已经成为工业和居民日常生活的重要能源来源。
生物质能源的利用能够有效解决能源短缺和环境污染的问题，因此生物质能源的富氧燃烧技术得到了广泛关注和应用。
生物质富氧燃烧技术的原理是：空气中的氧气与生物质中的碳、氢、氧等元素发生化学反应，生成二氧化碳、水和热能。
与传统燃烧方式相比，生物质富氧燃烧技术具有以下优点：1、高效能：生物质富氧燃烧技术可以在较低的温度下燃烧生物质能源，充分利用生物质能源的热量和能量。
2、节能环保：生物质富氧燃烧技术能够减少能源的消耗，同时产生的废气排放量小、无臭味、无污染物，使得环境污染得到有效控制。
3、经济性好：生物质富氧燃烧技术具有减少成本和提高收益的效果。
在能源出口、燃料税、税收减免等方面，政策给予政策支持和优惠，使得生物质富氧燃烧技术在经济层面上获益较为可观。
虽然生物质富氧燃烧技术有诸多优点，但也存在一些挑战，如：1、控制燃烧过程：生物质燃烧时产生的热量易造成火灾，因此需要对富氧燃烧的温度、氧气含量、燃料质量等进行控制和管理。
2、处理灰渣：生物质燃烧后会产生灰烬等固体物质，需要对其进行处理和回收。
3、开发新设备：生物质富氧燃烧技术需要相应的设备进行实现，因此需要在技术和经济等方面进行持续改进和优化。
为了解决这些挑战，需要进行进一步的研究、开发和推广。
在技术方面，可以通过改进燃烧设备、控制燃烧过程等方式来提高生物质富氧燃烧技术的应用效果。
在政策方面，可以给予生物质富氧燃烧技术适当的政策支持和激励，鼓励企业和个人在使用生物质能源时采用富氧燃烧技术。
总的来说，生物质富氧燃烧技术是一种利用生物质能源的绿色、可持续、经济的方式，具有重要的应用前景。
在未来的能源利用中，生物质富氧燃烧技术将会得到更加广泛的应用和推广。
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)07-0026-031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。
富氧燃烧的节能机理
富氧燃烧的节能机理富氧燃烧指的是在燃烧过程中提供比常规空气中更高氧气浓度的燃烧方法。
与常规空气燃烧相比，富氧燃烧可以显著提高燃烧效率、降低燃料消耗和减少污染物排放。
在工业领域，富氧燃烧被广泛应用于炼油、钢铁、化工、锅炉等领域。
富氧燃烧的节能机理可以从以下几个方面来进行解析。
1.氧气浓度增加：通过增加空气中的氧气浓度，可使燃烧过程中的燃料充分燃烧，从而提高燃烧效率。
在常规空气中，氮气占空气的主要成分，且对燃烧没有直接参与。
而富氧燃烧可以通过减少氮气的存在，使得更多的氧气参与燃烧反应，提高燃料的利用率。
2.温度升高：富氧燃烧可以使燃烧反应的温度升高。
燃烧反应的速率与温度成正相关，因此提高燃烧反应的温度可以加快燃烧过程，提高燃烧效率。
3.减少初始排烟温度：富氧燃烧可以减少燃料燃烧时的初始排烟温度。
在常规燃烧过程中，初始排烟温度较高，导致热量的丢失较为严重。
而富氧燃烧中，由于氧气浓度较高，燃烧温度较高，使得初始排烟温度较低，减少热量的损失。
4.燃烧产物减少：富氧燃烧可以减少燃烧过程中生成的废气和污染物。
在常规空气中，氮氧化物是一个主要的污染物，而富氧燃烧中氮氧化物的生成量大大降低。
这是由于氧气浓度高，氮气的稀释效应减少，使得氮氧化物的生成量减少。
5.可实现高效燃烧：富氧燃烧可以使燃料在较短时间内达到较高温度，从而可以实现高效燃烧。
高效燃烧不仅可以提高热效率，节约能源，还能减少温室气体和有害物质的排放。
总结来说，富氧燃烧的节能机理是通过提高氧气浓度、增加燃烧温度、减少初始排烟温度和降低燃烧产物的生成量等方式来达到节能效果。
富氧燃烧不仅可以提高能源利用效率，降低燃料消耗，还可以减少污染物的排放，对环境保护具有重要意义。
在未来的工业发展中，富氧燃烧将成为一种重要的节能技术。
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富氧燃烧技术是一种利用富氧气体取代空气进行燃烧过程的新型技术，相对于传统的空气燃烧技术，富氧燃烧技术具有更高的燃烧温度、更高的燃烧效率和更低的污染排放。
因此，富氧燃烧技术被广泛应用于多个领域，包括石油化工、能源和环保等。
首先，富氧燃烧技术可以提高燃烧效率。
空气燃烧过程中，由于氧气只占空气中的21%，其余部分是氮气等惰性气体，因此在燃烧过程中需要耗费大量的热量将惰性气体加热到反应温度。
而富氧燃烧技术利用富氧气体取代空气，可以大大减少惰性气体占据的体积，并提高氧气浓度，从而减少了惰性气体对燃烧反应的影响，提高了燃烧效率。
其次，富氧燃烧技术可以降低污染物排放。
在空气燃烧过程中，氧气和氮气反应生成氮氧化物(NOx)是一种主要的大气污染物。
而富氧燃烧技术可以减少氮氧化物的生成，因为富氧燃烧过程中氮气的含量大大降低，从而减少氮氧化物的生成。
此外，富氧燃烧技术还可以减少颗粒物(PM)的排放，因为在富氧气氛中，燃料燃烧更充分，减少了不完全燃烧产生的颗粒物。
再次，富氧燃烧技术可以提高产能。
由于富氧燃烧技术提升了燃烧效率，并且完成了更完全的燃烧过程，可以使得单位燃料发生更多的燃烧反应，从而提高了产能。
这对于一些高产能、高能耗的行业来说具有重要意义，可以降低单位产品的能源消耗，提高经济效益。
然而，富氧燃烧技术在应用中也面临一些挑战。
首先，富氧燃烧技术需要配套的富氧设备和氧气供应系统，这增加了设备投资成本。
其次，富氧燃烧技术对燃料的选择有一定要求，需要具备适应富氧环境的燃烧特性。
此外，富氧燃烧技术还需要进行细致的工艺控制和运行管理，以保证燃烧效率和安全性，增加了运营成本和风险。
总体来说，富氧燃烧技术在提高燃烧效率、降低污染物排放和提高产能方面具有显著的优势。
尽管在应用中面临一些挑战，但通过合理的经济性分析和技术调整，可以降低技术成本，提高经济效益。
因此，富氧燃烧技术在各个领域中的应用前景广阔。
富氧浓度对节能效果、热利用率及燃烧气氛的影响
富氧浓度对节能效果、热利用率及燃烧气氛的影响
富氧浓度是指燃烧过程中氧气的浓度高于空气中的氧气浓度。
富氧燃烧技术是一种通过提高燃烧过程中氧气浓度来改善燃烧效果和提高能源利用效率的技术。
富氧浓度对节能效果、热利用率及燃烧气氛有以下影响：
1. 节能效果：富氧燃烧技术可以提高燃烧效率，减少燃料的消耗量。
由于氧气浓度增加，燃料可以更充分地与氧气反应，燃烧过程更完全，能量利用效率更高。
因此，富氧燃烧技术可以实现节能效果。
2. 热利用率：富氧燃烧技术可以提高热利用率，即将燃烧产生的热能更有效地转化为有用的热能。
由于燃烧过程更充分，燃料的热值可以更充分地释放，烟气中的热能损失减少，热利用效率提高。
3. 燃烧气氛：富氧燃烧技术可以改善燃烧气氛，使燃烧过程更稳定、均匀。
由于氧气浓度增加，燃料可以更充分地与氧气反应，燃烧过程更稳定，燃烧产物的生成更完全。
同时，富氧燃烧技术可以减少燃烧产生的一氧化碳和有害气体的生成，改善燃烧气氛，降低环境污染。
需要注意的是，富氧燃烧技术也存在一些挑战和限制，如富氧设备的
成本较高、氧气的供应和储存等。
因此，在具体应用中需要综合考虑经济性、安全性和环保性等因素。
总之，富氧浓度对节能效果、热利用率及燃烧气氛有明显的影响。
富氧燃烧技术可以提高燃烧效率、热利用效率和燃烧气氛，具有重要的应用价值。
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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)07-0026-031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)上世纪30年代一直沿用至今的技术,已经是极成熟和普遍采用的工艺。
由表1可知[8],在有色金属冶炼过程中采用富氧空气代替普通空气助燃,是强化生产、降低能耗、治理环境污染、提高技术水平和增加经济效益的重大技术措施。
目前国内外在改造老冶炼厂的传统工艺和开发新工艺方面都普遍利用到富氧。
美国早在1984年将膜法富氧技术用于铜煅烧炉,节能率大于30%。
国内于1980年首次在白银有色金属公司冶炼厂使用了富氧,达到了节约能源、强化熔炼和根治污染的目的,使我国冰铜生产工艺的富氧熔炼获得完全成功[6]。
表1 使用富氧强化各种冶炼过程的结果 冶炼方法富氧浓度/%节能率/%生产能力提高/%SO 2浓度提高/%前苏联铜鼓风熔炼炉2713281837154前苏联镍鼓风熔炼炉241517102213诺兰达炼钢法熔炼30157217674219日本足尾闪速炼炉熔炼41851525187前苏联生精矿铜反射炉熔炼4024151413720中国白银炼铜法31163213536217前苏联高硫铜镍矿沸腾焙烧2676前苏联锌精矿沸腾焙烧31553711澳大利亚铅鼓风熔炼炉232813平 均30154315421620016312富氧燃烧技术在玻璃窑炉中的应用[9]富氧助燃技术在玻璃工业也有不少应用,其节能降耗的效果给玻璃工业带来了一定的经济效益和社会效益。
在日本,先后有近20家公司推出富氧装置。
通过在以气、油、煤为燃料的不同场合进行富氧应用试验,得到了如下结论:用23%的富氧助燃可节能10%～25%;用25%的富氧助燃可节能20%～40%;用27%的富氧助燃可节能30%～50%等。
用富氧助燃后,烟尘排放全部达标。
在德国一座马蹄型蓄炉上用27%的富氧试验,使熔化率增加了5612%,能耗下降20%,熔化温度提高了100℃,环境污染明显改善。
在美国一玻璃厂仅用23%富氧助燃,产量增加1213%,节能约9%,且成品率提高3%～10%,灰泡数量下降40%,炉龄延长了5～6个月,烟尘排放大大减少。
德国、英国、法国、捷克等国都有应用。
随着膜法富氧制备技术在我国的逐步发展,富氧燃烧在我国的玻璃窑中也得到不少应用。
1989年中科院大连物理化学研究所和北京玻璃集团合作,开发出“局部增氧”和“梯度燃烧”等高新技术应用于玻璃池炉,所用富氧空气量仅有二次风量的1%左右,而进风量和引风量均下降了1/4～1/2左右。
玻璃质量以及利用率均有明显的提高,延长了池炉的寿命,改善了火焰结构,减少了烟尘排放量,节能、增产和环保效益显著。
313富氧燃烧技术在其他装置上的利用富氧助燃技术除了在工业冶炼、玻璃熔窑中得到应用外,也在工业锅炉、陶瓷炉以及柴油机、汽油机上得到了应用。
国外曾有在陶瓷烧成炉上用28%的富氧助燃,节能达2417%,而且烟尘排放达标。
我国也有这方面的研究应用,1998年,中科院大连化物所在江苏阜宁化肥厂的W GC20/3182-1型燃煤蒸汽锅炉安装了一台富氧膜法装置进行助燃[10],通过检测部门的检测发现,富氧设备性能稳定,炉膛温度提高90℃,平均节能大于11%,最高达1612%。
综上所述,富氧燃烧技术的节能效果显著。
面对我国严峻的能源需求形势,以及我国的能源加工、转换、贮运和终端利用的效率要比发达国家低约10个百分点的局面,富氧燃烧技术不仅在传统应用方面实现了节能降耗,在一般的工业窑炉、加热炉上也会带来可观的节能效果。
4富氧燃烧对环境的影响富氧燃烧除了具有显著的节能特点以外还会对环境产生一定的影响,其中有利有弊,本文分别从富氧燃烧的产物NO x 、SO 2和CO 2进行分析。
411富氧燃烧对NO x 生成的影响NO x 是NO 和NO 2的通称,它们和燃烧过程产生的SO 2是酸雨形成的主要原因,而大气中氮氧化物在阳光紫外线的作用下,发生光化学和热化学反应,产生以臭氧为主(90%以上)的氧化剂,与颗粒物混合发生光化学反应后生成的烟雾对环境造成的污染要远远大于酸雨。
因而控制氮氧化物排放是一个不容忽视的问题。
在日本等发达国家,NO x 排放受到严格的控制。
我国煤资源丰富,到目前为止对SO 2污染治理的重视程度要高过NO x ,但是随着能源结构的调整以及煤气化、煤液化研究的进步,氮氧化物的污染将会更加显露出来。
由图1可知随着助燃空气中含氧量的增加导致火焰温度的急剧升高,富氧燃烧的这个显著特点将—72— 2006年第7期(总第288期) 节 能EN ER GY CONSERVA TION 导致热力型NO x 大量增加,最终导致NO x 的增加,这是严重制约富氧燃烧技术进入更多领域的因素之一。
目前,国内外学者就如何降低NO x 排放技术做了大量的研究工作,赵黛青、冯耀勋等人[11～14]在燃烧计算中使用了GRI -M ECH 310基元反应动力学模型,该模型考虑了53种物质和包括氮氧化物生成在内的325组基元反应,用化学动力学的方法对富氧燃烧进行研究,从机理上分析了富氧燃烧中NO x 的生成情况并在理论上探讨了在富氧燃烧中降低NO x 的途径和方法,其结果如图2、图3所示,图2中的氧质量浓度为018。
图2 氧气浓度对NO x生成量的影响图3 速度梯度对NO x 生成的影响由图2可知30%～40%的富氧空气时,NO x 的生成比空气燃烧增加约4倍。
纯氧燃烧理论上是零NO x 排放,但实际的燃烧设备不可能做到完全封闭,氧浓度在99%时NO x 的排放也是普通空气燃烧的近6倍。
在此基础上,他们改变燃烧过程中的速度梯度发现随着速度梯度的增大,热力型NO x 急剧下降,因此总的NO x 也随之下降。
这说明在提高速度梯度的情况下可以有效降低NO x 的生成,主要原因是随着速度拉伸率的加大,减少了反应物在高温区的停留时间,从而降低了热力型NO x 的生成量。
由富氧燃烧的特点可知,在保证高温、高效率火焰的基础上开发一种减少NO x 生成的技术是推动富氧燃烧的关键。
目前在实际应用中也有一些方法,主要有[15]:(1)降低助燃氧中氮含量,但是提高氧气的纯度是有限的,因此限制了NO x 浓度的降低;(2)充分利用NO x 的形成机理,尽可能地不给NO x 提供生成的环境,如分级燃烧技术等;(3)采用无催化选择性还原NO x 技术;(4)提高流动速度也可适当降低NO x 的形成。
当燃烧空气高速喷射时,卷吸的气体到火焰带中,促进炉内气体再循环,限制炉内高温区的生成也可降低热力型NO x 的形成。
但总的来说效果还不是很理想,因此要求我们对富氧燃烧中NO x 形成机理和抑制机理深入地研究,同时将采用合适的手段将这些方法应用到实际的工业应用中,促进富氧燃烧在更多的领域发展,从而达到节能的目的。
412富氧燃烧对SO 2、CO 2生成的影响在采用传统的火法炼金进行有色金属冶炼时,如果采用空气冶炼硫化精矿时,将会产生大量的难以经济回收的低浓度SO 2,一般情况下如果直接放空排至大气的话,它将和NO x 一起导致酸雨的形成,从而进一步破坏环境。
从表1可知[8],如果采用富氧空气作为助燃空气进行冶炼,此时SO 2浓度可以大大提高,烟气中SO 2的浓度平均提高了两倍,从而可以比较经济地得到回收,一方面减少SO 2对环境的污染,另一方面将回收的SO 2制酸,进一步地利用好资源。
除了在金属冶炼中可以采用富氧燃烧以外,在普通的工业窑炉中大多使用煤,不少煤的含硫量不低,也可以采用富氧空气进行助燃,除了能够提高炉温进而提高热效率实现节能外,还可以提高排放的SO 2浓度从而进行回收。