富氧燃烧的经济性分析
富氧燃烧技术在锌冶炼炉上的应用分析
富氧燃烧技术在锌冶炼上的应用分析随着富氧燃烧技术在陶瓷、玻璃、锅炉等行业上的成功应用以来，富氧技术在有色金属冶炼过程的应用得到了人们的普遍重视。
采用富氧或氧气熔炼有色金属，可以强化过程的反应速度，提高生产效率和热能利用率，降低燃料消耗，减少烟气量的排放，提高资源综合利用率等。
在国外，如加拿大、美国、日本等国的铜、镍、铅的冶炼过程，氧气的应用已付诸生产实践。
一、富氧燃烧的优点1.1 增产降耗和成熟的钢铁用氧技术相比，有色金属富氧冶炼还属于起步的阶段，制氧工艺、鼓风冶炼、尾气处理都有其特殊性。
有色金属冶炼处理的多系硫化矿，特点是硫、铁含量高，主金属含量低，因而冶炼工艺需要连续供应大量的氧气，冶炼1t有色金属需大约300~2000Nm3氧气。
如采用富氧燃烧工艺，单位燃料燃烧所需的空气量减少，氮气量和燃料也随之减少，因此提高了炉温，达到了节能和强化冶炼过程的目的，对相同的炉体，可大幅增加产量。
采用富氧燃烧工艺后，冶炼能力提高情况参看表1：1.2 提高烟气中SO2浓度，增加硫酸产量随着投料量的增加，烟气中SO2浓度升高，表2为江铜贵溪冶炼厂1990年富氧前后空塔入口烟气条件和硫酸产量比较，随着以后投料量的增加，硫酸产量从1986年投产时的22万吨增加至1994年的42万吨。
二、我国锌冶炼现状2.1原料介绍锌冶炼所需原料锌矿，有闪锌矿ZnS、菱锌矿ZnCO3、红锌矿ZnO、硅锌矿Zn2SiO4、锰硅锌矿（ZnMn）2SiO4、异极矿Zn4Si2O7（OH）2·H2O等。
其中闪锌矿是分布最广的锌矿物，化学成分为ZnS，晶体属等轴晶系的硫化物矿物。
我国的锌矿一般与铅共生，故称为铅锌矿，产地遍布全国，我国铅锌矿产地以云南金顶、广东凡口、青海锡铁山等最著名，世界上著名产地有澳大利亚的布罗肯希尔、美国密西西比河谷地区等。
单质锌的熔点(420 °C) 和沸点(900 °C)相对较低。
2.2氧化锌回转窑冶炼生产的工艺方法将锌炉料和无烟煤（或焦煤）粉碎成为小于40目颗粒料，将锌炉料与无烟煤按1∶0.40～0. 50（或焦煤按1∶0.30～0.35）的比例进行混合拌匀得到混合料，再将混合料制成有效直径为8-15 毫米颗粒混合料，最后将颗粒混合料投入回转窑中进行冶炼。
富氧燃烧技术的应用现状分析
(北京科技大学机械工程学院)1前言对于现代钢铁企业来说，资源、能源与环境问题已经成为制约其快速发展的瓶颈。
节能降耗、减少排放是企业科学技术进步和可持续发展的必然选择。
钢铁企业作为能源消耗与污染排放大户，更应节约资源，应对能源危机以及环境压力。
目前节能降耗的主要方法有富氧燃烧的应用、料坯热送热装、高温蓄热燃烧、连铸连轧CSP短流程、热工设备的优化控制、耐火材料性能改进等。
由于在节能和减排方面的优良性能，富氧或全氧燃烧技术越来越受到热工领域的青睐。
本文主要讨论富氧燃烧技术的应用。
2富氧燃烧/纯氧燃烧技术在钢铁行业的发展及应用在人类钢铁发展史中，从炼金术到现代钢铁，始终和能源消耗密不可分。
早期的炼钢过程完全依赖于燃料在空气中燃烧以维持所需的热量。
一方面需要燃料供热，耗费大量能源(近代随着燃料资源的减少，矛盾更加突出) ；另一方面又生成大量的烟气，对环境造成严重污染。
面对能源资源的减少及环境污染问题，未来的钢铁企业必须能够做到同时满足社会发展对钢铁材料的需求和人类对生存环境的质量要求。
钢铁企业富氧的应用便是最好的解决办法之一，该项技术已被认为是近半个世纪以来钢铁业界的四大发明之一。
尤其现今很多钢铁企业还存在着氧气放散的问题。
富氧在经济上的可行性分析为其工业应用创造了良好的条件。
1937年，富氧在底吹转炉炼钢(Bessemer)上的应用是世界上最早的富氧冶炼技术。
富氧技术应用的成功，促使富氧在有色冶金领域也得到重视。
富氧技术在工业上的早期研究与生产实践为其在冶金行业中大规模的生产应用建立了坚实的基础。
西方发达国家及前苏联早在70年代末就开始了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。
同时，世界大多数国家如美国、英国、日本、俄罗斯、德国、法国、加拿大等均广泛推广和应用了富氧技术，应用范围越来越广。
在20世纪70～80年代一些小的高温炉如搪瓷熔块旋转炉为提高生产率开始使用纯氧燃烧，但在当时纯氧燃烧是不经济的。
CFB锅炉采用富氧燃烧与常规燃烧方式下的热经济性分析对比
０ 前 言
富氧燃烧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 净煤技术。 循 环 流 化 床 技 术 也 是 一 种 公 认 的 洁 净煤燃烧 技 术，因 其 燃 料 适 应 性 广、燃 料 炉 内 停 留时间长、燃 烧 温 度 低、炉 内 脱 硫 成 本 低 和 氮 氧 化物排放 少 等 优 点，在 能 源 紧 缺、环 境 污 染 严 重 的今天更 具 竞 争 力。 将 循 环 流 化 床 技 术 和 富 氧 燃烧技术 结 合 的 循 环 流 化 床 富 氧 燃 烧 技 术 作 为 一种新颖的燃烧技 术，正 逐 步 受 到 国 内 外 研 究 者 的重视 。 ［１－２］ 本文通过建 立 计 算 模 型 对 富 氧 燃 烧 锅炉的效率进行计 算 分 析，从 而 为 循 环 流 化 床 富 氧燃烧技术的发展提供一定的理论基础。
（４）计算１ｋｇ 煤 粉 完 全 燃 烧 生 成 理 论 水 蒸
气
容
积
Ｖ０ Ｈ２Ｏ
（ｍ３／ｋｇ）
常
规
燃
烧
条
件
下
理
论
水
蒸
气
容
积
Ｖ０ Ｈ２Ｏ
：
Ｖ０ Ｈ２Ｏ
＝１１．１×１Ｈ０ａ０ｒ ＋１．２４×１Ｍ００ａｒ ＋０．０１６ １×
Ｖ０（其 中 包 括 空 气 中 的 水 分 ）
（７）
富
氧
燃
烧
条
件
下
理
论
水
蒸
气
容
１ 研 究 对 象
以 ４８０ｔ／ｈ 的 循 环 流 化 床 锅 炉 为 例，结 合 热 力学第一定律和热 力 学 第 二 定 律，分 别 计 算 并 比 较了常 规 空 气 及 富 氧 气 氛 （Ｏ２／ＣＯ２ ＝３０／７０）下 循环流化 床 锅 炉 的 各 项 热 损 失、 损 失、热 效 率 和 效率，并对结果进行对比分析 。 ［３］
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。
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。
0228;富氧燃煤锅炉设计研究及其技术经济性分析;2500
富氧燃煤锅炉设计研究及其技术经济性分析摘要：近年来，因使用矿物燃料而引起的温室效应越来越严重，加强对CO2捕集、压缩、封存等技术的研究是目前火力发电领域的重要任务。
富氧燃烧技术的出现打破了煤粉锅炉燃烧、对流传热等的局限性，在降低制造成本与运行费用的同时，优化CO2捕集效率及处理工艺。
文章以30OMW的燃煤锅炉为研究对象，探讨富氧燃煤锅炉技术的设计原理及其经济价值。
关键词：富氧燃煤；锅炉设计；经济性分析随着国家节能减排观念和企业节能降耗生产要求的提出，钢铁企业纷纷对生产中所产生的富余煤气进行回收利用，将锅炉作为能源转化设备实现能源再生，而转换效率的高低直接影响煤气的利用率。
富氧燃烧技术作为一种高效节能技术，可以有效提高煤气利用率。
因此加强对富氧燃烧技术的研究和探讨，不仅有利于实现企业利益最大化，也是社会可持续发展的重要保障。
1.富氧燃烧技术概述富氧燃烧技术于1981年由Horne等研发首创，后经美国研发改造而成。
富氧燃烧技术主要包括三个步骤：空气压缩分离、电力燃烧与产生、烟气压缩与脱水。
利用富氧燃烧技术可以提取燃烧物中高达90%以上的CO2，并在不分离的情况下直接对烟气进行液化处理，燃烧过程中所产生的部分烟气通过再循环，按照一定比例与空气分离制取的氧气一同送入锅炉内。
富氧燃烧系统的燃烧方式与常规空气燃烧相似，将排气中剩余CO2通过压缩脱水提取更高浓度的CO2，经过进一步加工处理转换成有用的商业材质，如化工原料、农作物催化剂、保护焊等[1]。
富氧燃烧技术不仅可以有效控制电站锅炉CO2排放量，增加CO的形成机会，降低气氛中NO的排放量。
富氧燃烧技术使锅炉管壁表面换热系数增高，并随烟气流速的加快而增大，而换热器单位内的传热量总费用则是先降低后增大。
以单位传热量总费用为目标函数，对富锅炉受热面进行优化设计，锅炉会出现明显的变化：锅炉自身尺寸减小,部分受热面会移入锅炉膛上部；数值模拟结果显示炉膛优化设计后,所产生的可燃物含量与相同配风方式相比较明显增大,但仍低于空气燃烧技术中的数值。
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。
300MW富氧燃烧电站锅炉的经济性分析
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动 力 工 程 学 报
第 30 卷
方式下 ,过氧量取为 1. 1. 由于燃煤水分很高 ,因此 , 在 O2 / CO2 再循环氧燃烧方式下 ,烟气中的水分含 量接近 22 % ,锅炉设计排烟温度也较高. 2. 1 PC + MEA 脱碳技术
本文以 300 MW 燃烧高水分褐煤的煤粉锅炉 为研究对象 ,构建了加入能量回收的富氧燃烧系统. 以该锅炉的常规空气燃烧为参照 ,在热力计算的基 础上 ,对改进的富氧燃烧脱碳技术进行了技术经济 性分析 ,并与 PC + M EA 脱碳技术和常规富氧燃烧 (O2 / CO2 ) 脱碳技术进行了对比 ,以期为电厂脱碳系
gambini等人对燃油火力发电厂燃煤火力发电厂联合循环电厂整体煤气化联合循环gcc电厂先进的混合循环电厂等5电厂配备co2脱除系统后的经济性进行了模拟分析结果表明采用常规化学吸收法技术富集co2在不考虑co2运输和储存的情况下净电效率下降发电成本增加了20美国mit能源研究室采用富氧燃烧化学吸收法和膜分离法对燃煤电厂co2的脱除效果进行了比较发现富氧燃烧技术所需能量最少电厂效率从35而采用其他方法时效率下降更多电力成本增加更大
收稿日期 :2009211202 修订日期 :2009211227 基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863 计划) 资助项目 (2009AA05Z310) 作者简介 :阎维平 (19552) ,男 ,北京人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事高效低污染煤燃烧理论 、新能源开发与利用 、电站锅炉煤粉燃烧技术和
Abstract : Taking a 300 M W subcritical coal2fired boiler as t he o bject of st udy , techno2eco no mic analysis of CO2 removal technolo gy based o n o xygen2enriched co mbustio n wit h potential energy recovery was carried o ut , of which t he result s were co mpared wit h t ho se of air co mbustio n + M EA abso rp tio n technolo gy and co nventio nal o xygen2enriched co mbustio n technologies. Result s show t hat t he air co mbustio n + M EA abso rptio n technology result s in t he largest reductio n of power plant efficiency. Wit h p ropo sed energy recovery system , net efficiency of power plant may be raised by 2. 59 % under o xygen2enriched co mbustio n co nditio ns. The additio n of CO2 remo val p rocess makes power generatio n co st rise at different degrees fo r vario us co mbustio n modes , in which t he air + M EA way rises t he mo st (f ro m reference power plant ’s 0. 270 0RMB/ ( kW ·h) to 0. 397 5RMB/ ( kW ·h) ) , and if energy recovery system is adopted , t he co st may drop to 0. 346 4RMB/ ( kW ·h) , i. e. fo r CO2 remo val , t he air + M EA way p ro duces t he highest co st (154. 841RMB/ t) , far mo re t han t raditio nal o xygen2enriched co mbustio n way (30. 365RMB/ t ) , whereas t he p ropo sed mo de wit h energy recovery system p ro duces t he least co st fo r CO2 removal (23. 322 RMB/ t) . Key words : coal2fired boiler ; o xygen2enriched co mbustio n ; energy recovery system ; eco no mic analysis ; CO2 removal
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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。