贫氧燃烧技术
富氧燃烧技术：水泥行业节能降耗的“新式武器”
富氧燃烧技术：水泥行业节能降耗的“新式武器”中国建筑材料科学研究总院与武汉理工大学、X市水泥厂有限责任公司共同担当的“十二五”国家科技支撑课题——“水泥窑炉富氧和分级燃烧减排NOx技术与示范应用”，历时3年，在保持和提高熟料煅烧效率、熟料质量的前提下，研究攻破了部分NOx在窑体内的自身消化，为削减水泥窑炉NOx排放供应多种技术途径，并进行多条生产线技术应用示范，达到显著的节能增产效果，被业内誉为节能降耗的“新式武器”。
NOx减排迫在眉睫NOx是典型的大气污染物，对环境具有严重的危害性。
中国建材总院等担当的这项国家科技支撑课题，基于国家节能减排及削减NOx排放的重大需求，结合水泥工业的生产技术水平和工艺技术特性，开展了富氧燃烧和分级燃烧及检测掌握技术的研究，这对掌握和削减NOx污染物排放具有着重要意义。
“十二五”期间，国家已将NOx列入了污染物减排指标考核体系。
水泥窑炉是NOx的高排放源，每吨水泥熟料的生产会产生约2.4千克NOx，一条年产60万吨水泥熟料生产线每年则会产生约1440吨NOx。
据统计，水泥行业NOx排放量占工业总排放量的8%~10%，是继火电厂、机动车后的第三大排放源。
在此背景下，GB4915-20XX《水泥工业大气污染物排放标准》中规定，水泥企业NOx排放限值为400mg/m3，其中重点地区排放限值为320mg/m3，以此严格限制水泥行业NOx排放量。
水泥行业NOx减排技术包括非催化还原技术(SNCR)、催化还原技术(SCR)、分级燃烧和低氮燃烧器技术等。
其中SNCR脱销效率达50%以上，但需要消耗大量的尿素、氨水等还原剂;SCR脱销效率可达80%以上，而目前国内仍处于研发与示范阶段，后两种技术可在不消耗其他物质的基础上，实现一定量NOx的削减，但脱硝效率往往不够抱负。
基于此，依据水泥窑炉的工艺技术特点，在保证甚至提高水泥熟料产量、质量和窑炉能效水平的同时，通过富氧燃烧技术和分级燃烧技术，掌握NOx的形成或促进NOx的分解，大幅度削减回转窑内NOx的排放，对我国水泥工业NOx 减排具有推动意义。
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。
目前国内流行的低NOx燃烧技术
目前国内流行的低NOx燃烧技术用改变燃烧条件的方式来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。
在各类降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采纳最广、相对简单、经济而且有效。
目前要紧有以下几种：1. 低过量空气燃烧程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，能够抑制NOx的生成。
这是一种最简单的降低NOx排放的方式。
一样可降低NOx排放15－20%。
但如炉内氧浓度太低（3%以下），会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引发飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。
因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。
2 .空气分级燃烧是将燃料的燃烧进程分时期完成。
在第一时期，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。
现在第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因此降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。
因此，不但延迟了燃烧进程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反映率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。
为了完成全数燃烧进程，完全燃烧所需的其余空气那么通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（over fire air）――称为"火上风"喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全数燃烧进程。
由于整个燃烧进程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。
弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。
在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成成效越好，但不完全燃烧产物越多，致使燃烧效率降低、引发结渣和侵蚀的可能性越大。
因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和靠得住性，必需正确组织空气分级燃烧进程。
级燃烧方式改造现有煤粉炉，应付前墙或前后墙布置燃烧器的原有炉膛进行改装，将顶层燃烧器改作"火上风"喷口，将原先由顶层燃烧器送入炉膛的煤粉中形成富燃料燃烧，从而NOx生成。
高温贫氧燃烧技术的燃烧特性研究
高温贫氧燃烧技术的燃烧特性研究1 绪论1.1 研究背景及意义随着社会经济的发展，人类正面临着环境与发展的双重压力。
环境问题的日益严重化以及能源的短缺已逐渐成为世界经济发展的瓶颈。
而作为发展中国家的中国，能源需求急剧增长，环境问题更是不可抵挡，国民财富大量溢出，对外依存度也越来越高。
在未来的10年，中国还将面临巨大的能源供求缺口。
进入21世纪，我国将进入快速发展的轨道，能源问题已成为最令人担忧的问题之一。
根据中共十六大战略部署，我国将在2020年全面建成小康社会，这意味着我国经济将在高速运行20多年的基础上，继续高速运行10多年，年均增长速将达到7.2％。
高速发展战略离不开大量能源的支撑，中国能源需求将急速增长。
在能源出现危机的同时，另一个不可忽视的环境问题也迅速到来。
随着我国经济的腾飞，环境也已经承受了巨大的压力，我国现阶段的环境污染已经影响到了我国经济社会的和谐发展。
在面对能源与环境的双重压力下，我们不得不迅速采取有效措施。
尽管世界能源前景将随着可再生能源的发展而变化，以应对环境挑战。
但从中期来看，替代能源任然将是主要能源供应之外的边缘化能源。
即使到2030年，我们也看不出任何明显证据表明石油、天然气、煤炭将不再占据主导地位，所以新能源的发展将是一个逐渐而缓慢的过程。
基于以上的情况，那么我们目前解决环境和能源问题的首要任务就是提高能效。
然而，在提高能效的过程中，技术扮演着关键角色。
技术创新能够节约生产成本、提高经济效益、减少环境污染。
经济增长受制于能源的有限性，技术创新大大降低了经济对能源的依赖性。
创新性的技术投入越来越多地代替了物质投入，大大节省了生产中的物质消耗和浪费，有效地缓解了能源不足以及环境污染对经济增长的制约作用。
由于燃料燃烧是能源消耗的主要途径，也是环境污染的主要原因，所以有效地提高燃烧技术是相当重要的。
而所研究的高温贫氧燃烧技术正是提高燃料燃烧效率的一种新型技术，这种技术即可提高传热效率，节省燃料，又能够抑制NO x的排放。
富氧燃烧节能技术解析
%
15.67
10.69
6
空气系数
3.12
2.54
7
节煤率
%
13.79
富氧燃烧节能技术——应用案例
2MW油田加热炉
富氧燃烧技术的节能效果
大庆油田 锅炉型号：2.0MW燃天然气油田加热炉
序号
数据名称
单位
原态
节态
1
蒸汽压力
MPa
1.26
1.26
2
蒸汽温度
℃
192
192
3
平均产汽量
T/h
12.0
12.8
高分子膜法富氧空气分离技术
➢气体膜法空气分离技术是利用渗透的原理。首先氧气分子运 动至膜的外表层上，并溶解于膜中，然后在膜内部扩散至膜的 另一面解吸。 ➢推动力为膜两侧的空气的分压差。 ➢由于空气中不同组分的通过薄膜的速度不同，从而达到富集 分离，回收提纯气体的目的。 ➢膜法富氧分离组件就是依据氮气与氧气渗透速率的差异，达 到分离出浓度达到28-40%富氧空气的效果。
锅炉型号：SHL35-1.57-AⅡ
投富氧前
老鹰铁处 燃尽线
滞后 跑火明显
富氧燃烧节能技术——应用案例
锅炉型号：SHL35-1.57-AⅡ
投富氧后
老鹰铁处 燃尽线
提前 没有跑火
富氧燃烧技术的节能效果
红塔集团玉溪卷烟厂 锅炉型号：SHL35-1.57-AⅡ
序号
数据名称
单位
1
蒸汽压力
MPa
2
蒸汽温度
富氧燃烧节能技术——机理
3. 降低燃料的燃点温度。 燃料的燃点不是一个常数，它与燃烧状况、受热速度、环境温度等 有关，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，增加释 放的热量。
富氧燃烧的基本原理及特点
富氧燃烧的基本原理及特点富氧燃烧技术（oxygen enriched combustion）简称OEC，以助燃空气中氧含量超过常规值直至使用纯氧（氧体积含量高于21%的富氧空气或纯氧代替空气作为助燃气体）的一种高效强化燃烧技术。
最初主要是运用在冶金、玻璃制备等工业窑炉上。
富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，可加快燃烧反应速度，扩宽燃烧极限，提高窑炉的燃烧温度，把空气中的氧气从21%富化至35%，获得相当于空气预热到530℃的效果，在燃烧过程中只有空气中的氧参与了燃烧反应，氮气作为稀释剂可吸收大量的燃烧生成热，促进燃烧完全，减少燃烧后的烟气量，从而提高热量利用率和降低过量空气系数。
在自然状态下空气中的氧含量为20.9%，普通燃烧器所用的助燃空气均在自然状态下。
如果用比自然状态下含氧量高的空气作助燃空气，则该燃烧称富氧燃烧。
相反，称贫氧燃烧。
富氧燃烧的极限状态是纯氧燃烧。
对高温工业炉采用富氧燃烧，不仅可达到需要温度，而且节约能源。
富氧燃烧或纯氧燃烧火焰与普通燃烧火焰相比有如下特点。
①理论空气需要量少。
随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气量减少，从而改变了燃烧特性。
②火焰温度高。
火焰温度随富氧空气中含氧量增加而升高。
当含氧浓度小于30%时，火焰温度上升快，大于30%时，温度上升缓慢，因此，一般含氧浓度控制在28%以下为宜，如下图。
③排烟量减少。
富氧空气含氧量由21%增至27%时，在理论空气量的情况下，湿烟气量可减少20%，从而减少了排烟热损失。
富氧空气中含氧量越高，排烟损失所占比例小，节能效果越好。
④分解热增加。
随着烟气温度升高，分解热增加，当遇到低温表面时，将放出大量分解热，这也是富氧燃烧火焰具有较大传热能力的原因之一。
⑤节约能源。
由于富氧燃烧火焰温度高，炉内温压增大，辐射换热量增强，提高了炉内有效利用热。
同时，由于排烟量减少，排烟热损失减小，故设备热效率提高，从而节约了燃料消耗量。
上图是陶瓷炉采用富氧空气燃烧的节能实验曲线。
高温贫氧燃烧过程实现贫氧条件方法的探讨
温差 降到 ５ ～ １０ ０ Ｏ Ｃ， 高 频 率 切 换 下 的 换 热 效 在
率 能 达 到 ８ ６ ９ ， 温 燃 烧 锅 炉 的 工 作 原 理 ５／～ ５ ９ 高
如 图 １所 示 ．
当 Ａ 侧 烧 嘴 工 作 时 ， 温 空 气 经 四 通 阀 进 入 室
蓄 热 换 热 器 而 被 加 热 ， 速 升 温 到 １０ ０ Ｃ 以 上 ， 迅 ０ 然 后 高 速 喷 人 燃 烧 室 ， 吸 燃 烧 室 内 的 烟 气 ， 成 卷 形
发 展 起 来 的 一 项 全 新 的 燃 烧 技 术 ， 日益 受 到 世 界 主 要 发 达 国 家 的 高 度 重 视 ， １ ９ 正 到 ９ ５年 ， 有 ８ ０多 套 已 ０
工 业 炉 应 用 该 技 术 进 行 了 改 造 ［ ． 我 国 ， 技 术 的 研 究 与 开 发 工 作 则 刚 起 步 不 久 ， 有 大 量 的 理 论 １ ｑＪ 在 该 还 研 究 和 实 验 工 作 需 要 完 成 ． 文 在 简 要 阐述 高 温 贫 氧燃 烧 技 术 基 本 原 理 的 基 础 上 ， 重讨 论 和分 析 目前 本 着 国 际 上 流 行 的 几 种 在高 温 燃 烧 技 术 中实 现 贫 氧条 件 进 而 抑 制 ＮＯ 生 成 的几 种 方 法 ．
摘 要 ： 重 分 析 在 高 温 贫 氧 燃 烧 过 程 中 ， 何 实 现 高 温 燃 烧 贫 氧 条 件 的 问题 ， 目前 国 际 上 流 行 的 儿 种 方 法 进 着 如 对 行 分 析 ． 此 基 础 上 ． 为 抽 取 部 分 燃 烧 废 气 来 稀 释 高 温 燃 烧 预 热 空 气 的 体 积 含 氧 量 ， 是 一 种 比较 理 想 的 选 在 认 将
全氧燃烧、纯氧助燃及富氧燃烧节能技术比较#优选、
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。
6)熔窑使用寿命长。
全氧燃烧可使火焰分为两个区域，在火焰下部由于全氧的喷入，使火焰下部温度提高，而火焰上部的温度有所降低，使熔窑碹顶温度下降，减轻了对大碹的烧损，同时，火焰空间使用了优质耐火材料，窑龄可提高到1 0年以上。
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工业应用中主要采用以下几种方法实现低氧燃烧:
◇有效地组织炉膛内的气流
◇燃料分级燃烧
◇燃用低热值燃料
◇尽可能采用较低的过剩空气系数
以上四种方法中，燃料分级燃烧容易造成烧嘴尺寸过大的缺点，燃用低热值煤气和采用较低的空气过剩系数条件较为苛刻，不具有通用性，且潜力有限。
所以，有效地组织炉膛内的气流，依靠助燃空气及燃料气高速射流的卷吸效应，使炉内大量燃烧产物回流，稀释燃烧区的含氧体积浓度，才是实现低氧燃烧的根本途径。
该燃烧器中间为煤气喷口，周边为高温空气喷口，实现低氧燃烧技术的关键是该燃烧器每个空气喷口侧面开有较大的侧孔，正常工作时侧孔能吸入大量的炉膛内的烟气，冲淡空气中的氧浓度，达到低氧燃烧的目的。
如果侧孔吸入的烟气量与每个空气喷口的空气量差不多，炉膛中氧气的浓度就降低为原来的1/2，氧化烧损会大幅减少，同时吸入的烟气还相当于再次预热空气，起到余热回收的作用。
2、低氧燃烧的节能原理
从物理角度来解释：对炉膛和物料的加热主要依靠炉内的高温烟气，举个例子炉内温度为900度，即炉内烟气温度也必然是900度。
炉膛空间一定时，炉内的烟气量也是一定的，我们供入空、煤气燃烧的目的就是保证炉内一定的烟气量维持在900度。
当燃料量一定时，如果没有烟气循环，我们供入的空、煤气燃烧放出的化学热刚好将空、煤气的混合物（新进入的烟气）从冷态加热到900度。
而当有20%烟气循环时，从能量守恒的角度，假设循环的烟气不和空气换热直接进入炉内，则相当于炉内已经有20%的高温烟气，而这时供入的燃料只需要燃烧产生80%的烟气就可以维持炉内的高温烟气。
所以需要供入的燃料量和空气量就得到减少。
这就是节能的原理。
从热平衡的角度来说，节约的这部分能量究竟从哪里来？我们知道如果炉膛大小一定，温度一定，则炉子散热一定，物料吸热也一定，由于烟气的温度和炉膛温度一致，所以烟气的温度也是一定。
由于采用烟气循环后，需要的空、煤气量减少，所以烟气量就减少，这样烟气带走的热量就减少，节能就是节的这部分能量。
简言之，吸热量一定时，低氧燃烧需要的空、煤气量少，烟气量减少，带走的热更少，节能的根源。