富氧燃燒技術(shù)節(jié)能機(jī)理

富氧燃燒技術(shù)節(jié)能機(jī)理傳統(tǒng)上的燃燒過程大都基于空氣為氧化劑來源的熱工過程,現(xiàn)有熱工測(cè)算體系也僅限于此一般空氣助燃體系,因此,千萬別以傳統(tǒng)的眼光、傳統(tǒng)的測(cè)算體系來妄加評(píng)測(cè)富氧燃燒!富氧燃燒作為一種基于富氧為氧化劑來源的全的燃燒過程,其節(jié)能機(jī)理總結(jié)如下:一、以富氧作為氧化劑來源的燃燒系統(tǒng)因富氧助燃而強(qiáng)化了燃料的燃燒通俗的說,富氧環(huán)境下,燃料在最短的時(shí)間內(nèi)快速燃盡,最大可能的、充分的釋放出了全部的熱量,提高了燃料的燃燼率!關(guān)于富氧在燃燒過程中究竟起到何種作用,從分析煤炭燃燒過程可知:富氧空氣加強(qiáng)了煤炭的活性,提高燃燒的強(qiáng)度,在燃燒過程中起到了樂觀的作用,下面是助燃空氣中氧氣含量變化對(duì)燃燒影響的分析:在炭粒燃燒反響過程中,氧濃度〔或者說氧分壓〕準(zhǔn)備了碳粒的燃燒反響速度,要加快燃燒速度,應(yīng)當(dāng)設(shè)法增加碳粒外表氧的濃度,富氧助燃就起到了這個(gè)效果,使得碳粒的燃燒速度加快,燃燒溫度增高,在較短的時(shí)間內(nèi)快速燃盡,盡量釋放出全部的熱量。

以下圖是煤粉在不同氧的體積分?jǐn)?shù)下的試驗(yàn)所得曲線,其中,氧的體積分?jǐn)?shù)Ф〔〕的增加使得試樣的曲線向低溫區(qū)移動(dòng),也就是著火溫度降低,且最大質(zhì)量損失速率隨著氧的體積分?jǐn)?shù)的增加而增大,說明煤的活性隨著氧的體積分?jǐn)?shù)的增大得到增加煤在不同氧的體積分?jǐn)?shù)下的曲線煤樣燃燒的平均質(zhì)量損失率也隨氧的體積分?jǐn)?shù)的增加而增大,說明隨著氧的體積分?jǐn)?shù)的增加,煤從開頭燃燒到燃盡所需的燃燒時(shí)間縮短,煤中易燃物質(zhì)整體燃燒速率得到提高,此外,隨著氧的體積分?jǐn)?shù)的增大,燃燒曲線的后部尾端變陡,即煤的燃盡率也得以提高。

二、以富氧作為氧化劑來源的燃燒系統(tǒng)因富氧環(huán)境而削減燃料的熱損失,節(jié)省了燃料富氧環(huán)境下燃料的燃燒溫度將有很大的變化,以煤炭為例對(duì)富氧環(huán)境下燃煤的火焰溫度進(jìn)展分析:富氧空氣集中火用是指相對(duì)于同狀態(tài)下一般空氣為基準(zhǔn)時(shí)所具有的火用。

當(dāng)富氧濃度到達(dá)27%時(shí),比照一般空氣〔含氧濃度21%〕,燃燒溫度上升了295℃,每公斤燃料削減火用損失746,%的燃料,假設(shè)富氧濃度到達(dá)30%,燃燒溫度上升了438℃,削減火用損失1031,%的燃料綜上述分析可知:煤炭的低發(fā)熱值越高,在同等的富氧率狀況下,火用損失就越少,富氧燃燒節(jié)煤率也就越高,盡管實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)略有誤差,結(jié)合爐窯工況的燃燒溫度提高幅度也不盡一樣,但明顯這些都抹殺不了富氧燃燒卓越的節(jié)能效果三、以富氧作為氧化劑來源的燃燒系統(tǒng)因富氧環(huán)境有效的提高了燃燒系統(tǒng)的升溫速率而節(jié)能由臺(tái)灣工研院吳國光、焦鴻文、張育誠等多位博士所做的21%~30%富氧燃燒試驗(yàn)中所載,據(jù)上圖,氧氣濃度到達(dá)升溫目標(biāo)溫度所需時(shí)間分別為:以燃燒后廢氣排放維持在5%、爐膛溫度1200℃、固定***,到達(dá)1200℃累計(jì)所用時(shí)間定義為升溫時(shí)間,由以下圖可明顯的看出,在一樣的燃燒條件下,因進(jìn)風(fēng)空氣的氧氣濃度上升,升溫速度快了!以下圖為一樣燃燒條件含氧濃度不同的鍋爐升溫速度圖標(biāo)氧氣純度21%24%26%28%30%升溫秒數(shù)113969209862476887330由此可知,與一般空氣作為氧化劑的燃燒系統(tǒng)比較,在含氧24%的富氧環(huán)境下的富氧燃燒系統(tǒng),同樣以燃燒后廢氣排放維持在5%、爐膛溫度1200℃、固定***,到達(dá)1200℃累計(jì)所用時(shí)間也即升溫時(shí)間自11396秒縮短到9209秒!〔11396-9209〕11396*100%=19%!節(jié)能效果不言而喻!四、對(duì)可適當(dāng)提高工藝溫度的燃燒系統(tǒng)來說,因富氧環(huán)境可有效的提高爐內(nèi)火焰溫度,有效的改善了爐內(nèi)火焰的熱傳遞效率,顯著節(jié)能!依工業(yè)爐節(jié)能技術(shù)手冊(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示:氧濃度于21%時(shí),火焰溫度1420℃,當(dāng)氧濃度提升至23%時(shí),火焰溫度提升至1700℃,火焰溫度提升280℃,下表為火焰溫度與富氧空氣中的氧濃度之間關(guān)系,摘錄自《工業(yè)爐節(jié)能技術(shù)手冊(cè)》:火焰溫度空氣過剩系數(shù)21%23%25%27%29%31%,1202,2502,3502,4002,4152,,8002,0002,1502,2702,3502,,4201,7001,9002,0802,2023,280氧濃度%21%23%火焰溫度℃1420℃1700℃爐膛溫度℃800℃950℃依上表數(shù)據(jù)顯示:富氧火焰溫度增加,可提升爐膛內(nèi)溫度,使得爐膛內(nèi)受熱截面積受熱溫差大,熱交換率提升,火焰溫度增加,估量23%富氧空氣,富氧燃燒可降低碳的燃點(diǎn),燃燒完全而猛烈,火焰布滿度好,提高了爐膛的整體溫度,一個(gè)物體向四周輻射的熱與該物體的確定溫度的四次方成正比,水冷壁獲得輻射能量將大大提高,爐窯整體熱效率也將得以提高,鍋爐爐膛溫度增加800℃→950℃,依上述條件,23%富氧空氣約可提升20%的熱傳導(dǎo)效率!節(jié)能可達(dá)10%。

火焰溫度增加,可使?fàn)t膛內(nèi)積碳局部完全燃燒不積碳,削減積碳局部,約可節(jié)能約3%五、以富氧作為氧化劑來源的燃燒系統(tǒng)因富氧環(huán)境可有效的提高火焰黑度,改善傳熱效率,提高熱量利用率,從而節(jié)能用一般空氣作為氧化劑來源的燃燒過程,占體積的45的氮?dú)獠坏粎⒓又挤炊璧K燃燒反響的進(jìn)展,富氧燃燒系統(tǒng)中,因富氧而削減了單原子氮?dú)獾慕M分比例,燃燒充分,煙氣中二氧化碳增加,火焰黑度增加,因此,改善了爐窯的熱傳遞效率!通俗的說,將燃料充分燃燒,燃燼,將熱值發(fā)揮出來是一回事,但更重要的環(huán)節(jié)是如何將熱量高效的傳遞到物料上是另外一回事!富氧燃燒提升了爐窯的傳熱效率,熱量的利用率提高,如:用一般空氣助燃,當(dāng)加熱溫度為1300℃時(shí),其可利用的熱量為42%,而用26%的富氧空氣助燃,可利用熱量為56%,且氧濃度越高,加熱溫度越高,所增加的比例越明顯,因此節(jié)能效果越好富氧環(huán)境下,輻射熱通量有明顯增加的趨勢(shì),如以下圖,在30%2下,各測(cè)量點(diǎn)的輻射熱通量比21%2時(shí)增加37%以上,由于氣體輻射主要是來自2和2,而提高供氣氧濃度會(huì)使這兩者的濃度增加,進(jìn)而使氣體輻射量增加,如圖:六、以富氧作為氧化劑來源的燃燒系統(tǒng)因富氧環(huán)境可有效的削減了過?？諝庀禂?shù),削減燃燒后的排氣量,進(jìn)而削減了排氣熱損失,提高了熱效率,從而節(jié)能用一般空氣作為氧化劑來源的燃燒過程,占體積的45的氮?dú)獠坏粎⒓又挤炊璧K燃燒反響的進(jìn)展,還要帶走大量熱量,如用富氧助燃,由于氮?dú)饬肯鳒p,故燃燒后的排氣量也相應(yīng)削減,熱損失削減,從而提高了燃燒效率依臺(tái)灣綠能生產(chǎn)基金會(huì)爭(zhēng)辯顯示,一般排氣溫度約較所產(chǎn)生的蒸汽溫度高30℃,排氣溫度每降低22℃,效率約提高1%。

,每增加1%的氧氣濃度,降低4%的煙氣排放量。

由于排放的是150-200度的高溫?zé)煔?熱損失會(huì)大大降低,提高鍋爐熱效率。

七、富氧燃燒還可降低燃料的燃點(diǎn)溫度,獲得更廣泛的燃料選擇范圍,同等條件下可利用更加劣質(zhì)的燃料或者替代燃料燃料的燃點(diǎn)溫度不是常數(shù),如在空氣中的燃點(diǎn)為609℃,而在純氧中的燃點(diǎn)僅為388℃,所以用富氧助燃能降低燃料燃點(diǎn),提高火焰強(qiáng)度和增加釋放熱量等,從而獲得更廣泛的燃料選擇范圍,同等條件下可利用更加劣質(zhì)的燃料或者替代燃料!八、富氧燃燒由于燃料燃燒完全、節(jié)省了燃料而削減了排放,環(huán)保效應(yīng)顯著用富氧代替空氣助燃可實(shí)現(xiàn):黑煙污染治理揮發(fā)分在窯爐燃燒室內(nèi)缺氧條件下析出產(chǎn)生游離碳——黑煙,承受增氧耦合撓動(dòng)接觸再燃燒原理,使揮發(fā)分在形成黑煙前或過程中徹底燃燒,增氧撓動(dòng)燃燒消煙與其它黑煙污染治理技術(shù)如傳統(tǒng)二次燃燒、機(jī)械定量給料、水洗相比,基于其本身的技術(shù)特點(diǎn),簡潔取得較好的黑煙污染治理效果通常煙氣的林格曼黑度遠(yuǎn)低于1級(jí)固硫作用增氧助燃后還可以削減煙氣中2二氧化硫、〔一氧化碳〕、〔氮氧化物〕含量。

煤在燃燒時(shí),溫度大約在1400℃左右,煤中所含的〔硫〕和2〔硫化氫〕被氧化,生成2。

同時(shí)煤中還含有大量的2+〔鎂離子〕和2+〔鈣離子〕化合物,這時(shí)候在1400℃和〔碳〕作催化劑的條件下將發(fā)生如下反響:2+2++2→4,承受富氧燃燒增加了氧濃度,促使反響向右