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富氧/全氧燃燒原理及應(yīng)用分析

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1.1富氧/全氧燃燒的原理及特點(diǎn)

富氧/全氧燃燒的核心原理是用高純度氧氣（富氧）或純氧（全氧）替代空氣中的氮?dú)猓∟?）作為助燃劑，從而顯著改變?nèi)紵^(guò)程的特性。

以下是其詳細(xì)原理和特點(diǎn)：

1.去除/減少氮?dú)猓∟?）：

  • 在傳統(tǒng)空氣燃燒中，空氣中約78%的氮?dú)獠粎⑴c燃燒反應(yīng)。
  • 這些氮?dú)庠谌紵^(guò)程中會(huì)吸收大量的熱量（被加熱到火焰溫度），并最終作為高溫?zé)煔馀欧诺酱髿庵校瑤ё叽罅繜崮?，造成能量損失（排煙熱損失是鍋爐等設(shè)備最大的熱損失之一）。
  • 氮?dú)庠诟邷叵逻€會(huì)與氧氣反應(yīng)生成有害的氮氧化物（NOx）。

2.提高氧氣濃度：

  • 富氧燃燒是指助燃?xì)庵醒鯕獾捏w積濃度高于21%（空氣濃度），通常在24%到接近100%之間。
  • 全氧燃燒是指助燃?xì)庵械难鯕鉂舛冉咏?00%（通常>95%）。
  • 通過(guò)提高氧氣濃度，單位體積助燃?xì)饽苤С值娜剂狭扛?，燃燒更劇烈?/span>

1.2富氧/全氧燃燒帶來(lái)的主要效應(yīng)

1.大幅提高火焰溫度：

  • 這是最直接和顯著的效應(yīng)。因?yàn)闆](méi)有了大量吸熱的氮?dú)?，燃燒釋放的熱量主要用?lái)加熱產(chǎn)物（主要是CO?和H?O）和少量的殘留氮?dú)猓ㄈ绻嬖冢┗蚨栊詺怏w。這導(dǎo)致絕熱火焰溫度顯著升高（遠(yuǎn)高于空氣燃燒）。
  • 原理基礎(chǔ)：減少了大量不參與反應(yīng)、只吸收熱量的“惰性”氣體（N?）。

2.加快燃燒速度：

  • 氧氣濃度是決定燃燒反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素之一。氧氣濃度越高，燃料分子與氧氣分子碰撞發(fā)生反應(yīng)的幾率越大，燃燒反應(yīng)速度越快，燃燒更劇烈、更充分。
  • 原理基礎(chǔ)：提高了反應(yīng)物（O?）濃度，加速了化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

3.顯著減少煙氣量：

  • 由于去除了占空氣體積約78%的氮?dú)?，燃燒產(chǎn)生的煙氣體積大幅減少（通?？蓽p少到空氣燃燒煙氣體積的1/4到1/3）。
  • 原理基礎(chǔ)：移除了主要的“填充”氣體（N?）。
  • 特點(diǎn)好處：
    1. 降低排煙熱損失：高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃看蟠鬁p少，提高了熱效率（通?？商岣?%-25%或更多）。
    2. 減小設(shè)備尺寸：燃燒器、煙道、引風(fēng)機(jī)、除塵脫硫等煙氣處理設(shè)備可以設(shè)計(jì)得更小。
    3. 降低煙氣處理成本：需要處理的污染物總量減少。

4.提高煙氣中CO?濃度：

  • 煙氣主要由燃燒產(chǎn)物CO?和H?O蒸汽組成，加上少量未燃盡氣體、灰分和可能存在的殘余O?/N?。去除N?后，CO?濃度可以高達(dá)70%-90%（干基），遠(yuǎn)高于空氣燃燒的15%-20%。
  • 原理基礎(chǔ)：煙氣中主要成分是CO?，去除了稀釋劑N?。
  • 關(guān)鍵應(yīng)用：這是富氧燃燒在燃煤電廠(chǎng)等領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一。高濃度CO?使得后續(xù)的二氧化碳捕集、利用與封存變得相對(duì)容易和經(jīng)濟(jì)，是重要的碳減排技術(shù)。

5.降低氮氧化物（NOx）生成：

  • 熱力型NOx（高溫下N?與O?反應(yīng)生成）的生成與溫度密切相關(guān)，更與氮?dú)鉂舛戎苯酉嚓P(guān)。雖然火焰溫度升高理論上有利于NOx生成，但去除大部分氮?dú)鈴母旧洗蟠鬁p少了NOx生成的前體物（N?）?？傮w效果通常是顯著降低NOx排放（可降低50%-90%）。
  • 原理基礎(chǔ)：去除了NOx生成的主要氮源（N?）。

6.增強(qiáng)輻射傳熱：

  • 高溫火焰和主要由三原子氣體（CO?,H?O）組成的高溫?zé)煔饩哂懈鼜?qiáng)的熱輻射能力。這有利于提高對(duì)受熱面的輻射傳熱效率。
  • 原理基礎(chǔ)：更高的火焰溫度和煙氣中高輻射性氣體（CO?,H?O）的比例增加。

1.3富氧/全氧燃燒主要應(yīng)用行業(yè)一覽表

行業(yè)

應(yīng)用對(duì)象/典型設(shè)備

應(yīng)用目的/效果

冶金行業(yè)

鋼包烘烤器、中間包烘烤器、加熱爐、退火爐、感應(yīng)爐、鋁熔爐

提高烘烤溫度、節(jié)能、減少氧化皮、改善爐溫均勻性

有色金屬行業(yè)

鋁熔煉爐、銅熔爐、鋅蒸餾爐

提高燃燒溫度、減少煙氣量、提升產(chǎn)量

玻璃工業(yè)

汽浮玻璃熔爐、再生池、蓄熱式燒嘴

提升熔化效率、降低NOx排放、節(jié)約能耗

水泥行業(yè)

回轉(zhuǎn)窯、預(yù)熱器、分解爐

提升熟料質(zhì)量、節(jié)約煤耗、增強(qiáng)燃燒強(qiáng)度

陶瓷行業(yè)

輥道窯、梭式窯、隧道窯

提高溫控精度、減少結(jié)碳、節(jié)省燃料成本

垃圾焚燒行業(yè)

焚燒爐、余熱鍋爐燃燒器

實(shí)現(xiàn)高溫?zé)o害化處理，減少煙氣污染

石化/化工行業(yè)

裂解爐、反應(yīng)爐、再生器、蒸汽鍋爐

提高反應(yīng)溫度、節(jié)能、降低CO和未燃碳排放

玻纖/碳纖維行業(yè)

拉絲爐、氧化爐、炭化爐

提高均熱性能，控制氣氛氣流

熱處理行業(yè)

滲碳爐、回火爐、釬焊爐

控溫精度高，爐內(nèi)氣氛純凈，有利于工件表面質(zhì)量