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 一、概述 

1、富氧助燃技術(shù)

富氧助燃是一種最新節(jié)能環(huán)保技術(shù)。近十幾年來，隨著環(huán)保要求的不斷提高以及節(jié)約能源的需要，富氧燃燒作為一種新興的燃燒技術(shù)在世界各國蓬勃發(fā)展，有的國家要求全部新增工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐不得用普通空氣助燃，都得用富氧空氣助燃，許多發(fā)達(dá)國家都投入了大量人力物力來研究富氧技術(shù)，特別是日本，其通產(chǎn)省就資助組織了旭硝子等七家公司和研究所參加“富氧燃燒技術(shù)研究組”。，由于能源緊張，日本先后有近二十家公司推出富氧裝置。日本政府決定從1990年起，全部工業(yè)爐窯，包括：大型鍋爐、工業(yè)用的中型鍋爐、取曖用的鍋爐、船舶動(dòng)力裝置的鍋爐等都不得用普通空氣助燃，都應(yīng)用富氧空氣助燃。日本曾在氣、油、煤為燃料的不同場合進(jìn)行了富氧應(yīng)用試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：用23%的富氧助燃可節(jié)能10-25%;用25%的富氧助燃可節(jié)能20-40%;用27%的富氧助燃則節(jié)能高達(dá)30-50%等。

我公司吸取了國內(nèi)外先理技術(shù)的精華，彌補(bǔ)其缺陷，經(jīng)過全體技術(shù)員工的努力研制發(fā)明了PSA富氧助燃環(huán)保節(jié)能成套技術(shù)裝置，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。富氧流量范圍為10Nm³/h--15000Nm³/h。

PSA富氧局部增氧助燃系統(tǒng)是局部增氧技術(shù)和助燃技術(shù)兩者的有機(jī)結(jié)合。局部富氧相對于整體增氧而言投資非常少，且富氧加在爐窯中最需要的地方，使燃料在此能充分及時(shí)完全地燃燒，從而供給產(chǎn)品盡可能多的有效熱量。局部增氧助燃技術(shù)所配富氧量僅為所需空氣量的0.5-15%，而原來爐窯的助燃風(fēng)量亦顯著下降。

富氧助燃，不僅能降低燃料燃點(diǎn)，提高燃燒強(qiáng)度和燃燒效率，加快燃燒速度，獲得較好的熱傳導(dǎo)，從而節(jié)約能源;同時(shí)，由于溫度提高，有利于燃燒反應(yīng)完全，從而減少污染;具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，通常一年內(nèi)就能收回全部投資。

能源是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，關(guān)系著經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。到2020年，國家要求國內(nèi)生產(chǎn)總值比2000年翻兩番，但能源消費(fèi)只能翻一番。依靠科技進(jìn)步降低能耗、節(jié)約能源、降低污染已經(jīng)成為了亟待解決的問題。
    隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，鍋爐設(shè)備已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)部門，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。從量大面廣的這個(gè)角度來看，除了電力行業(yè)以外的各行各業(yè)中運(yùn)行著的主要是中小型低壓鍋爐，全國目前計(jì)有50多萬臺。由于我國是以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，燃煤鍋爐約占80%。他們的熱效率普遍較低，節(jié)能潛力很大，而且排放的大量煙塵和有害氣體，嚴(yán)重污染了環(huán)境。針對于這種現(xiàn)狀，我公司的“富氧燃燒設(shè)備”就是一條提高燃燒效率、節(jié)約能源、降低污染的有效途徑。
    當(dāng)今世界能源短缺，各類化石能源價(jià)格大幅攀升，很多耗能大戶企業(yè)效益大大降低，嚴(yán)重束縛了企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展，尤其是使用鍋爐的企業(yè)現(xiàn)象更為明顯，因此提高能源利用率、降低能源消耗成為提高企業(yè)效益的必然之路。
    對于化石能源主要以燃燒利用為主，各類燃燒器發(fā)展以日臻成熟，從燃燒方式上提高燃料利用率以很難再有所作為，而從燃燒的反應(yīng)速率及燃燒程度上仍有很大節(jié)能潛力。一般的燃燒器均以空氣為助燃劑，其中占近80%的N2為燃燒的惰性氣體，對燃燒起鈍化和稀釋作用。如何能夠提高助燃劑的氧氣含量，成為了提高燃燒效率的一個(gè)關(guān)鍵。而我公司的增氧助燃裝備正好可以解決這個(gè)問題，提高燃燒效率。
二.富氧燃燒節(jié)能特性
1.火焰溫度大幅度提高
    2007年，我公司與浙江大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所合作，共同完成《鍋爐增氧助燃燃燒實(shí)驗(yàn)與理論研究》項(xiàng)目。設(shè)計(jì)及研制出鍋爐增氧助燃燃燒實(shí)驗(yàn)臺，并在實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行了一系列增氧助燃的熱工特性及燃燒特性實(shí)驗(yàn)。
    其實(shí)驗(yàn)研究表明當(dāng)  使用常規(guī)空氣做助燃劑（含氧量21%）時(shí)，火焰溫度為2200℃；而當(dāng)助燃?xì)夂趿吭黾訒r(shí)，火焰溫度可大幅增加。眾所周知鍋爐的主要傳熱方式是輻射傳熱，而鍋爐內(nèi)的溫度越高，輻射傳熱的效率也隨之升高。
2.惰性成分的氮?dú)鉂舛却蟠蠼档?/span>
    空氣中氮?dú)饧s占80%，在燃燒過程中，氮?dú)獠粎⑴c燃燒，相當(dāng)于稀釋了助燃?xì)庋鯕鉂舛龋瑢θ紵鸬搅蒜g化的作用，同時(shí)在排煙時(shí)帶走了大量的熱。而輻射傳熱中以三原子分子為主，氮?dú)鉃殡p原子分子輻射傳熱的效率低下。
    采用富氧空氣助燃時(shí)，降低了氮?dú)夂浚寡鯕夂肯鄬μ岣撸词谷紵映浞郑譁p少了排煙量，降低了排煙熱損失。

2、富氧燃燒技術(shù)用于節(jié)能和根治污染的原理。

2.1提高火焰溫度和黑度

因氮?dú)饬繙p少，空氣量及煙氣量均顯著減少，故火焰溫度和黑度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高，進(jìn)而提高火焰輻射強(qiáng)度和強(qiáng)化輻射傳熱等，如當(dāng)空氣中氧氣的濃度為25%時(shí)，火焰的黑度經(jīng)計(jì)算為0.2245,增加的程度約6%，同時(shí)水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒帶火焰對物料的輻射傳熱量提高的程度約為20.4%。但富氧濃度不宜過高，一般富氧濃度在26-33%時(shí)為最佳，因?yàn)楦谎鯘舛仍俑邥r(shí)，火焰溫度增加較少，而制氧投資等費(fèi)用猛增，綜合效益反而下降，參見圖1富氧濃度與火焰溫度及相對效益的關(guān)系。

2.2加快燃燒速度，促進(jìn)燃燒完全，從而根治污染

燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大，如氫氣在純氧中的燃燒速度是在空氣中的4.2倍，天然氣則高達(dá)10.7倍左右，故用富氧助燃，不僅能提高燃燒強(qiáng)度，加快燃燒速度，獲得較好的熱傳導(dǎo)，同時(shí)由于溫度提高了，將有利于燃燒反應(yīng)完全，從而在根本上消除污染。

2.3降低燃料的燃點(diǎn)溫度和燃盡時(shí)間

燃料的燃點(diǎn)溫度不是一個(gè)常數(shù)，它與燃燒狀況、受熱速度、環(huán)境溫度等有關(guān)，如CO在空氣中的為609℃，在純氧中僅388℃,所以用富氧助燃能降低燃料的燃點(diǎn)，提高火焰強(qiáng)度、增加釋放熱量等。

2.4減少燃燒后的煙氣量

用普通空氣助燃，約五分之四的氮?dú)獠坏恢迹€要帶走大量的熱量。如用富氧助燃，氮?dú)饬恳獪p少，故燃燒后的排氣量亦減少，一般氧濃度每增加1％，煙氣量約下降2-4.5%，從而提高燃燒效率等。

2.5增加熱量利用率

富氧助燃，對熱量的利用率會有所提高，如用普通空氣助燃，當(dāng)爐膛溫度為1300℃時(shí)，其可利用的熱量為42%，而用26%富氧空氣助燃時(shí)，可利用的熱量為56%。可利用熱量增加了33%，而且富氧濃度越大，加快溫度越高，所增加的比例就越明顯，因此節(jié)能效果就越好。

2.6降低空氣過剩系數(shù)

用富氧代替空氣助燃，可適當(dāng)降低空氣過剩系數(shù)，這樣燃料消耗就相應(yīng)減少，從而節(jié)約能源。日本節(jié)能中心技術(shù)部長小西二郎在工業(yè)窯爐節(jié)能措施中，著重于降低空氣過剩系數(shù)的研究。如他在一臺熱處理爐中經(jīng)多次試驗(yàn)，將空氣過剩系數(shù)從1.7降到1.2,平均節(jié)能達(dá)13.3%。在我們應(yīng)用的數(shù)套局部增氧助燃系統(tǒng)中，空氣過剩系數(shù)一般降低0.2-0.8。

3最佳富氧濃度的確定

國內(nèi)外的研究均表明，富氧濃度在26-31%時(shí)為最佳，火焰溫度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高，但隨著富氧濃度的不斷增加，火焰溫度增加不很明顯，見圖2-富氧濃度與火焰溫度的關(guān)系

4、鍋爐熱效率分析

   1、鍋爐熱效率提高：

   公式： η2=100-∑q=〔q2+q3+q4+q5+q6〕

式中： η2—鍋爐反平衡熱效率        　 %

q2—排煙熱損失                         %

q3—氣體不完全燃燒熱損失