1. 富氧燃烧发展背景及意义
燃烧目前仍然是人类利用能源获取能量的主要方式。目前化石燃料的大量使用给环境带来了很多不利的影响（例如排放出大量温室气体、氮氧化合物、硫化物等）。同时，石油煤炭等化石燃料的储量毕竟有限，但现代工业的发展使得能源消耗的速度剧增，因此迫切需要一种节能燃烧技术。富氧燃烧就是这样一种既能提高燃烧效率，又能降低污染物排放的燃烧技术。富氧燃烧在上世纪50年代被提出用于炼钢，高氧浓度助燃气体能提高火焰温度同时更好的将铁中的碳氧化分离。后又被运用于玻璃熔炉，来提高熔化玻璃的能力。而在21世纪初国内高校开始了对电站燃煤锅炉富氧燃烧的实验。 2. 富氧燃烧简介
使用比普通空气含氧浓度（21%）高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧（oxygen enriched combustion），简称OEC。助燃空气中氧气的浓度可以从22%直到使用纯氧助燃。在实际运用中，一般将氧气与再循环的烟气混合进行燃烧防止火焰的温度过高。 图 1燃烧过程示意图
燃烧过程示意图如图 1所示[]3. 制氧方法简介
富氧燃烧技术的前提是氧气的制取。目前，氧气的制取主要有三种方法。
精馏（深冷）法：即利用空气所含组分沸点的区别，将净化的空气压缩、冷却、液化，再多次蒸发、多次冷凝，精馏分离得到氧气。这种方法需要将空气低温冷冻，工业上称为深度冷冻，因此又称深冷法。这种方法因为设备费用大，边际成本低，适用于大规模生产氧气，得到的氧气纯度高（可达99%）。
变压吸附（PSA）法：这种方法利用了吸附剂对不同气体的吸附和脱吸附能力不同的特点，将空气加压吸附于吸附剂上，再在不同压强下将空气中不同组分脱吸附出来。这种方法只用于中小规模，得到的氧气纯度中等（90%~95%）。
膜分离法：这种方法利用了膜对不同气体的渗透性能不同，采用类似于过滤的方法将氧气从空气中分离。这种方法投资少，得到的氧气浓度低（25%~40%）。规模越小，采用膜法制氧就越经济。
三种制氧方法的特点对比见表 1模具计数器[]。
表 1各种氧气制备方法的比较
| 深冷分离法 | 变压吸附 ( PSA ) 法 | 膜分离法 |
原理 | 利用液化后各组分沸点差异来精馏分离 | 利用吸附剂对特定气体的吸附和脱吸附能力 | 智能装备与系统利用膜对于特定气体的选择渗透性能 |
技术阶段 雀榕叶 | 历史久，技术成熟 | 处于技术革新 | 处于技术开发和市场开发 |
装置规模 | 大规模(设备费用大) | 中、小规模 | 小规模或超小型 |
气体种类 | O2, N2, Ar, Kr, Xe等 | O2, N2, H2, CO2, CO 等 | O2, N2, H2, CO2, Co 等 |
产品气浓度 | 纯度高 (99%) | 中纯度 (90%~95%) | 低浓度 ( 25%~40%) |
耗电量(按照30 %氧气浓度换算) kW· h/ Nm3 | 0.04~0.08 | 雨水口施工 0.05~0.15 | 0.06~0.12 |
其他特征 路况电台 | 适用于大规模生产，低温，产品气为干气 | 产品气处于加压状态，塔阀自动切换可无人运行，吸附剂寿命10年以上，产品为干气 | 可间歇或连续操作，操作简单，可无人运行，膜寿命可达数年，无噪声清洁生产，产品为干气或湿润气体 |
富氧燃烧锅炉的应用 | 大型纯氧燃烧捕获 CO2 | 垃圾焚烧炉降低二恶英和CO | 富氧燃烧用以提高锅炉效率 |
工程实例 | I H I 在澳大利亚300 MW等级的示范工程 | 三菱重工供货垃圾焚烧炉：2004年奥地利 264吨/天，2005年日本3台250吨/天 | 垂直母排1998 年在江苏省阜宁化肥厂20 t / h燃煤锅炉应用富氧燃烧;1996～2000 年在江苏、大港和胜利油田的2~4t/h的燃气和燃油锅炉应用富氧燃烧 |
| | | |
4. 富氧燃烧的特点
富氧燃烧相比于普通空气燃烧有如下特点。
4.1 燃烧过程
在锅炉中火焰温度很高，此时辐射换热是主要的换热方式，而只有三原子或多原子气体才具有辐射能力。因此，普通空气燃烧时，炉内存在大量辐射能力低的氮气，辐射换热强度不高，采用富氧燃烧，火焰温度提高，炉内二氧化碳的浓度也显著提高，火焰黑度大大提高（如图 2所示）[]，能有效提高炉内的辐射换热强度。
氧气能够促进燃烧。在较高的氧浓度气氛下，相同燃料的燃烧时间会缩短，因此可以提高锅炉的功率。其次，富氧环境还能使燃料燃烧得更加彻底，提高燃料的利用率。同时，富氧燃烧可以使用更加难燃的燃料，如无烟煤、垃圾等。三菱重工就开发过利用富氧燃烧技术的垃圾焚烧炉。邹峥、罗鸿春的研究表明，增加氧浓度可以提高燃烧强度，加快燃烧速度。氧浓度的增加使得龙岩煤的着火温度和燃尽温度都降低，而且氧浓度的增加可以使着火提前，燃烧时间缩短，促进燃烧完全。[]此外富氧燃烧采用的烟气再循环技术，会使烟气中未燃尽的燃料颗粒回到炉中继续燃烧，增加了燃料颗粒在炉中停留的时间，使得燃料燃烧更为彻底和完全。
李庆钊等人发现O2/CO2气氛相比于O2/N2气氛，火焰的传播速度明显降低。即仅用CO2取代N2不利于煤焦的燃烧及燃尽。改变煤粉粒度和氧气浓度可以改变反应速度，但煤粉粒度不影响反应机理。[]O2/CO2气氛下燃烧性能较差可能是由于CO2为三原子气体，热容较大，燃烧时不利于热量向周围扩散。因此火焰传播速度偏低。
4.2 燃烧产物
富氧燃烧技术可以降低过量空气系数，减少烟气中氮气的含量，同时还使用了烟气再循环，这些最终都会减少烟气量，减少排烟热损失。而锅炉各项热损失中排烟热损失占了最大的比例。
富氧燃烧显著减少了排烟量从而使SO2等污染性气体在烟气中的浓度增加（这是由烟气量的减少引起的，富氧燃烧并不会导致污染性气体总量增加。）。因此，在使用石灰石吸附处理烟气时，能提高石灰石与污染性气体接触的机率，提高脱硫效率，同时也使钙利用率提高。Eric Croiset观察到富氧燃烧情况下SO2的排放总量是减少的。他认为主要是由于高浓度氧气促使SO2向SO3转化，降低了含硫气体的露点，使含硫气体附着于灰渣和烟道低温部分的表面。[]
富氧燃烧烟气是高二氧化碳气氛，使得燃料燃烧产生的CO量增加，在煤焦表面与发生NO/CO/Char反应[]，促进了NOX的分解，减少NOX排放。但是，氧浓度的提高也会使热力型NOX生成量提高，此时就需要配合使用分级燃烧，在主燃烧区的还原气氛下将NOX还原分解。富氧燃烧和NOX生成的机理将在后文阐述。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议