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工业炉窑富氧燃烧技术

发布日期： 2020-07-14 10:20:09 阅读量（525）作者：

发达国家早在 20 世纪 60 年代就已开始对炉窑富氧燃烧进行研究。有资料表明，玻璃熔化炉、石灰窑、冲天炉、锻造加热炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑、砖瓦窑以及其他各种工业炉窑，应用富氧助燃可获得明显的节能效果，有效减少大气污染，综合效益显著。

1 富氧助燃节能技术的节能机理

根据质量作用定律，燃烧反应速度随反应物的浓度增加而加快。特别是气体燃料，助燃气体中的氧气浓度增加，可以明显提高理论燃烧速度、辐射传热系数，缩短燃料燃烧时间。另外，火焰的传播速度随燃料、氧化剂的配比而变化，也就是说氧浓度的增加，火焰传播速度就会增加。例如氢气在空气中的传播速度是 250cm /s，而在氧气中就是1200cm /s。而且，普通助燃空气中的大量氮气与惰性气体降低了火焰传播速度，同时也阻碍了氧气与燃料气体的接触和混合反应速度。

富氧助燃节能技术在理论与实际中的优势显而易见，以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统，其节能机理为:

1) 富氧助燃强化了燃料的燃烧，使燃料充分释放了所有的热量，提高燃料的燃烬率; 因富氧环境而减少燃料的热损失，提高了燃烧系统的升温速率;

2) 因富氧环境，对于可适当提高工艺火焰温度的燃烧系统来说，如锅炉、窑炉因富氧环境可有效提高炉内火焰温度，改善了炉内火焰的热传递效率;

3) 富氧环境可有效地提高火焰黑度，改善传热效率，提高热量利用率，减少炉内过剩空气系数，减少燃烧后的烟气排放量，减少排气热损失，提高热效率。

2 工业炉窑能耗与富氧技术现状

目前，国内各种工业炉窑(不包括锅炉) 能耗约占全国总能耗的 1 /4，占工业总耗能的60% 。工业炉窑数量约有14万台，其中陶瓷窑炉 1. 5万余条生产线( 并以每年新增500条生产线的速度增长) ; 玻璃窑5000余座; 金属热处理炉窑1万座( 天然气炉窑每年新增 500 座) ; 耐火材料生产炉窑5000 余座。而拥有工业炉窑的耗能企业，其工业炉窑耗能量约占到本企业耗能量的10% ～70% ，有的企业甚至更多。陶瓷、玻璃等生产企业其工业炉窑耗能量，约占到该企业耗能量的50%以上，有的企业甚至占到80%以上。

在能源短缺和环境污染的双重压力下，中国的工业炉窑节能环保技术产品在近几年已经有了很大的发展，但工业炉窑能耗利用总水平不高，仅相当于发达国家 20 世纪五六十年代的水平。工业炉窑的热效率平均不到30%，而国际上工业炉的热效率平均为 50%以上。长期以来，工业炉窑使用企业非常关注行业节能技术的推广和应用，近几年逐步开展和实施了诸

如: 蓄热燃烧、采用新型燃烧装置、减少炉墙散热损失、烟气余热回收、控制炉内“空、燃”比等节能技术，并取得了较好的节能环保效果。作为新工艺、新技术的富氧燃烧技术在工业炉窑上的应用已经受到了人们的关注，人们开始在这个领域进行探讨和实践，但由于各种原因和条件限制应用效果不理想，也使得这一技术推广速度受到了制约，例如燃烧气氛的影响、工艺温度的影响、设备改造投入资金制约等。

3 富氧气体来源选择

当前，制氧方法通常有 2 种: 深冷空分法，即低温法制氧; 用分子筛采用变压吸附技术制氧。这两种方法投资大、耗能高、技术复杂，均需专人操作和管理，且运行费用高。传统的制氧技术( 如深冷法和变压吸附法) 也都是早已成熟的技术，但是因为投资较大、设备复杂等原因，影响了富氧燃烧技术的普及。膜法制氧技术是 20 世纪 70 年代兴起的，以物理方式、用高分子膜将浓度为 20. 9% 的空气富集成氧浓度较高的富氧空气的新技术。膜法制氧是利用一定选择性的渗透薄膜实现空气中氧、氮分离，其过程推动力是膜两侧的对应组分的压差/压比，对于不同的应用场合，可选用正压操作也可负压操作，当用负压操作时，不需配备压力容器，真空泵只将产物从一侧抽出，所以能耗较少，当用正压系统时，将进料空气压缩，一般压差较大，产气量较高，但是耗能也相应提高，并对膜本身的抗压性能要求提高。

虽然传统的深冷空分和分子筛变压吸附技术制氧均较成熟，但由于膜法富氧在低纯度制氧领域投资少、设备简单、操作方便、运行费用低，因而用途广泛。膜渗透法制取浓氧空气的过程没有发生物质的相变化和化学变化，制氧过程是在常温和低压下进行。因此，膜法制氧装置具有设备简单，操作容易的特点。在工业炉窑燃烧中使用的以节能为目的的富氧空气，一般采用负压流程以制取氧气。特别是它具有制氧方式属于静态分离，具有安全可靠、能量消耗小、成本低等特点。膜法制氧装置可将空气的含氧浓度从 20. 9%富集到 28% ～ 30% 。这种氧浓度空气对各种窑炉的富氧燃烧是非常适中和安全的。

助燃风的氧气浓度提高，可以带来明显的节能效果。但受制氧成本的约束，选择适当的富氧气体浓度，即选择最佳的性价比是决定富氧助燃技术推广的重要前提。而膜法制氧的氧气浓度恰恰满足经济适用性的需求，因此膜法制氧对于相对小型生产制氧量来讲，对工业炉窑节能应用最具推广应用价值。

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