富氧燃燒技術富氧燃燒技術與污染物排放

1、富氧燃燒技術富氧燃燒技術與污染物排放富氧燃燒是一種新興的燃燒技術。富氧燃燒能夠顯著提高燃燒效率和火焰溫度，但由于制氧成本較高的問題，在上世紀 80 年代經(jīng) 歷黃金成長期之后，發(fā)展速度放緩。而后隨著制氧方法的進步，尤其 是富氧膜技術的進展，富氧燃燒技術近 20 年來逐漸推廣。而且，富 氧燃燒也便于在現(xiàn)有鍋爐設備上改造實現(xiàn)， 具有可預期的良好發(fā)展前 景。與普通的空氣燃燒相比，富氧燃燒技術可以顯著節(jié)約能源，其對環(huán)境的影響方面也具有不同特點。 其中既有有利的一面， 也有不利 的一面。本文主要從較為常見的碳排放、粉塵污染、二氧化硫和氮氧 化物的排放四個方面來討論富氧燃燒對環(huán)境的影響。1 富氧燃燒對碳排放

2、的影響在對C02非放限制越發(fā)嚴苛的當代社會，節(jié)能減排是全社會關注的焦點。 常規(guī)的燃燒方式都存在著不足之處， 局部缺氧會產(chǎn)生不完 全燃燒，火焰溫度偏低也會產(chǎn)生不完全燃燒，浪費燃料，而作為粉塵 排放的未燃燒燃料也會造成大氣污染。富氧燃燒針對缺氧區(qū)，局部增氧，可使燃料燃點降低，燃燒速度增快，燃料燃燒更 _ ，而火焰溫度則會提高。 根據(jù)維恩位移定律， 輻射強度與溫度的四次方成正比，可使熱能的利用率大幅提升。同時，富氧燃燒可以減少鼓風機進風量和高溫煙氣的排放量，可降低熱能損失。空氣中氧氣的含量占 20.94%，而不助燃的氮氣占 78.097%。在燃燒過程中，氮氣帶走了大量熱量，采用富氧燃燒后可減少進風量

3、，即減少了熱能的流失，并且由于風量的下降，可以使用 功率更小的風機。假設燃料完全燃燒，空氣含氧量© =21%理論氧氣量為Vo,過量空氣系數(shù)a=1.2，實際空氣量為Va,則Va=a根據(jù)以上公式，設某工況理論氧氣量為1 m3/s，可列表1。對某煤種燃燒的分析,當助燃空氣含氧率從 21%升高至 30%時,理論空氣量減少 30.0%,理論煙氣量減少 28.8%,損失減少 16.3%。據(jù)介紹,日本將 23%的富氧用于化鐵爐,節(jié)能高達 26.7%；美國在鑄造爐上使用23%-24%勺富氧，平均節(jié)能44%國內(nèi)的武漢鋼廠采用富氧，每年平均節(jié)省焦炭 42 萬噸。由此可見采用富氧燃燒的節(jié)能減排 效果是很明

4、顯的。2 富氧燃燒對粉塵排放的影響采用富氧燃燒后的一個主要變化是助燃氣體量的減少。對實際的燃燒設備來說，在確定的運行工況下，燃料消耗量一定時，提高助 燃空氣中的氧氣體積比值，即使只有百分之幾，根據(jù)表 1，燃燒所需的理論空氣量也會顯著減少。 從除塵角度來說， 在總塵量不變的情況 下，由于空氣量的減少導致煙氣量減少，煙氣中粉塵濃度增大，有利 于除塵收集，同時除塵設備的體積也可以相應減小。實際上采用富氧燃燒后，由于燃料燃燒更加完全，減少了以粉塵形式排放的碳粒等除塵器難以收集的可吸入顆粒物， 從源頭上大量 減少粉塵的產(chǎn)生和排放。3 富氧燃燒對二氧化硫排放的影響我國的能源資源條件決定了以煤為主的能源消費

5、結構，煤炭在能源、化工、冶金等行業(yè)消耗量巨大。但部分地區(qū)煤炭含硫量很高， 據(jù)資料介紹，川渝兩地的莢蓉、松藻、達竹、南桐、華鎣山等礦區(qū)的含硫量在 6%左右，重慶作為其煤炭的重要消費地，在 20 世紀 80年代曾出現(xiàn)酸雨頻率達到 80%，造成年損失 5 億的情況。傳統(tǒng)燃燒技術會產(chǎn)生大量難以經(jīng)濟回收的低濃度SO2煙氣，直接排到空氣中，會加劇酸雨污染。采用富氧強化燃燒，由于有效減少 了煙氣量，可以提高煙氣中S02濃度，有利于回收SO2因此，從減 少煙氣量和提高SO2濃度的角度來說，采用富氧燃燒是有益于環(huán)境的。另一方面，對于燃用含硫燃料的普通鍋爐來說，采用富氧燃燒的節(jié)能量很大，如本文前面所述，大都在 2

6、0%以上，因此減少含硫燃料的消耗量。由此可見，從減少燃燒含硫燃料的角度來講，采用富氧 燃燒也是有益于環(huán)境的。4 富氧燃燒對氮氧化物排放的影響煙氣中的氮氧化物一般是指 NO和N02統(tǒng)稱NOX燃燒過程中產(chǎn)生的NOX可以和空氣中的水蒸氣反應形成酸雨， 破壞環(huán)境。在居住 區(qū)，環(huán)境中的NO2濃度即使很低（10100ppb）,也會危害人體。鍋 爐大氣污染物排放標準 GBPB3-1999也對鍋爐的NOX非放進行了限制。對富氧燃燒而言，首先，由于其節(jié)能效果，在總體能源需求不變的條件下，燃料使用量會有明顯的減少，可以減少燃料型NOX的排 放。其次，由于煙氣量中含氧量上升，含氮量會有明顯下降。設空氣 中含氮量為

7、78%，含氧 21%，通過簡單的計算可得，富氧空氣氧含量為25%寸，助燃空氣中的N2濃度下降至74%降低5.1%;富氧空氣 氧含量為29%寸，助燃空氣中的N2濃度降至70%降低10.2%。同時 空氣總量減少，總N2會有大幅下降。從這個角度來看，含氧量的上 升有利于減排 NOX。但另一方面，由于富氧燃燒的煙氣含氮氣量少，由其帶走的熱量少，燃燒充分而劇烈， 火焰溫度會升高，如甲烷從空氣到純氧助燃， 火焰溫度會從2223K提高到3053K。這會導致氧氣和氮的化合加劇, 火焰中熱力型氮氧化物大量增加。據(jù)介紹，對于甲烷燃料來說，氧氣 濃度30%寸燃燒產(chǎn)生的NOX濃度是普通空氣燃燒的3倍，而氧氣濃度80%

8、寸產(chǎn)生的NOX濃度則為普通空氣燃燒的100倍，即使氧氣濃度達到99%寸燃燒產(chǎn)物中的NOX濃度也是普通空氣燃燒的7倍，而即使不 考慮過量空氣， 煙氣量最多只能降低為普通空氣燃燒的 1/4 左右。因 此從總體來看，采用富氧燃燒技術，排放的 NOX總量是成倍增加的。5 結論采用富氧燃燒技術可以提高生產(chǎn)率和減少碳排放，有利于煙氣除塵和減少二氧化硫的排放，但會明顯增加NOX的排放。因此在推廣 富氧燃燒技術的同時， 需要深入研究富氧燃燒時氮氧化物的產(chǎn)生機理， 尋找有效抑制措施，以達到經(jīng)濟和環(huán)境的雙贏。1 沈光林.膜法富氧的應用進展 J. 現(xiàn)代化 工,1997,12:10-12.2 黃飛，林向東.富氧燃燒分析J.電力情報,1999,3:43-44.3 劉慶才 , 陳淑榮. 富氧燃燒的主要環(huán)境影響因素概述 J. 節(jié) 能與環(huán)保， xx,5:26-28.4 胡周海 ,