富氧燃燒課件

富氧燃燒概況

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概念和分類

?富氧燃燒即采用比空氣中含氧量高的空氣來(lái)進(jìn)行助燃的技術(shù)

微富氧燃燒（空氣增氧燃燒）

氧氣噴槍（吹氧燃燒）

?富氧燃燒

純氧燃燒（全氧燃燒）

空-氧燃燒（空氣-氧氣雙助燃劑燃燒）

富氧燃燒概況

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概念和分類

?微富氧燃燒

微富氧燃燒是直接將氧氣和空氣先混合，使之呈現(xiàn)微富氧狀態(tài)，之后再送入爐膛燃燒。

這是一種低濃度富氧的方法，一般常規(guī)空氣助燃燃燒器都能適用,具有花費(fèi)較少成本即擁有富氧燃燒特性的優(yōu)點(diǎn)。

為確保充分混合，O2經(jīng)散流器注入到助燃空氣中，這樣可以縮短火焰長(zhǎng)度并強(qiáng)化燃燒。但如果增氧過(guò)多，火焰長(zhǎng)度會(huì)變得過(guò)短，溫度升高后的火焰可能會(huì)損壞燃燒器或燒嘴磚。

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概念和分類

?氧氣噴槍

利用氧氣噴槍在燃燒室內(nèi)局部注入氧氣。

這也是一種低濃度的富氧燃燒方法。特點(diǎn)是不必改造現(xiàn)有空氣助燃系統(tǒng)，屬于分段燃燒的一種形式，能降低氮氧化物排放。

向火焰和物料之間吹氧能使火焰向物料方向靠近，有提高傳熱率，減少燃燒器、燒嘴磚以及燃燒室耐火材料過(guò)熱的可能性。應(yīng)用時(shí)通常采用從火焰下方吹入氧氣。

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概念和分類

?純氧燃燒

高純氧氣替代助燃空氣。全氧燃燒器內(nèi)部氧氣和燃料不進(jìn)行混合，而是采用噴嘴混合燃燒器形式產(chǎn)生擴(kuò)散火焰。因?yàn)榧冄蹙哂袠O高的反應(yīng)性，氧氣／燃?xì)忸A(yù)混會(huì)有爆炸的可能性，不預(yù)混是出于安全的考慮。全氧燃燒強(qiáng)化加熱的能力最高，但運(yùn)行成本也最高。

富氧燃燒概況

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概念和分類

?空-氧燃燒

空氣一氧氣雙助燃劑燃燒是分別由兩個(gè)不同的管道通過(guò)燃燒器射入空氣和氧氣。實(shí)際上它是空氣增氧法的一種變化形式，相當(dāng)于在常規(guī)燃燒器上增加一個(gè)全氧燃燒器。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是比微富氧燃燒和吹氧氣噴槍使用更高濃度的氧氣，得到更高的效益，運(yùn)行費(fèi)用低于全氧燃燒，火焰形狀和熱釋放可以通過(guò)控制氧氣量調(diào)節(jié)，改造費(fèi)用也不高。

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特點(diǎn)

1減少燃燒后的排氣量

用普通空氣助燃,約4/5的氮?dú)獠坏粎⒂谥?還要帶走大量的熱量。如用富氧助燃,氮?dú)饬恳獪p少,故燃燒后的排氣量亦減少,從而減少排煙損失

2提高火焰溫度

火焰溫度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高，但富氧濃度不宜過(guò)高,研究均表明,富氧濃度在28%左右時(shí)為最佳,因?yàn)檠鯘舛容^高時(shí),火焰溫度增加較少,而制氧投資等費(fèi)用猛增。

3加快燃燒速度

燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大。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,從而從根本上消除污染。

4降低污染排放

由于富氧燃燒煙氣量減少，可降低包含CO、CO2等污染物的排放總量。同時(shí)使燃燒廢氣中的CO、CO2、SOx、NOx濃度增加，可使CO2捕捉、排煙脫硝等廢氣處理更有效率。

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富氧制備

?低溫精餾法（也稱為深冷法）

——適用于高氧濃度和較大規(guī)模

?變壓吸附法(PressureSwingAdsorption，簡(jiǎn)稱PSA)——適用于中等氧濃度(60%~93%)和中小規(guī)模

?薄膜滲透法(MembraneSeparation，簡(jiǎn)稱MS)

——氧氣濃度小于40%,富氧空氣流量小于6000Nm3/h

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富氧制備

3.1低溫精餾法

深冷法是是先將空氣壓縮、冷卻,并使空氣液化,利用氧、氮組分的沸點(diǎn)的不同(在大氣壓下氧沸點(diǎn)為90K,氮沸點(diǎn)為77K),在精餾塔板上使氣、液接觸,進(jìn)行質(zhì)、熱交換,高沸點(diǎn)的氧組分不斷從蒸氣中冷凝成液體,低沸點(diǎn)的氮組分不斷地轉(zhuǎn)入蒸氣之中,使上升的蒸氣中含氮量不斷地提高,而下流液體中氧量越來(lái)越高,從而使氧、氮分離,這就是空氣精餾。此法無(wú)論是空氣液化或是精餾,都是在120K以下的溫度條件下進(jìn)行的,故又稱為低溫法空氣分離。

3.2變壓吸附法

利用沸石分子篩對(duì)氮的吸附親和力高于對(duì)氧的吸附親和力,分離氧氣、氮?dú)?利用氧氣在碳分子微孔系統(tǒng)狹窄空隙中的擴(kuò)散速度大于氮?dú)獾臄U(kuò)散速度,在遠(yuǎn)離平衡條件下分離氧、氮。

變壓吸附法制氧、氮是在常溫下進(jìn)行的,工藝過(guò)程有加壓吸附,常壓解吸;常壓吸附,真空解吸。吸附劑對(duì)氣體的吸附量隨著壓力的升高而增加,隨著壓力的降低而減少,在降低壓力的過(guò)程中,放出被吸附的氣體,使吸附劑再生。

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富氧制備

3.3薄膜滲透法

氣體膜分離是利用有些金屬或具有特殊選擇分離的有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)材料,制成不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的膜,在一定驅(qū)動(dòng)力下(如溫度、壓力差等),使雙元或多元組分透過(guò)膜的速率不同而達(dá)到氣體分離的目的。

其機(jī)理是:(1)膜與氣體接觸,氣體向膜表面溶解;(2)因氣體溶解產(chǎn)生了濃度梯度,使氣體在膜中向前擴(kuò)散;(3)氣體達(dá)到膜的另一面,并且膜中氣體濃度已處在穩(wěn)定狀態(tài),氣體則由另一膜面脫附出去。

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發(fā)展現(xiàn)狀

富氧燃燒技術(shù)于20世紀(jì)80年代首先提出時(shí)，主要是運(yùn)用在冶金、玻璃制備等工業(yè)鍋爐上，隨著氧氣制備技術(shù)日趨成熟，富氧燃燒技術(shù)也隨之發(fā)展很快。

加拿大能源技術(shù)中心于1994年建成了一個(gè)0.3MW的煤粉爐富氧燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)，用于煤粉燃燒的火焰、傳熱與污染物的排放等特性研究。

日本石川島播磨公司在100MW示范電站中使用了富氧燃燒技術(shù)，該系統(tǒng)還采用了排煙熱交換器，試驗(yàn)結(jié)果顯示脫硝和脫硫效率分別達(dá)到了70%和90%以上，占地面積也只有原來(lái)的約50%。

德國(guó)勃蘭登堡州的斯普萊貝格試驗(yàn)電廠是全球首個(gè)演示富氧燃燒技術(shù)捕捉和儲(chǔ)存二氧化碳的試驗(yàn)電廠。這個(gè)由阿爾斯通提供富氧燃燒鍋爐技術(shù)的30MW粉煤示范電廠，配備了從氧氣生產(chǎn)一直到二氧化碳提純與壓縮在內(nèi)的完整富氧燃燒鏈所需的全部組件。2008年9月9日，試驗(yàn)電廠正式投產(chǎn)。

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應(yīng)用

金屬冶煉

玻璃窯爐

富氧燃燒

電站鍋爐

發(fā)動(dòng)機(jī)

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應(yīng)用

5.1金屬冶煉

目前世界富氧消耗中,鋼鐵占50%以上,各個(gè)大型鋼鐵廠基本上采用了富氧鼓風(fēng)?，F(xiàn)代的鋼、鐵聯(lián)合企業(yè)都自建有配套的氧氣廠,富氧鼓風(fēng)可以增大生產(chǎn)能力,降低熱消耗水平,提高高爐煤氣質(zhì)量。

在有色金屬冶煉過(guò)程中采用富氧空氣代替普通空氣助燃,是強(qiáng)化生產(chǎn)、降低能耗、治理環(huán)境污染、提高技術(shù)水平和增加經(jīng)濟(jì)效益的重大技術(shù)措施。目前國(guó)內(nèi)外在改造老冶煉廠的傳統(tǒng)工藝和開發(fā)新工藝方面都普遍利用到富氧技術(shù)。美國(guó)早在1984年將膜法富氧技術(shù)用于銅煅燒爐,節(jié)能率大于30%。國(guó)內(nèi)于1980年首次在白銀有色金屬公司冶煉廠使用了富氧技術(shù),達(dá)到了節(jié)約能源、強(qiáng)化熔煉和根治污染的目的,使我國(guó)冰銅生產(chǎn)工藝的富氧熔煉獲得完全成功。

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應(yīng)用

5.1金屬冶煉

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應(yīng)用

5.2玻璃窯爐

首先是日本先后有近20家公司推出富氧裝置。通過(guò)在在氣、油、煤為燃料的不同場(chǎng)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。用富氧助燃后,煙塵排放全部達(dá)標(biāo)。

在德國(guó)一座馬蹄型蓄爐上用27%的富氧試驗(yàn),使熔化率增加56.2%，能耗則下降20%,而熔化溫度提高了100度,環(huán)境污染明顯改善。

美國(guó)一玻璃廠僅用23%的富氧助燃,產(chǎn)量增加12.3%,節(jié)能約9%,且成品率提高3%-10%，煙塵排放大大減少。

前蘇聯(lián)、英國(guó)、法國(guó)、捷克等均有應(yīng)用富氧來(lái)節(jié)能和根治污染的報(bào)道。

中國(guó)在1989年由中科院大連物理化學(xué)研究所和北京玻璃集團(tuán)合作,開發(fā)出“局部增氧”和“梯度燃燒”等高新技術(shù)應(yīng)用于玻璃窯爐。玻璃質(zhì)量以及利用率均有明顯的提高,又延長(zhǎng)了池爐的壽命,改善了火焰結(jié)構(gòu),減少了煙塵排放量,節(jié)能、增產(chǎn)和環(huán)保效益顯著。

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應(yīng)用

5.3發(fā)動(dòng)機(jī)

增加內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣中的氧氣濃度，提高燃料混合氣形成的質(zhì)量，是加速燃燒、使燃燒完全進(jìn)而提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。

為探索膜法富氧技術(shù)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的可能性，進(jìn)行了增氧后的性能試驗(yàn)。初步結(jié)果表明①油耗下降,特別是高負(fù)荷時(shí)最明顯,一般油耗下降4%-7%；②煙度大大降低，黑煙幾乎消失；③超負(fù)荷能力大增,當(dāng)在2000轉(zhuǎn)/分和25%的富氧時(shí),最大功率從8.8KW增加到11.06k