徐州燃烧控制研究院有限公司
随着全球经济的飞速发展，燃料的价格不断提高，工业炉窑的燃料成本不断增加，使企业的生产压力不断加大。尤其在钢厂、玻璃厂等企业，燃料成本的提高使得行业的经济效益受到了极大的影响。为了在激烈的市场竞争中能够良好的生存和发展，有效的控制生产成本，工业炉窑迫切需要一种燃烧节能的技术，以保证经济效益的获得。富氧燃烧技术自产生以来，其优势特点受到了工业领域得广泛关注，随着技术的不断发展，在航空和船舶领域也开始应用了富氧燃烧技术。
1、富氧燃烧技术概述
1.1 富氧燃烧技术的概念
所谓富氧燃烧技术指的是为燃烧用的空气中的含氧量超过20.94%的燃烧。燃烧离不开空气，空气中含氧量的提高使空气中的惰性气体相应的减少，在理论上燃烧的温度有所提高。因为空气中氧气量得增加使得燃烧产生的排烟量有所减少，相应的排烟带来的热损失也有所减少，这样不仅提高了燃烧的温度，也起到了节能减排的作用，达到环境保护的目的。
1.2 富氧燃烧技术的应用
在美国和日本，工艺富氧燃烧技术的发展已经比较成熟，在航空发动机和船舶燃烧系统中也有了富氧燃烧技术的应用。国外的工业炉窑大部分都有了富氧燃烧系统的装配，同时在化学领域、石油领域都有富氧燃烧系统的应用，并其都取得了明显的成效。在我国，富氧燃烧技术已经在炼铁高炉、玻璃熔炉、加热炉上有了成功的应用。富氧燃烧技术在工业炉窑的应用不断趋于成熟。在我国的玻璃炉窑中利用氧膜技术和空分法进行氧气的制备使其为富氧燃烧发挥助燃作用，取得了显著的助燃效果。富氧空气的浓度通常在33%以下，富氧空气的放空量整合与氧浓度的要求相适应。当含氧量达到25%时，玻璃拉引量能够提高10%左右，可节省15%左右的燃料供给。
2、富氧燃烧技术应用关键问题
2.1 富氧气体的收集
富氧燃烧技术利用富氧气体收集系统来进行富氧气体的收集，并且这种气体收集系统对于正常生产不会产生任何的影响，对玻璃厂的炉窑应用尤为适合。但是在应用富氧收集系统时候要充分考虑到常去的工艺配置，管道线路等问题，根据实际应用需要设计合适的气体收集装置。
炉窑应用富氧燃烧技术，富氧方式主要分为两种：一种是常规富氧，也就是在燃烧器入口将氧气加入到空气流中，以提高供给燃烧空气中的氧气浓度。采用此种方法最高可提高30%的氧气浓度。此种富氧方式在很多炉窑中都可使用，如：加热炉、均热炉等，且火焰变化均匀，使用效果显著。燃烧口氧气加入的空气流可根据需要进行合理的设计，但是要注意空气主管和氧气管要有合适的夹角，这根据实际的用氧要求来进行具体的设计。另一种是直接向火焰喷射的富氧方式，也就是通过喷枪将氧气直接向火焰上喷射，喷枪可以是贯穿于燃烧器的，也可以是位于燃烧器下方。采用此种方式可直接对炉料进行加入，减小对耐火材料的腐蚀作用。
2.2 富氧气体浓度控制
理论认为富氧气体浓度同燃烧是呈正比例关系的，也就是说浓度越高，燃烧越充分，相应的燃烧温度越高，那么获得的节能效果越明显。实际上富氧气体的浓度与节能的效果是呈非线性的关系的。富氧气体的浓度过高，就使燃烧的火焰变小，这对玻璃炉对玻璃的融化效果是有负面影响的。另外富氧气体的浓度过高，也会造成富氧气体流量的浪费，因此，对富氧气体采用空气进行稀释，是富氧气体达到燃烧需要的恰当的浓度，并且恰当控制流量，避免资源浪费。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆需要注意的是，对富氧气体采用空气稀释的方式来控制浓度时一定要注意均匀的混合，这样才能保证混合后的气体在燃烧的过程中火焰燃烧稳定，避免对烧砖嘴和胸墙的烧噬损坏。
2.3 富氧时降低NO的方法
当空气中氧浓度增高后，火焰温度升高，NO量迅速增加。随着富氧程度的增加，达到峰值后，氮浓度开始降低，NO的生成与氮浓度的关系为正比例关系。为了有效的降低富氧燃烧时产生的NO量，可采用DOC低NO燃烧嘴。此种燃烧嘴分别将燃料和氧气向炉内喷入，氧气与炉气迅速混合形成高温低氧炉气与燃料发生反应产生较低的火焰温度。因为DOC燃烧嘴采用纯氧助燃，没有氮的参与，达到了对过量氧气、氮、温度的同步控制，有效减少了NO的生成。另外还可通过将富氧燃烧技术结合烟气回流技术来降低火焰温度，达到降低NO生成的目的。
3、富氧燃烧技术应用的重要条件
首先需要考虑的是经济条件：在应用富氧燃烧技术时，加热能力不足会直接对生成造成影响，另外要保证充足的氧气来源，控制氧气的经济成本。其次是安全条件：要应用富氧燃烧技术必须有足够的氧压，比较助燃风压而言，氧气压力必须大于风压，虽然有保护措施的辅助，但是对氧压必须进行严格的控制。还要保持适度的风压和风量，以防止回火的现象产生。同时，合理控制助燃空气和纯氧量的比例，不能超过纯氧量的最高限度。当氧气供应不足时，空气助燃能够马上恢复，以保证生产的顺利进行。
3.1节能
高的烟气余热回收率，大大提高了燃料的节约率。在一定的氧浓度下，高的助燃空气温度保证了燃料的迅速燃烧。由于在HTAC条件下，随着助燃空气温度的升高及氧浓度的降低，火焰体积增大，甚至充满整个炉膛，再加上炉内烟气的回流，使得燃料与助燃空气在炉内得到很好的混合，在过量空气系数接近1的情况下也能实现完全燃烧，在完全燃烧的前提下，空气过量系数越小，节能效果越显著。
由于辐射换热能力的加强，换热效率的提高，可相对减少换热面积，缩小炉膛尺寸，节约设备资源。炉膛尺寸的缩小减少了散热面积，使得炉膛散热损失减少，相应地提高了燃料的热利用率。
3.2环保
HTAC使NOX生成减少。由于节能率大大提高，生产等量产品所耗燃料量减少，生成CO2量就减少，大大降低了CO2的排放量。
由于燃烧不是在烧嘴内进行，而是在整个炉膛内进行，且在低氧条件下化学反应速度得以延缓，从而降低了噪音污染。
4、结论
富氧燃烧技术在工业炉窑中的应用，提高了助燃空气中的含氧量，减少了氮含量，从而减少了NO的排放，不仅有效的节省了生产成本，提高了生产效率，增加了生产产量，而且达到了节能减排的目的，对生产企业来说可谓是一举多得。随着制氧技术的不断发展，新的高效的制氧设备的开发，氧气的成本也会随之逐渐降低，这对企业的氧气成本控制是极为有利的。企业要在激烈的市场竞争中持续的发展，就要对新技术加大研究和开发力度，发展富氧燃烧技术，使其为企业的生产和环境保护更好的发挥作用。
参考文献
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[3]陈锦泉.武钢均热炉实现富氧烧钢的节能机理[J].武钢技术，2012（9）
论文作者:郭祖会
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第2期
论文发表时间:2019/7/18
标签：氧气论文; 浓度论文; 技术论文; 助燃论文; 空气论文; 燃料论文; 火焰论文; 《科技尚品》2019年第2期论文;