富氧助燃技術(shù)的節(jié)能與環(huán)保效應(yīng)技術(shù)分析

    通?？諝庵械难醯捏w積含量為20.93 ％、氮為78.1％及少量的惰性氣體等，真正參與燃燒的氧只占空氣總量1/5 左右，而占空氣總量約4/5 的氮和其他惰性氣體非但不助燃，反而將隨著燃燒的進(jìn)行帶走大量的熱能。人們把含氧量大于20.93％的空氣叫做富氧空氣。富氧空氣參與燃燒將具有明顯的節(jié)能與環(huán)保效應(yīng)。

    節(jié)能率與富氧空氣中氧的含量成正比，即在同一燃燒溫度下，濃度越高，燃燒越完全，排煙黑度越低，節(jié)能和環(huán)保效果越好。但是，當(dāng)氧的濃度達(dá)到60％左右時(shí)，節(jié)能的效果增加較??；另外，在同一含氧濃度下，燃燒溫度越高，節(jié)能效果越好。因此，在需要燃燒溫度較高的陶瓷窯爐中采用富氧助燃，其節(jié)能效果會更好。 

    爐溫越高，應(yīng)用富氧助燃技術(shù)的節(jié)能效果越明顯。爐溫在1600℃時(shí)，用含氧23％的富氧空氣助燃，可節(jié)能25％。下面結(jié)合陶瓷爐窯中富氧空氣參與助燃的實(shí)際情況，簡單分析其節(jié)能的機(jī)理。

1.1 提高燃燒區(qū)的火焰溫度和降低排煙黑度

  熱的傳遞一般通過輻射、傳導(dǎo)和對流三種方式進(jìn)行。這三種傳遞方式哪一種作用最大取決于下列因素：一是火焰類型和形狀；二是加入的空氣中氧的含量；三是陶瓷窯爐周圍情況等。由于熱傳遞速率與溫度的四次方成正比，所以提高燃燒溫度將會大大增加熱輻射。富氧空氣參與助燃會提高火焰溫度從而增加傳導(dǎo)、對流和輻射三種形式的熱傳遞，進(jìn)而提高了物料的燒成速度，促使燃燒完全，減少排煙黑度。

火焰溫度隨著燃燒空氣中氧的比例增加的變化情況如圖3 所示。從圖中可以得出以下幾點(diǎn)：①火焰溫度隨著氧濃度的提高而提高。②隨著富氧空氣濃度逐漸提高，火焰溫度增加的幅度下減，在絕熱狀態(tài)下，空氣含量從23％增加到25％時(shí)，火焰溫度增加了100℃；空氣含氧量從25％增加到27％時(shí)，同樣是增加2％的含氧量，但火焰溫度只增加了約30℃。因此為了有效利用富氧空氣，其濃度不宜選高。③空氣過剩系數(shù)m 不宜過大，否則同樣濃度的富氧空氣助燃，火焰溫度較低。通常在組織燃燒時(shí)，一般把空氣過剩系數(shù)大都控制在1.05 ～ 1.1，以獲得較高的火焰溫度，又能完全燃燒。

1.2 加快燃燒速度，促使燃燒完全

    要使燃料達(dá)到完全燃燒，必須使燃料與空氣混合均勻或充分接觸，富氧空氣參與助燃后，不僅使火焰變短，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)，溫度提高了，將有利于燃燒反應(yīng)完全。

1.3 降低燃料的燃點(diǎn)溫度和燃盡溫度

    燃料的燃點(diǎn)溫度不是一個(gè)常數(shù)，它的高低和燃燒條件有關(guān)、受熱速度、空氣用量、周圍溫度等因素密切相關(guān)。富氧空氣參與助燃，將有利于降低燃料的燃點(diǎn)溫度，而且能減少火焰尺寸，并增加單位體積的熱釋放量，使燃燒條件得到很大的改善，火焰強(qiáng)度得到提高。

1.4 減少燃燒后的排氣量

    通常的燃燒過程中只有占總量1/5 的氧參與燃燒，而其余約占4/5 的氮?dú)夥堑荒苤?，還將隨著燃燒的進(jìn)行帶走大量的熱量，排出廢氣的容積比（以含氧21％的常規(guī)空氣，m=1.0 時(shí)和理論空氣量下燃燒的排氣量作為1 計(jì)算的）與燃燒空氣中氧濃度（％）的關(guān)系如圖4 所示

從圖中可以看出，隨著空氣中含氧量增加，排氣量逐漸減少，以含氧量27％的富氧空氣與含氧量21％的普通空氣燃燒比較，在m ＝ 1.0 時(shí)的排氣體積減少約22％。排煙黑度也明顯下降，有利于根治污染。

1.5 增加熱量的利用率

    富氧助燃對熱量的利用率會有提高。圖5 為加熱溫度與熱量利用率的關(guān)系。

用通?？諝猓ê?span lang="EN-US">21％）燃燒，加熱溫度為1300℃時(shí)，其可利用的熱量

Q1 為42％，而用含氧26％的富氧空氣燃燒時(shí)，可利用熱量Q2 為56％，增加14％，而且隨加熱溫度提高及富氧濃度的提高，所增加比例就越大，有的可能增加33％，因此節(jié)能效果越好。

1.6 降低空氣過剩系數(shù)

    富氧助燃，可降低空氣過剩系數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。從圖6 和圖7 可以看出，空氣過剩系數(shù)越大，則燃料消耗增加率就越高。當(dāng)m=1.1 時(shí)，燃料只增加4％。當(dāng)m=1.4 時(shí)，則燃料增加率為18％（圖6）。陶瓷窯爐中，隨m 的增加，可利用的熱量在減少，而且加熱溫度越高，熱量的損失就越大（圖7）

陶瓷窯富氧燃燒需要的氧氣的濃度要求不高，而且實(shí)際需要富氧的量并不大，已有實(shí)驗(yàn)表明，在陶瓷窯爐鼓入混合27％左右富氧空氣時(shí)，其助燃節(jié)能效果最佳。