富氧燃烧变压吸附制氧设备

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富氧助燃技术的节能与环保效应技术分析

    通常空气中的氧的体积含量为20.93 ％、氮为78.1％及少量的惰性气体等，真正参与燃烧的氧只占空气总量1/5 左右，而占空气总量约4/5 的氮和其他惰性气体非但不助燃，反而将随着燃烧的进行带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93％的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧将具有明显的节能与环保效应。

    节能率与富氧空气中氧的含量成正比，即在同一燃烧温度下，浓度越高，燃烧越完全，排烟黑度越低，节能和环保效果越好。但是，当氧的浓度达到60％左右时，节能的效果增加较小；另外，在同一含氧浓度下，燃烧温度越高，节能效果越好。因此，在需要燃烧温度较高的陶瓷窑炉中采用富氧助燃，其节能效果会更好。 

    炉温越高，应用富氧助燃技术的节能效果越明显。炉温在1600℃时，用含氧23％的富氧空气助燃，可节能25％。下面结合陶瓷炉窑中富氧空气参与助燃的实际情况，简单分析其节能的机理。

1.1 提高燃烧区的火焰温度和降低排烟黑度

  热的传递一般通过辐射、传导和对流三种方式进行。这三种传递方式哪一种作用最大取决于下列因素：一是火焰类型和形状；二是加入的空气中氧的含量；三是陶瓷窑炉周围情况等。由于热传递速率与温度的四次方成正比，所以提高燃烧温度将会大大增加热辐射。富氧空气参与助燃会提高火焰温度从而增加传导、对流和辐射三种形式的热传递，进而提高了物料的烧成速度，促使燃烧完全，减少排烟黑度。

火焰温度随着燃烧空气中氧的比例增加的变化情况如图3 所示。从图中可以得出以下几点：①火焰温度随着氧浓度的提高而提高。②随着富氧空气浓度逐渐提高，火焰温度增加的幅度下减，在绝热状态下，空气含量从23％增加到25％时，火焰温度增加了100℃；空气含氧量从25％增加到27％时，同样是增加2％的含氧量，但火焰温度只增加了约30℃。因此为了有效利用富氧空气，其浓度不宜选高。③空气过剩系数m 不宜过大，否则同样浓度的富氧空气助燃，火焰温度较低。通常在组织燃烧时，一般把空气过剩系数大都控制在1.05 ～ 1.1，以获得较高的火焰温度，又能完全燃烧。

1.2 加快燃烧速度，促使燃烧完全

    要使燃料达到完全燃烧，必须使燃料与空气混合均匀或充分接触，富氧空气参与助燃后，不仅使火焰变短，提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时，温度提高了，将有利于燃烧反应完全。

1.3 降低燃料的燃点温度和燃尽温度

    燃料的燃点温度不是一个常数，它的高低和燃烧条件有关、受热速度、空气用量、周围温度等因素密切相关。富氧空气参与助燃，将有利于降低燃料的燃点温度，而且能减少火焰尺寸，并增加单位体积的热释放量，使燃烧条件得到很大的改善，火焰强度得到提高。

1.4 减少燃烧后的排气量

    通常的燃烧过程中只有占总量1/5 的氧参与燃烧，而其余约占4/5 的氮气非但不能助燃，还将随着燃烧的进行带走大量的热量，排出废气的容积比（以含氧21％的常规空气，m=1.0 时和理论空气量下燃烧的排气量作为1 计算的）与燃烧空气中氧浓度（％）的关系如图4 所示

从图中可以看出，随着空气中含氧量增加，排气量逐渐减少，以含氧量27％的富氧空气与含氧量21％的普通空气燃烧比较，在m ＝ 1.0 时的排气体积减少约22％。排烟黑度也明显下降，有利于根治污染。

1.5 增加热量的利用率

    富氧助燃对热量的利用率会有提高。图5 为加热温度与热量利用率的关系。

用通常空气（含氧21％）燃烧，加热温度为1300℃时，其可利用的热量

Q1 为42％，而用含氧26％的富氧空气燃烧时，可利用热量Q2 为56％，增加14％，而且随加热温度提高及富氧浓度的提高，所增加比例就越大，有的可能增加33％，因此节能效果越好。

1.6 降低空气过剩系数

    富氧助燃，可降低空气过剩系数，从而达到节能的目的。从图6 和图7 可以看出，空气过剩系数越大，则燃料消耗增加率就越高。当m=1.1 时，燃料只增加4％。当m=1.4 时，则燃料增加率为18％（图6）。陶瓷窑炉中，随m 的增加，可利用的热量在减少，而且加热温度越高，热量的损失就越大（图7）

陶瓷窑富氧燃烧需要的氧气的浓度要求不高，而且实际需要富氧的量并不大，已有实验表明，在陶瓷窑炉鼓入混合27％左右富氧空气时，其助燃节能效果最佳。