富氧燃烧系统-无锡杭控科技有限公司

富氧燃烧系统

产品概述

燃烧是空气中的氧参与燃料氧化并同时发出光和热的过程。
富氧燃烧是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于空气中的氧浓度（根据实际情况可采用局部富氧和整体富氧），直至纯氧燃烧。
富氧燃烧对所有燃料（包括气体、液体和固体）和工业锅炉均适用，既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优良燃料的性能，广义上讲凡是用空气参与反应的均可用富氧代替。
富氧燃烧技术是在现有空气燃烧系统基础上，以高于空气氧气含量的含氧气体进行燃烧的技术，是一种高效的节能燃烧技术。富氧燃烧技术又称为空气分离/烟气再循环技术或氧燃料燃烧技术。采用烟气再循环的方式，使燃烧炉内CO2浓度提高。O2与烟气中CO2以一定比例混合，作为燃烧的氧化剂，使燃料燃烧可保持燃烧温度，并得到与空气燃烧方式一样的热能。

燃烧对比

富氧燃烧与空气燃烧对比
※ 氧气比例
富氧助燃技术因氮气量减少，空气量及烟气量均减少，火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热。
※ 燃烧安全
用富氧空气助燃后，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，同时由于温度提高了，将有利于燃烧反应完全。
※ 降低成本
富氧燃烧减少燃烧后的烟气量，减小窑炉体积。烟气量减少，采用纯氧燃烧时烟气量减少近80%，可以采用体积较小的窑炉和辅助设备，减少能耗及工程造价。

产品组成

富氧燃烧技术主要由3 个基本步骤组成：空气分离、O2/ CO2 燃烧和烟气压缩与脱水。

CO2 concentration: 95%
SO2 removal by limestone: 40%-90%
Thermal efficiency increase: 3%
NOx reduction: 30%-70%

CO2利用方式
1、EOR Enhanced Oil Recovery 应用较广。
2、BCBM Enhanced Coal Bed Methane 获取不可开采的煤层中的天然气。CBM应用广，而BCBM很少。
3、Ocean Storage 海洋是一个自然的碳汇，存储量巨大。但CO2深海储藏的技术还未完全掌握。
4、Deep Saline Aquifer 很有前景，储量丰富，靠近CO2产生地。但目前还未见大规模工程示范。

研究热点

热传递评价	在相同绝热火焰温度情况下，辐射换热增强，对流换热减弱，需要对锅炉部分改造或操作条件优化，保证满意的能量平衡。
焦炭燃尽率	高CO2气氛下，char-CO2反应。低温下（如400℃-900℃，）可忽略，因其反应速率远低于char-O2反应；高温下，碳粒边界层存在明显的CO产物。
着火特性与火焰稳定性	微重力设备中进行试验，保证煤粉均相布置，防止自然对流。CO2高热容，导致火焰传播速度慢，着火延迟，影响火焰稳定性。
气体排放控制	CO2，NOx，SO2，亚微米级飞灰颗粒，痕量元素。

气体排放控制	CO2：试验室试验，烟气中CO2浓度可达95%；中试试验，浓度为80%-92%。
	NOx：NOx排放较空气气氛下减少2/3以上：热力型NOx减少，循环烟气中NOx的还原。
	SO2：试验表明，排放量减少，浓度增大，S转化率91%→64%。
	亚微米级颗粒：难熔氧化物气化，导致数量明显增加；高浓度CO2改变氧化物中CO/CO2比例，影响气化。
	痕量元素：气相中，汞、硒、砷含量较空气下高。

研究进展

富氧燃烧的概念在1981年由Home和Steinburg提出，并得到实验室的验证。研究表明常规锅炉进行适当的改造即可采用此技术。
随着人们对全球气候变化与温室效应的认识，这项技术的研究与应用也得到了重视和发展。

应用与优势

（1）燃烧效率高：锅炉效率也提高了。
（2）燃烧产物中CO2的含量将达到95%左右，回收的费用更低。
（3）在液化处理以CO2为主的烟气时，SO2同时也被液化回收，可省去烟气脱硫设备。
（4）在O2/CO2的气氛下，SOx、NOx的生成将会减少，如果再结合低NOx燃烧技术，则有可能不用或少用脱氮设备。
（5）采用O2/CO2燃烧技术减少了烟气量，简化了烟气处理系统。燃烧温度可以由再循环的烟气量来控制。

瓶颈问题

（1）氧气的生产设备以及CO2压缩设备增加了电耗。
（2）空气分离产生的大量副产品氮气还需要找到合适的处理利用途径。
（3）循环烟气中CO2的比热容较空气高且水蒸汽的含量也高，使燃烧推迟，需要对燃烧器进行改进研究。
（4）其他待研究的内容（如灰渣、换热、除尘）。

节能机理

1、提高火焰温度
常规燃烧中的空气中仅有21%的氧气参与燃烧过程，而近79%的氮气不仅不参与燃烧而且还严重阻碍燃烧的进行。一是会严重阻碍燃料和氧气分子之间的接触碰撞的机会，使燃烧速率降低；二是氮气还会在高温的条件下与氧气发生化合反应吸收大量的热量并从燃烧反应中吸收热量，降低理论燃烧温度，作为烟气排出，造成能源浪费。

城市煤气理论火焰温度与氧浓度关系图

不同燃料及富氧率燃烧温度估算对比

富氧率 %	理论空气需要量 Nm³/kg	理论空气生成量 Nm³/kg	理论量热计温度 ℃
标准空气	5.573/4.472	6.046/5.166	2067/1935
23%富氧率	5.088/4.083	5.520/4.717	2264/2120
25%富氧率	4.681/3.757	5.079/4.340	2461/2304
27%富氧率	4.334/3.478	4.703/4.018	2658/2488

2、加快燃烧速度，促进煤粉燃烧完全
同一种燃料在空气和纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在空气中的层流火焰传播速度大至280 cm/s，在纯氧中则为1175cm/s，是在空气中的4.2倍，天然气则高达10.7倍；释放出同样的热量，燃烧速度快的燃料（如乙块）其火焰小而密实，而燃烧速度慢的燃料（如天然气）其火焰是大火焰层。燃烧燃烧速度加快的原因，基本上都是由于加入氧气后火焰温度得到了提高。

燃料种类	空气（cm/s）	氧气（cm/s）
氢气	250-360	890-1190
天然气	33-44	325-480
丙烷	40-47	360-400
丁烷	37-46	335-390
乙烷	110-180	950-1280

3、降低过量空气系数，减少燃烧后烟气量

使用含氧量为27%的富氧空气燃烧与氧浓度为21%的空气燃烧比较，过量空气系数α=1时，则烟气体积减少20%，排烟热损失也相应减少而节能。
烟气量的减少会提高CO2、SO2、NOX等气体的体积浓度，这就有利于它们的回收利用，减少它们对环境的污染。
富氧条件下排烟损失的变化

项目	正常大气	富氧23%	富氧25%	富氧27%	富氧29%	富氧30%
排烟损失 q2 △q2	7.1491 ±0	6.5994 -0.5497	6.1377 -1.0114	5.7444 -1.4047	5.4054 -1.7437	5.2528 -1.8963

4、降低燃料燃点温度，燃尽时间降低
燃料的燃点温度随燃烧条件变化而变化。燃料的燃点温度不是一个常数。
几种气体燃料的燃点温度 ℃

燃料	空气（21% O2）	氧气（100% O2）
氢气	572	560
天然气	632	556
丙烷	493	468
丁烷	408	283
一氧化碳	609	388

如市政垃圾的燃点很高，普通空气助燃下不易燃烧。将富氧燃烧技术应用于垃圾焚烧炉中，能收到可观的经济和环保效益。

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