高玉麗

（天津城市建設管理職業(yè)技術(shù)學院，天津 300134）

社會的發(fā)展加大了人們對資源、能源的需求。燃燒是人們從能源中獲取能量的重要手段，但是在大量燃燒和利用各類資源、能源的過程中不可避免地產(chǎn)生了大量的溫室氣體和酸性氣體，嚴重危害了環(huán)境和人們的身體健康，不利于社會的穩(wěn)定發(fā)展。為此，在工業(yè)化發(fā)展進程加快的今天，怎樣在提升資源、能源利用率的同時又減少資源、能源燃燒所帶來的環(huán)境污染問題成為相關(guān)人員需要思考和解決的問題。

富氧燃燒技術(shù)是當前常見的燃燒節(jié)能技術(shù)形式，將其應用到工業(yè)鍋爐中不僅能夠降低燃料的燃點，提升燃料的燃燒速度，而且還能夠有效地提升鍋爐的熱效率，減少燃燒后的煙氣排放量。高溫燃燒技術(shù)在保證燃燒效率不降低的同時，還能有效提高總體燃燒熱強度，使采用這種燃燒方式的燃燒設備的尺寸比常規(guī)燃燒設備的尺寸小。從而提高了經(jīng)濟效益。為此，文章結(jié)合實際情況就富氧燃燒技術(shù)和高溫燃燒技術(shù)在鍋爐中的應用問題進行探究。

1 鍋爐富氧燃燒技術(shù)的節(jié)能減排特性

1.1 原理

富氧燃燒技術(shù)的原理主要是指在空氣中氧氣含量較高的情況下，借助空氣中的高濃度氧氣來助燃。在富氧助燃的過程中，空氣中的氧氣分子往往會顯示出異常活躍的狀態(tài)，從而能夠確保燃料分子與氧氣分子的接觸釋放出更多的熱量。

富氧燃燒技術(shù)在玻璃工業(yè)、冶金工業(yè)及熱能工程領(lǐng)域均有應用。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，被人們廣泛地應用到鍋爐中。鍋爐富氧燃燒技術(shù)主要是指通過富氧燃燒器將純氧引入到燃煤發(fā)電鍋爐的煤粉燃燒過程。

1.2 節(jié)能減排特性

（1）從理論上提升鍋爐的燃燒溫度。燃燒在本質(zhì)上是燃料和空氣中的氧氣進行的一種發(fā)光發(fā)熱的氧化過程。氧氣濃度的增加和燃燒速率會表現(xiàn)出一種正相關(guān)的關(guān)系。因而在燃燒條件不發(fā)生變化的情況下，燃燒溫度和之前相比也會出現(xiàn)明顯的升高。

（2）強化鍋爐內(nèi)部的輻射換熱。熱傳遞的基本形式包含熱輻射、熱對流、熱傳導，工業(yè)鍋爐燃燒的熱傳遞方式主要是熱輻射，在輻射理論的支持下，氣體的輻射力和氣體的黑度、溫度四次方成正比。在富氧燃燒的過程中煙氣中的某些氣體會不斷增加，伴隨而來的是較大的煙氣濃度和較高的火焰溫度。在這種情況下煙氣與熱媒之間的換熱強度增加，從而縮短了加熱時間或減少了爐內(nèi)換熱面積。

（3）降低過量空氣系數(shù)，減少煙氣排放量。應用富氧替代空氣助燃能夠在一定程度上降低過量空氣系數(shù)，減少排煙體積。按照理論計算，空氣中伴隨著氧氣含量的增加，燃燒后產(chǎn)生的理論煙氣量就會減少，從而降低了排煙熱損失，使鍋爐燃燒的環(huán)保節(jié)能效果得到提升。

（4）降低機組煤炭資源的消耗。富氧燃燒技術(shù)借助高濃度的氧氣和燃料進行混合燃燒，在燃燒的過程中會產(chǎn)生高溫火焰。在高溫火焰的作用下提前引燃富氧燃燒器內(nèi)部的一次風煤粉，使得煤粉的噴射口始終處于著火燃燒的狀態(tài)，在燃料燃燒的過程中提前釋放熱量，降低爐膛內(nèi)部的溫度，并有效控制煙氣的排放，提升鍋爐的運行效果。

2 鍋爐富氧燃燒技術(shù)的節(jié)能減排設計

2.1 富氧空氣的制造

鍋爐富氧空氣的制造常用方法有膜法富氧、分子篩變壓吸附、磁法富氧等。第一，膜法富氧。膜法富氧是當前富氧空氣的主要制造方式，它的主要核心部件是富氧膜。膜法富氧設備主要是由空氣過濾裝置、鼓風機、富氧膜、真空泵、水氣過濾裝置、平衡裝置、預熱循環(huán)裝置等構(gòu)成。第二，分子篩變壓吸附。分子篩變壓吸附是利用氧氣和氮氣通過分子篩速率不同，在低壓和常壓狀態(tài)下通過變壓技術(shù)提取空氣中的氧氣，從而得到富氧空氣。第三，磁法富氧技術(shù)。磁法富氧技術(shù)是利用氧氣分子和氮氣分子的不同的順磁性和逆磁性，使得兩種氣體分子經(jīng)過高磁磁場發(fā)生不同方向的偏轉(zhuǎn)從而得到富氧空氣和富氮空氣，排出富氮空氣，剩余的就是所需要的富氧空氣。

2.2 爐膛燃燒的節(jié)能設計

按照要求將正在燃燒的燃料帶入到爐膛內(nèi)部，在經(jīng)過一系列的熱量計算之后從焙溫表中查出理論意義上的燃燒溫度數(shù)值。按照以上的操作方式能夠計算出富氧燃燒時爐膛內(nèi)的溫度，對比之后發(fā)現(xiàn)富氧燃燒爐時爐膛內(nèi)的溫度要比常規(guī)情況下燃燒爐膛內(nèi)的溫度高，因此富氧燃燒情況下燃料燃燒的速度更快，爐膛內(nèi)輻射換熱量更高。在換熱量不變的情況下，可使燃燒設備的體積降低，減少了建設和運行成本，體現(xiàn)了富氧燃燒技術(shù)的經(jīng)濟性。

2.3 爐膛后對流煙道的節(jié)能設計

富氧燃燒的火焰溫度高，排煙體積少，由此和常規(guī)燃燒相比，富氧燃燒過程中所產(chǎn)生的輻射換熱量所占比例要比對流換熱量所占比例高。針對這個問題，為了能夠減少燃燒過程中熱量的損失，實現(xiàn)節(jié)能化設計，需要將一部分的對流受熱面轉(zhuǎn)移到爐膛內(nèi)部。

3 鍋爐高溫燃燒技術(shù)的節(jié)能減排分析

高溫燃燒技術(shù)又稱高溫低氧燃燒技術(shù)，是通過蓄熱式換熱方式將空氣溫度預熱到800℃以上，使燃料在氧氣濃度遠遠低于5%的非常規(guī)環(huán)境下燃燒。鍋爐高溫燃燒技術(shù)在應用時著重強調(diào)的是將燃料放置在溫度比較高、氧氣濃度比較低的環(huán)境中進行燃燒，而發(fā)生這種燃燒的兩種技術(shù)如下所示：①燃燒操作采取溫度效率較高的裝置，在這個裝置的作用下能夠顯著提升熱回收率。②通過應用燃燒殆盡的產(chǎn)物來進行更深入的燃燒反應，獲取濃度為15%～3%的低氧氣氛。高溫燃燒技術(shù)在使用時有如下優(yōu)點：①在燃燒過程中火焰的體積大小會發(fā)生明顯的變化，表現(xiàn)為和之前相比體積大小呈現(xiàn)出不同程度的提升。同時，在燃燒的過程中各種燃料能夠?qū)崿F(xiàn)充分地燃燒。在氧氣濃度降低的情況下整個燃燒速率將會在一定程度上降低。②較低的氮氧化合物污染。從實際操作情況來看，高溫燃燒技術(shù)在具體應用時不僅具備較高的蓄熱燃燒能力和較低的二氧化碳排放量，而且在低氧燃燒狀態(tài)下氮氧化合物的生成量也大大降低。氮氧化合物的總體生成速度和火焰的溫度、氧氣濃度、氮氣濃度等存在密切的關(guān)聯(lián)，尤其深受火焰溫度的影響，火焰溫度越高氮氧化合物的生成速度就越低。另外，從反應活化能的角度來看，在高溫空氣燃燒火焰體積增大的情況下，單位體積的火焰釋放能力也會降低，這在一定程度上抑制了氧原子和氮原子發(fā)生化學反應。③通過高溫燃燒技術(shù)來降低排煙溫度，在一定程度上節(jié)省了燃料，并在整個燃燒過程中減少了溫室氣體的排放。

4 鍋爐高溫燃燒技術(shù)應用所獲得的節(jié)能效益

在上個世紀九十年代，高溫燃燒技術(shù)開始在日本冶金行業(yè)得到了廣泛的應用。在時代發(fā)展的支持下，北京神霧熱能技術(shù)有限公司在近幾年一直致力于研究國內(nèi)冶金行業(yè)高溫燃燒技術(shù)的應用。在這幾年的發(fā)展中，該公司打造了20多臺應用蓄熱式燒嘴加熱爐。對于其他燃燒效率較低的加熱爐，在應用高溫燃燒技術(shù)進行加工改造之后，使得整個鍋爐的設計達到了理想的節(jié)能效果，在節(jié)省資源的同時也減少了對周圍環(huán)境的污染。在應用高溫燃燒技術(shù)之后，不僅獲得了良好的經(jīng)濟效益，而且也取得了良好的環(huán)保效益，使得燃料總量減少了25%左右。具體數(shù)據(jù)如下：邯鄲鋼鐵公司中板廠（推鋼爐，混合煤氣），改造前的耗能2.00GJ/噸鋼，改造后的耗能1.25GJ/噸鋼，節(jié)能37.5%；石家莊鋼鐵公司中型廠（推鋼爐，高爐煤氣），改造前的耗能3.53GJ/噸鋼，改造后的耗能1.59GJ/噸鋼，節(jié)能55%；南京鋼鐵公司中板廠（推鋼爐，混合煤氣），改造前的耗能1.9GJ/噸鋼，改造后的耗能1.2GJ/噸鋼，節(jié)能36.8%；武漢鋼鐵公司大型廠（推鋼爐，混合煤氣），改造前的耗能1.87GJ/噸鋼，改造后的耗能1.38GJ/噸鋼，節(jié)能26.2%。

5 結(jié) 語

綜上所述，日益短缺的化石燃料資源，以及燃燒化石燃料造成的大氣污染，已成為人們關(guān)注和憂慮的焦點。通過以上分析，富氧燃燒技術(shù)及高溫燃燒技術(shù)能夠取得可觀的節(jié)能效果。為此，在鍋爐使用的過程中需要相關(guān)人員結(jié)合富氧燃燒技術(shù)及高溫燃燒技術(shù)的應用特點和應用優(yōu)勢，綜合思考怎樣借助這兩種技術(shù)形式來達到鍋爐的節(jié)能化使用，從而更好地促進我國工業(yè)化發(fā)展。