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增氧燃烧原理在热能工程中的应用
增氧燃烧原理在热能工程中的应用 张小成 (中材海外工程有限公司，北京 100037) 摘 要：在科学技术快速发展的背景下，制氧技术也得到了快速的发展，在某种程度上使增氧燃烧技术 在工业领域的作用更加明显。热能企业可以通过采用增氧燃烧技术促进工业产量的提升，带企业带来更高的 经济效益。为了将增氧燃烧技术在热能工程中的优势充分发挥出来，需要技术人员积极学习增氧燃烧原理， 正确掌握增氧燃烧的主要方式和影响因素，将增氧燃烧原理合理地运用到热能工程当中。 关键词：增氧燃烧；热能工程；燃烧产物；纯氧燃烧 中图分类号: TB497 文献标志码: A DOI: 10.19335/j.cnki.2095-6649.2021.12.040 本文著录格式：张小成.增氧燃烧原理在热能工程中的应用[J].新型工业化,2021,11(12):104-106.
0 引言 近几年，经济发展与环境保护之间的矛盾愈发明 显， 人们环保意识的加深使能源节约成为了关键讨论 的问题。增氧燃烧作为新兴燃烧技术，能够通过增加氧 气含量的方式促进燃烧过程，能够实现节能高效的目 的，对于玻璃工业、冶金业以及热能工程都具有重要的 意义。为了使增氧燃烧在热能工程中发挥出更大的优 势，需要相关人员整我掌握增氧燃烧原理，使其技术优 势能够在热能工程中充分发挥出来。 1 增氧燃烧原理 1.1 工作区域 增氧燃烧工作区域通常可以划分为两种类型：第 一种类型为低浓度增氧。这种工作区域通常比较适合 只需要添加少许氧气便可以达到高效燃烧的热能设 备。第二种类型为高浓度增氧工作区。在这种工作区域 进行增氧的过程中一般会采取纯氧的方式，通常会用 于高温生产作业当中[1]。但是这样的增氧方式会消耗较 多的生产成本，但是具有卓越的燃烧效率。 1.2 燃烧产物 增氧燃烧技术中的燃烧产物组成成分通常会受到 不同因素的影响，例如氧化剂成分、气体温度、周边环 境等等。针对气体混合燃烧试验效果进行分析研究可 以发现，当天然气与氧气产生一定反应之后，作业区域 通常会产生大量的废气。对于产物完全燃烧造成不利 影响，而在其中逐渐增加氧气含量之后，废弃的比例会 逐渐降低，二氧化碳与水蒸气占比增加。设备在此过程 中会通过烟雾排放流失能量，随着废气排放比例的降 低，烟气流放出的热能也会因此降低，这样一来可以有 效提高燃烧效率。 1.3 火焰温度 在工程环境中采取增氧燃烧技术可以发现增加氧 气含量时，火焰温度会出现明显的增高。这主要是因为
氧气助燃效果可以有效降低废气比率，使燃烧更加充 分。在甲烷绝热燃烧实验中可以发现，在空气燃烧的热 能环境当中火焰温度通常会维持在2300K左右，而在完 全氧气环境下火焰温度可以达到3000K。如果在空气中 注入60%左右的氧气可以有效促进火焰温度的上升。如 果在此之后继续增加氧气含量，虽然火焰温度会逐渐 上升，但是升温速度会逐渐减慢。 1.4 可利用热 可利用热通常也可以理解为气体燃烧总热能去除排 放气体带走的热能。通俗来讲就是总热能与废气带走热 能之间的差额。众所周知，氮气不能够为燃烧活动增加助 力，所以氮气排放过程中释放出的能量会造成可利用热 程度的降低。为了避免热能生产受到大气的影响，需要在 工业生产过程中但其进行回收利用[2]。如果没有对氮气采 取回收利用工作，不仅会影响热能生产，还会因氮氧结合 物造成环保问题。在此过程中适当增加氧气含量，可以有 效降低氮氧结合物的排放。实现科学化热闹生产。 2 增氧燃烧方式 2.1 预混富氧 空气燃料燃烧过程中的富氧也被称作为低程度富 氧或者预混富氧，这种情况通常会被用于低浓度富氧 工作区域当中，即Ω<0.30的工作区域。很多传统的燃烧 可以采取这类增氧助燃技术。为了保证进口空气足够 的氧气混合程度，需要使用预混器，这样的方式可以用 较低的生产费用来获得更多的效益。例如在增氧的方 式能够缩短火焰长度，提升火焰强度。但是在此过程中 也需要确保氧气注添加量的合理，如果注入的氧气过 度同样会引起各类问题，例如火焰形成过短或者火焰 温度过高造成燃烧器损坏。鉴于这种情况，输气管路处 需要针对氧气安全问题进行改进优化。 2.2 射氧 射氧与预混富氧同样属于低浓度混氧，主要被用
于Ω<0.30的工作区域。从整体的角度来看，射氧与预 混富氧相比拥有更多的优势，射氧不需要对当前已有的 空气燃料燃烧器作出改进，并且在NOx方面也会大大 降低。由于射氧技术存在这样的优点，使其成为了减少 氮氧化物的常用方法[3]。在运用射氧方式的过程中，火 焰热量会比预混富养的效果更加均匀，并且能够促进 燃烧效率的提升。因此，降低了空气燃料燃烧器与均热 层过热情况的可能性。但是射氧方式也存在明显的缺 陷，主要体现在燃烧室所开设的射氧洞口会花费已经 产生的成本。在应用射氧方式的过程中，需要将氧气从 下方注入到火焰当中，喷枪的位置会设立在燃烧器和 被加热物料之间。预混混氧可以有效促进火焰温度的 均匀提升，而下射技术可以选择性地使火焰底部温度 得到提高。这样的方式可以将向下的多余热量向待燃物 进行集中。虽然这样的方式中的氧气和空气均匀度不如 预混富养方式，但是可以更加有效地利用余热。除此之 外，下射富氧方式与预混富氧方式相比能够有效降低 炉顶耐火材料对热量的吸收，进而保障炉顶寿命。 2.3 纯氧燃烧 增氧燃烧原理中的第三种方式。为氧气燃料燃烧， 也被称作高浓度富氧，通常会作用于Ω>0 .9的工作区 域。在各种纯氧燃烧的应用当中，燃料与氧气在燃烧器 当中会维持分离状态，当两者到达燃烧器口处时才会 进行混合，所以纯氧燃烧通常会使用喷嘴混合燃烧器， 使火焰产生扩散效果。但是纯氧燃烧方式也会存在一 定的安全风险，由于纯氧活动性比较高，预混过程中有 可能会造成爆炸的危险。因此，需要确保纯氧燃烧的安 全保障。纯氧及高浓度纯氧，浓度会大于90%。在纯氧 燃烧系统当中，纯氧浓度通常会与制氧方法有着密切 的关系。纯氧燃烧能够有效促进燃烧效率，并且令火焰 中热点缩小而排放出的氮化物得到降低。但是这样的增 氧燃烧方式通常会花费较高的操作费用。 2.4 混氧燃烧 第四种增氧燃烧方式为混氧燃烧，也就是空气-氧 燃料燃烧，在运用这种方式的过程中，将空气与氧气分 别送入到燃烧器当中，这种方式是纯氧燃烧的变种[4]。 在一些情况时，可以将一个氧气燃料燃烧器插入到现 有的空气燃烧器当中，并且对其进优化改进，除此之 外，也可以使用专门设计的燃烧器。混氧燃烧方式具有 多种优势，使用比预混合射氧方式更加充分的混氧，可 以促进效益的提升，并且这项方式的操作费用也会明显 低于纯氧燃烧。在火焰形状与放热方式方面，能够采取 控制氧气用量来进行调整。除此之外，这种方式还具备 费用低廉的改进方法，由于很多空气燃烧器都需要运 用两种燃料设计，而在使用过程中，两用燃烧器配备的 油枪难以取下，此时可以使用射氧枪或者纯氧燃烧器 来替代。 3 热能工程的应用 3.1 电站锅炉 OEC在电站锅炉方面的应用通常会分段燃烧， 这是为了降低NOx的排放。在应用的过程中需要将 10%~20%二次风从高出强燃烧区较多的炉膛上方射入 到锅炉内部，为燃料补充燃烧过程中所需的空气，确保 燃料能够在富氧环境下得到充分燃烧，这样一来便呈 现出燃料的分段燃烧。采取这样的方法可以有效降低 20%~30%左右的NOx排放量。 3.2 燃煤工业锅炉 0EC在工业锅炉方面的应用通常会采取局部增氧 助燃技术，需要运用膜法富氧助燃系统[5]。这种系统的 具体工作流程，需要将通过空气过滤器的空气由通风 机系统抽入到膜系统当中，随后利用氧气和氮气在高分 子膜渗透率速率的差别运用真空泵形成压差，这样能 够使氧气在膜的低压一侧逐渐富集成为浓度较高的富 氧空气，完成以上步骤之后，需要采取富氧喷嘴将富氧 空气输送到锅炉内部。一般情况下，OEC能够适用于各 类燃料和多数工业锅炉，不仅能够有效提升劣质燃料 的应用范围，还可以促进燃料性能的充分释放。例如运 用26.7%的富氧空气燃烧褐煤或能够使燃烧稳定，与空 气燃烧重油的燃烧温度相当。由此可见，富氧燃煤能够 在某种程度上代替空气烧油，对于我国燃煤工业具有 重要的意义。 3.3 垃圾焚化炉 在当前阶段，增氧燃烧在垃圾焚化炉方面的运用属 于新的领域，最初是因为能够提升便携垃圾焚化炉的燃 烧性能，随后被逐渐运用到固体垃圾焚化炉以及焚化垃 圾燃料的锅炉当中。在垃圾焚化炉的处理过程中，垃圾 燃料发热值偏低，并且会拥有很多难以燃烧的物质，或 者因为燃烧物少时影响燃烧效果，使普通燃烧给予不能 维持燃烧的稳定性。使用增氧燃烧能够拥有良好的燃烧 效率，火焰温度比较高，提升火焰特性，因此在垃圾焚 化炉中使用这项技术能够提升垃圾燃料的吞吐量。空气 中的氮会影响垃圾燃烧分解效果，而使用增氧燃烧可以 促进燃料分解的提升，使高水分垃圾燃料分解过程中生 成热值较高的焦炭和气体。并且运用氧气调节系统时， 对燃料进行分析来确定氧气补给量，能够改善垃圾燃料 燃烧不均匀性造成的燃烧不稳定难题。
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3.4 冷凝式锅炉 冷凝式锅炉通常具有较为出众的燃烧效率，并且 排放的污染物也比较少，在燃烧的过程中使用气体或 液体燃料能够达到良好的节能效果。在此过程中，露点 温度会直接决定燃烧效果。因此，需要确保锅炉水蒸气 的含量能够维持在25%左右。由于压力值会根据露点温 度出现变化，在露点温度上升时压力值也会上升。烟气 可以在更强的高温环境进行冷凝，产生热量的利用率 也会增加[6]。此外，冷凝式锅炉所释放的潜在能量会降 低废气量的排放。 4 结语 增氧燃烧原理在热能工程中具有广泛的应用范 围，随着制氧技术的不断提升，使增氧助燃原理也得到 了进步。在当前情况下，增氧燃烧对于环境和运转要求
方面较为宽松，并且具备节能减排的效果，使用在热能 工程中有着长远的发展前景。 参考文献 [1] 赵金.热能工程技术在供热领域中的应用研究[J].能源与 节能,2020(6):73-74,85. [2] 孟凡.浅谈增氧燃烧原理在热能工程中的应用[J].中外企 业家,2019(35):237. [3] 杨玉博,陶鉴,宋兴飞,等.饱和湿空气低氮燃烧试验研究[J]. 工业锅炉,2018(06):11-16. [4] 马文博.金属的热处理和热能动力工程当中的具体应用 研究[J].中外企业家,2019(35):106. [5] 胡国联.分析热能工程技术在供热领域中的改革及创新[J]. 中外企业家,2019(35):131. [6] 苏格毅,张雅雯.锅炉领域中热能与动力工程的实践应用 研究[J].新型工业化,2018,8(8):128-130.
(上接第103页) 加凸显其重要性。产品造型创新作为产品创新的重要 组成部分，是以工程技术的优势和创新为重要基础的， 同时，在不断变化的社会和文化背景下，也是满足目标 消费者的审美需求为特有目标的。获取用户对产品的感 性意象不仅有利于设计师满足客户需求，引导用户认知 产品，同时也有利于把握市场的发展趋势，提高企业的 产品竞争力，为产品的创新优化提供强有力的参考依 据和方法指导。
参考文献 [1] 罗仕鉴,潘云鹤.产品设计中的感性意象理论、技术与应 用研究进展[J].机械工程学报,2007,53(3):8-13. [2] 长町三生.感性工学和方法论[M]. 日本:感性工学委员会, 1997:93-99. [3] 刘永,彭正洪.基于MATLAB的模糊逻辑控制系统的设计 与仿真[J]. 武汉大学学报(工学版),2008(2):134-137. [4] 孙琳琳,孔繁森,周宇,等.基于感性工学的汽车座椅静态 舒适度的研究[J].人类工效学,2013,19(2):60-62. [5] 肖江浩,董石羽.基于感性工学的童车外观情感意象研究[J]. 表面技术,2019,40(12):267-272. |
