淺析富氧燃燒在燃煤氣鍋爐中的應(yīng)用

富氧燃燒是一項(xiàng)*效節(jié)能的燃燒技術(shù)，不僅能提高燃料利用率，又能夠有效降低燃燒后各種排放物的有害程度。將富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用在燃煤氣鍋爐中，可提高燃料的利用率，使有限的鋼廠煤氣轉(zhuǎn)化為更多的電能。同時(shí)，富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用，可以縮減企業(yè)*資成本。 1 富氧燃燒簡(jiǎn)介 富氧燃燒的概念在 1981年由 Homne 和 Steinburg 首次提出，并得到美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證。簡(jiǎn)單來(lái)講，富氧燃燒是指采用含氧濃度比常規(guī)空氣（含氧21%）更高的富氧空氣或純氧作為助燃?xì)庑荩且豁?xiàng)*效節(jié)能的燃燒技術(shù)。鑒于我國(guó)能源利用量及污染物排放年年攀升，深入研究能源*效潔凈化利用，開(kāi)發(fā)*效、潔凈的燃燒發(fā)電技術(shù)，是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康快速發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的迫切需要。富氧燃燒不僅能提高燃料利用率，又能夠有效降低燃燒后各種排放物的有害程度，對(duì)于節(jié)能減排有很好的應(yīng)用前景。 與用普通空氣燃燒相比，富氧燃燒主要有以下優(yōu)點(diǎn)。 1）提高火焰溫度和黑度，降低燃料的燃點(diǎn)溫度，促進(jìn)燃燒完全。 2）降低過(guò)量空氣系數(shù)，減少燃燒后的煙氣量。 3）有效降低NO的生成量。 4）有效減少煙氣量，簡(jiǎn)化了煙氣處理系統(tǒng)。 5）既適合新建鍋爐，又適合舊鍋爐的改造。 2 富氧燃燒在燃煤氣鍋爐中的應(yīng)用研究 近幾年，小容量高參數(shù)的煤氣發(fā)電項(xiàng)目在全國(guó)各地大小鋼廠中如雨后春筍般出現(xiàn)，煤氣發(fā)電本身就是對(duì)鋼廠在各生產(chǎn)工藝流程中的廢氣進(jìn)行回收利用，如果能將富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用于燃煤氣鍋爐，對(duì)于能源的再利用將起到錦上添花的效果。 2.1 富氧燃燒工沉下理論燃燒溫度的影響 輻射換熱是鍋爐換熱的主要方式之一，煙氣中起輻射作用的主要是三原子氣體，原子氣體幾乎沒(méi)有輻射能力。所以在常規(guī)空氣助燃的情況下，無(wú)輻射能力的氮?dú)馑急壤芨?，因此煙氣黑度較低，影響了煙氣對(duì)鍋爐受熱面的輻射換熱。如采用富氧空氣來(lái)助燃，煙氣中的氮?dú)夥蓊~大大除低、故火焰溫度和黑度會(huì)大幅提高。另外，富氧燃燒會(huì)提高火焰的燃燒強(qiáng)度，加快燃燒速度，獲得更好的傳熱效果，有利干點(diǎn)料反應(yīng)完全。 表1是燃煤氣鈉爐富氧燃燒改造的計(jì)算數(shù)據(jù)，可以看出隨著助燃空氣中含氧量的增加，理論燃燒溫度隨之升高;含氧量為30%空氣助燃時(shí)，理論燃燒溫度比常規(guī)空氣助燃時(shí)提高了211℃，但當(dāng)采用35%富氧空氣助燃時(shí)，由于煙氣再循環(huán)比例提高，導(dǎo)致理論燃燒溫度下降，表明助燃空氣中的含氧量并非越高越好，實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)選取合理的富氧比例。 表1 空氣中含氧量與火焰溫度的關(guān)系 空氣含氧量/% 理論燃燒溫度/℃ 過(guò)量空氣系數(shù) 煙氣再循環(huán)比例 21（常規(guī)空氣） 1407 1.2 0% 23 1518 1.2 0% 25 1540 1.15 0% 30 1618 1.1 5% 35 1584 1.1 15% 2.2 富氧燃燒工況下煙氣量的對(duì)比分析 眾所周知，鍋爐的各項(xiàng)熱損失中，占比*大的是排煙熱損失;尤其對(duì)于燃鋼廠煤氣的鍋爐，煙氣量大是煤氣鍋爐的顯著特點(diǎn)，因此如能降低鍋爐排煙量，便可大幅提高鍋爐熱效率。采用富氧空氣參與燃燒，由于空氣中氮?dú)庹急却蠓陆?，同時(shí)理論空氣量也減少，因此可以有效降低煙氣量。表2是針對(duì)該鋼廠煤氣鍋爐的計(jì)算結(jié)果（煙氣再循環(huán)量見(jiàn)表1），數(shù)據(jù)表明隨著助燃空氣中含氧氣量的增加，單位燃料燃燒后的煙氣量不斷減少，并且煙氣中三原子氣體的比例在增加。在排煙溫度不變的情況下，排煙熱損失必然隨著煙氣量減少而降低，從而顯著提升鍋爐熱效率。對(duì)于新設(shè)計(jì)的富氧燃燒鍋爐，由于煙氣量大幅下降，受熱面的布置方面可以更加優(yōu)化，減少鍋爐設(shè)備鋼材使用量。 表2 燃燒產(chǎn)物與空氣中含氧量的關(guān)系 空氣含氧量/% H2O（%） N2（%） CO2（%） 煙氣體積（m3/m3） 21（常規(guī)空氣） 6.7 66 25.5 1.744 23 7 64.3 27 1.643 25 7.4 62.7 28.7 1.546 30 8 59.7 31.6 1.405 35 8.4 57.4 33.5 1.325 2.3 過(guò)量空氣系數(shù)與鍋爐效率的關(guān)系 燃?xì)忮仩t運(yùn)行中，過(guò)量空氣系數(shù)的選取非常重要，過(guò)量空氣少了會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全，增加Q3熱損失;過(guò)量空氣多了會(huì)降低煙氣的輻射能力，受熱面的利用率降低，更為重要的是過(guò)量空氣的多少會(huì)直接影響鍋爐熱效率。本改造項(xiàng)目中，由于燃料主要是燃點(diǎn)較高的高爐煤氣，為保證燃燒完全，采用了較高的過(guò)量空氣系數(shù)。但當(dāng)采用富氧燃燒時(shí)，由于火焰溫度提高，燃料燃點(diǎn)在富氧條件下也有所降低，因此可以采用較低的過(guò)量空氣系數(shù)（見(jiàn)表1）。研究表明，過(guò)量空氣系數(shù)越低，鍋爐可利用熱量越高（見(jiàn)圖1）。所以在采用富氧燃燒的鍋爐中，取較低的過(guò)量空氣系數(shù)，既可以保證燃燒完全，又可以減少排煙熱損失，鍋爐效率明顯提高。 2.4富氧燃燒過(guò)程中氣體濃度的監(jiān)測(cè) 在工業(yè)過(guò)程中，企業(yè)對(duì)氧氣含量的監(jiān)測(cè)十分重視，一般會(huì)采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣體濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備防患于未然。在富氧燃燒工藝中的應(yīng)用氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備的目的是主要為了提高燃燒效率節(jié)約成本，在煙氣排出口會(huì)安裝煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)排放氣體是否達(dá)到國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)工業(yè)工藝具有很大的指導(dǎo)意義。 3 結(jié)語(yǔ) 從對(duì)該項(xiàng)目鋼廠煤氣爐的改造研究來(lái)看，采用富氧燃燒將有效提高鋼爐的熱效率，節(jié)約燃料消耗量，或者提高鍋爐蒸發(fā)量，從而提高燃料的利用率，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。如果在新建鍋爐項(xiàng)目中按采用富氧燃燒來(lái)設(shè)計(jì)，由于煙氣量大幅縮小，鍋爐受熱面的布置可以更加緊湊，將大大降低鋼材消耗。