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富氧助燃将是炉窑节能热点 |
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| http://cn.newmaker.com
4/29/2004 5:05:00 PM
杭州制氧机集团有限公司 朱道贞
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当今世界石油价格节节攀升，用油大户不断减利。我国的石油虽然并不依赖国外，但汽油却仍上涨50%左右，柴油售价上涨的幅度更大，它们与世界油价基本保持同步增长。由于地球上石油形成的速度，远远跟不上消费增长的速度，因此石油的贮量在迅速下降。为此人类正在努力开发新能源，然后无论开发何种能源，都会离不开“氧”。因此富氧助燃是一个节能的、很大的开发领域，是世界发达国家燃烧技术节能的热点之一，只是我国由于种种原因使一热点姗姗来迟。
富氧助燃节能的原理十分简单，特别是被应用于炉窑时，其原理就是加热助燃，据资料报道，向炉窑鼓风的空气中含氧量每增加4~5%，火焰温度可升高200~300℃，从而提高了燃料的燃烧效率。
有一家民营个企，因油价上升准备给炉窑厂配备富氧机。这种炉窑厂的规模不大，一般有2~3个炉窑，每个炉窑的情况是：炉窑内空间尺寸长×宽×高为130×2.7×0.8（米），炉窑内工作温度为1250℃，该温带的范围约占炉窑容积27%，每个炉窑需鼓入空气量18.7m3/min,这时，炉窑出风口温度为700℃，排出气体中氧的纯度为11.45%，每个炉窑每天需燃油10吨。
如果在炉窑出风口的流量、温度、纯度与喷油的速度等其它燃烧保持不变的情况下，则在燃油的燃烧热值设定为9000千卡/公斤，燃油喷嘴的直径取0.5~0.9毫米之间的平均直径，富氧空气中氧的含量为28%时，经初步估算采用富氧助燃，每个炉窑每天可以节省燃油约不低于12%。
如果按每吨油价2800元，每天耗油10吨计算，则每月可节省人民币约10万元，在正常情况下，投入与上述炉窑配套的一台富氧机的费用，在运行4~6个月内便可以回收投入的成本。即使每吨燃油价格在过去最低的时候约1400元计算，则每月最少亦可以节省人民币5万元左右，如果我国现有各种工业炉窑按20万台计算，则每年可节省人民币至少可以超过1000亿元。
事实上，国外发达国家已有很多研究资料表明，富氧助燃具十分令人满意的效果。这里介绍一些数据供读者参考。以冲天炉熔化铁水为例，在实行富氧送风后，鼓风中的氧含量增加1%时，铁水熔化的速度可提高约8%；当鼓风中的氧含量增加2~4%时，铁水熔化的速度可提高约20%以上，吹氧以直接吹入的效果为较好。早在1983年美国就有200家以上的铸造厂采用富氧送风。
有资料表明：锻造加热炉，若采用23~25%的富氧空气助燃，则可节省燃料25%左右；石灰窑若采用23%的富氧空气鼓风，就能增加生产能力大约25%。
其它如玻璃熔化炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑、砖瓦窑以及其它各种工业炉窑，都能应用富氧助燃而获得明显的节能效果。
美国的宾夕半尼珍珠岩厂和美国Airco气体工业公司开发的富氧系统，使珍珠岩的产量提高18%，并节省天然气用量12%。
在电力工业中，一个月发电量为720万千瓦小时的热电厂，如果采用富氧助燃，则每天可以节约标准煤约为558吨。
日本的有关研究表明：欲使燃料在富氧状态下燃烧，其富氧空气的浓度一般为30%左右。过度提高富氧空气中氧的浓度，只不过使火焰温度处于饱和状态，而不会继续使火焰温度提高。因为随着富氧空气中氧浓度的增加，使其火焰温度上升，其速度最快的一段，是发生在富氧空气中氧的浓度刚开始增加的一段时间内。
而当富氧空气中的氧浓度继续增加时，火焰温度上升的速度反而下降。如下表所示：
表1 火焰温度与富氧空气中的氧浓度之间关系
火焰温度℃ 富氧空气中氧浓度
21% 23% 25% 27% 29% 31%
空气过量系数 1.0 2120 2250 2350 2400 2415 2425
1.2 1800 2000 2150 2270 2350 2380
1.5 1420 1700 1900 2080 2200 2280
富氧助燃与空气助燃相比，有着明显的节能效果，现把日本试验的有关数据列于下表2：
表2 富氧空气助燃系统的节能效果（日本试验数据）
富氧浓度% 所需能耗kW.h/m3 燃烧量m3 节能率% 节能量MJ
23 0.029 4.6 10~25 0.5~1.2
25 0.057 5.982 20~40 1.0~4.1
28 0.1 5.4 30~50 1.8~2.7
注：燃烧量为每1立方米富氧空气。
节能量为1kW.h（度）=10.26MJ换算。]
试验表明，在炉窑中，如果富氧助燃从效率角度考虑，则以用23~25%富氧空气为最合理。而当氧浓度在为25%时，又是以采用普通喷嘴，使用情况最佳。一般来讲，炉温越高，使用富氧空气的节能效果便越大，只是增加到一定程度便有减少节能效果的倾向，因此富氧空气中氧的纯度一般不必太高。
富氧助燃的节能效果特别对玻璃熔化炉窑、陶瓷烧结炉窑的效果更大。见表3与表4。
表3 玻璃熔化炉窑采用富氧燃烧的节能效果
比较项目 立方米/公斤 相对比率
普通空气燃烧：O2=21% 1.38 100
富氧燃烧：O2=22.7% 1.15 83.3
富氧燃烧：O2=25.3% 1.01 73.2
富氧燃烧：O2=26% 1.18 85.5
表4 各种炉窑采用富氧助燃后一次能的节能率
炉窑名称 富氧浓度% 节能率%
玻璃炉窑 22.7 16.8
玻璃炉窑 25.3 26.8
陶瓷炉窑 28.0 26.1
锻造加热炉 25.0 24.7
为此，日本政府早已决定，从1990年起，全部工业炉窑，包括：大型锅炉、工业用的中型锅炉、取暖用的锅炉、船舶动力装置的锅炉等都不得用普通空气助燃，都应用富氧空气助燃。我国各种工业炉窑年总耗能量约占全国能源总量的25%左右。我国工来炉窑的平均单耗比先进国家高出1/3左右，主要与管理落后和工业炉窑装备技术水平低有关。因此如果能够推广富氧助燃，则节能是十分可观的。
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