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富氧燃烧技术玻璃熔窑节能的效果

2013年2月10日  

    一、富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。
   
    研究表明,火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高,详见图1。富氧燃烧可明显提高火焰温度,提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化,并同时发出光和热的过程。热的传递一般通过辐射、传导和对流三种形式进行。这三种形式何种作用最大主要取决于:火焰类型和形状、加入空气中的含氧量及燃烧设备周围的情况等。由于热传递速率与温度的四次方成正比,所以提高燃烧温度将会大大增加热辐射。
   

富氧燃烧技术玻璃熔窑节能的效果


   
    火焰温度与氧浓度的关系图
   
    由火焰温度与氧浓度的关系图可知:A)火焰温度随富氧空气氧浓度的提高而增高;B)随氧浓度的继续提高,火焰温度的增加幅度逐渐下降。为有效利用富氧空气,氧浓度不宜选得过高,一般按空气过剩系数m=1~1.5组织火焰时,富氧空气浓度取23~27%为宜,其中空气含氧量从21%增加到23%时,效果最明显;C)空气过剩系数不宜过大,否则,同样浓度的富氧空气助燃,火馅温度较低。通常在组织燃烧时,控制在1.05~1.1,以达到既能获得较高火焰温度又能燃烧完全的效果。
   
    火焰温度与氧浓度的关系图所示的是理论火焰温度值,实际值要低得多。因为普通燃料燃烧后的最终产物都是二氧化碳和水,它们加热到1500℃时会分解为一氧化碳、氧和氢。也就是说,任何碳氢化合物燃料的高温火焰混合物都将出现CO2、CO、H2、H2O、O2、CH。由于CO2和H2O高温分解反应是吸热反应,所以实际火焰温度比理论火焰温度要低得多。
   
    (2)富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式,降低燃料的燃点温度,可明显缩短火焰根部的黑区,增大有效传热面积。当用重油作燃料时,它先蒸发成气体,主要是氢气和一氧化碳,其燃点温度为500~600℃,当富氧空气参与助燃时,其燃烧条件得到改善,从而降低重油的燃点温度,使火焰变短,火焰强度提高,释放热量增加。尤其是玻璃熔窑燃料燃烧时,通常将燃料喷枪置于助燃空气的下方,由于不能及时混合,在火焰根部常有低温区存在,形成所谓的黑区。黑区的存在减小了火焰在熔窑内的覆盖区域,降低了传热效果。
   
    (3)富氧燃烧可以加快燃烧速度,改善燃料的燃烧条件,使得燃烧在窑内充分完成,减少了在蓄热室内的残余燃烧,因而能充分地利用燃料。下表中示出各种燃料应用空气和氧气助燃的燃烧速度比较情况,由表可见,各种气体燃料在纯氧中的燃烧速度大大加快。由于加入氧气后提高了火焰温度,因此增加了燃烧速度。燃烧速度实际上是一种定性的说法。如乙炔是一种燃烧速度快的燃料,其火焰短而密实;天然气是一种比乙炔燃烧速度相对慢的燃料,其火焰较长,但只要燃烧完全,都可放出很大热量。因此,要使燃料达到完全燃烧,必须使燃料和空气混合均匀或充分接触。富氧空气参与助燃后,能加快燃烧速度,提高燃烧强度、使火焰变短,获得较好的热传导,同时由于提高了燃烧温度,所以有利于燃烧反应完全。另外,因为1摩尔C在不完全燃烧的情况下比完全燃烧时少释放出约70%左右的热量。排出尾气中的CO含量增加,热损失呈直线增加。CO热损失增加,单位蒸汽的热耗也近似直线增加。所以说富氧燃烧促进燃料燃烧完全,是节约热能的重要原因。
   
   

富氧燃烧技术玻璃熔窑节能的效果


   
    (4)富氧燃烧使燃烧所需空气量减少,废气带走的热量下降。排出废气的容积比与燃烧空气中氧浓度(%)的关系如下图所示。通常的燃烧只有占空气总量1/5的氧气参与燃烧,其余约占4/5的氮气非但不助燃,反而要带走燃烧产生的大量热量,从烟气中排出。使用富氧空气的情况下,燃料燃烧完全,自然排出废气减少,排烟热损失也相应减少从而节能。
   

富氧燃烧技术玻璃熔窑节能的效果


    相对含氧21%空气m=1.0时废气的容积比与燃烧空气中氧浓度关系图
   
    由上图可知,随空气中的含氧量增加,排气量逐渐减少,以含氧量27%的富氧空气与含氧21%的普通空气燃烧比较,在空气过剩系数m=1时的排气体积减少20%。
   
    (5)富氧燃烧可以增加热量利用率。实验表明,富氧助燃可提高热量的利用率。下图示出加热温度与热量利用率的关系。
   

富氧燃烧技术玻璃熔窑节能的效果


    加热温度与热量利用率的关系图
   
    由图可知,用含氧量21%的空气燃烧,加热温度为1300℃时,其可利用的热量为42%,而用氧26%的富氧空气燃烧时,可利用热量为56%,增加14%。而且随加热温度升高,所增加比例增大,节能效果更明显。
   
    (6)合理的富氧供给方式提高了传热效率。通常在燃烧喷嘴下方和玻璃液之间通入富氧气体,这样可产生一个不对称的火焰温度,使它有一个垂直的温度梯度,形成可保护碹顶、胸墙的上层火焰层;几乎完全燃烧高辐射的中间火焰层;富氧多并已达完全燃烧的下层火焰层。下层火焰与上层火焰相结合,增加了总的辐射热,同时由于火焰扫过配合料,增加了配合料的对流交换,从而达到加速熔化的目的。
   

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