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富氧助燃将是炉窑节能热点

来源: 时间:2018-08-27 14:47

     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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