应用于燃油锅炉的富氧空气助燃技术探讨

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1、节能2010年第9期ENERGYC0NSERVATION(总第338期)应用于燃油锅炉的富氧空气助燃技术探讨尚字，牛玲，解辉(北京航天试验技术研究所，北京100074)摘要：介绍富氧助燃技术，并论述该技术应用于燃油锅炉的节能减排效果。通过对燃烧过程进行热工分析得知，采用含氧浓度为28％的富氧空气进行助燃时，烟气排放明显减少，燃烧室理论温度可由1340K左右提高至l720K以上。在富氧空气气氛下，柴油燃烧速度也有一定提高。以常见的系统工艺及实际情况为例，对富氧空气助燃的经济可行性加以论述，并初步提出了技术改进方案。结果显示，采用富氧空气助燃技术可以达到节约能源、降低排放的效果。关键词

2、：富氧空气；助燃；节能；燃烧温度；燃烧速度中图分类号：TK16；TK229．7文献标识码：A文章编号：1004—7948(2010)09—0013—0428％。如果氧气浓度过高，会增强燃烧产物高温离引言解，反而使燃烧温度下降J，而且会使燃烧过程变燃烧过程是燃料和助燃剂的剧烈氧化反应过得不稳定，甚至有爆炸危险。程。空气是一种常用的助燃剂，在空气助燃的燃烧柴油是燃油锅炉常用液体燃料之一，相对分子过程中，约占空气体积78％的氮气在高温下可能量大约为180—240，其化学组成如表l所示。与氧气反应，生成氮氧化物，对环境造成污染。大表1柴油的主要化学组成％量的烟气流过蓄热室、烟囱等设备后，不

3、仅携带更化学元素组成CHONS灰分多的粉尘，而且更容易冲蚀这些设备，缩短其使用质量百分比86130．70．030．10．17寿命。选取柴油中具有代表性的组分十六烷J，其自然状态下，低海拔地区空气中的氧气平均容完全燃烧的化学反应方程式为：积比为21％。通过深冷分离法、变压吸附法或膜渗透法等工艺，将空气中的氧浓缩富集，使其氧浓2cH4+49024H2O+32CO2(1)度大于21％，这种含有高浓度氧的空气称为富氧由化学计量学理论可以估算，lkg柴油(以十空气J。富氧气体助燃技术由Home和Steinburg六烷计)完全燃烧，当过剩空气系数为1．2时，需于1981年提出。采用富氧空气助燃

4、时，由于氧要标准状态下氧气2．91m，即空气13．87m。利含量增加，能够降低燃料的燃点，减少助燃空气量用含氧量28％的富氧空气助燃，仅需要10．35m。和烟气量，燃烧火焰温度显著提高，从而有利于提单位质量柴油消耗气体比较如图1所示。高热效率。■氧气口氮气等其他气体我国目前在用工业锅炉接近6O万台，装机总量约为1．5×10。MW，每年消耗燃料折算成标准煤∞超过4亿t，约占我国煤炭消耗总量的1／3_4J。通涎曩‘过采用新技术优化锅炉系统，不仅可以推进节能环保理念，还可产生直接的经济效益。喀蛙蛙斟扩1富氧空气助燃技术分析空气富氧气体1．1助燃所需空气量计算图1单位质量柴油消耗气体比较应

5、用富氧空气助燃技术时，氧气浓度不宜超过2010年第9期节能ENERGYC0NSERVATIoN(总第338期)1．2燃烧热工计算量相同的情况下，当柴油完全燃烧时，且没有产生1．2．1燃烧室温度其他热损失，空气助燃与富氮气体助燃所能达到的燃料油和助燃剂反应后的产物为烟气，主要成烟气温度对比如图2所示。分包括氮气、二氧化碳和水蒸气等。烟气温度是燃烧过程的重要参数之一，又称为燃烧室温度J，可以表达为：一!±垡!±二!!二二，，、，Yq—Mcyqyq赠式中：叼。一燃烧效率，重油炉、煤气炉最高可以达到0．95～0．98；Q一燃料低位发热量，J；一燃料输入系统的焓，J；一空气或富氧气体输入的焓

6、，J；图2柴油充分燃烧所能达到温度对比Q。一传热量损失，J；1．2．2油滴燃烧速度Q一燃烧产物离解吸收的热量，J；燃料油的燃烧一般采用喷雾燃烧方式，燃料油w一系统对外做功O∞量0∞，O印J；O0加0∞O鲫O∞0如O加O通过油喷嘴破碎成细小颗粒的油滴，油滴周围气体一烟气量，kg；向油滴传热，并且该热量引起油滴蒸发，油滴蒸发c。一烟气平均热容，J／(kg·K)。速度为：而烟气平均热容可以由式(3)计算：dm=··IndCrl一驯(4)MyqCyq=McoC~o2+肘H2oCH2o+MsoCSO+rD—rsA，l⋯222，CN，+⋯(3)式中：A一周围气体对油滴导热系数，w／(m·K)；

7、当助燃剂由空气改变为含氧浓度28％的富氧c。一燃油蒸汽等压比热容，J／(·K)；气体后，燃烧工况得到优化，由反应计量学关系进rs一油滴半径，m；行理论分析，可以得到不同工况下的烟气组成计算卜油滴在半径为，．处的温度，K；结果(见表2)。，】一油滴蒸汽区半径，m；表2不同工况下的烟气组成计算结果一油滴表面温度，K；A一燃油温度达到时的导热系数，W／(m·K)；JIz一燃油气化潜热，J／kg。当油滴扩散燃烧时，油滴蒸发速度与氧气量有关系：4盯40。：：(5)式中：D02一