一、富氧燃燒的基本概念：

進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃料中的可燃質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒?？諝庵型ǔ：?1％的氧氣，若通過(guò)提高助燃空氣中氧氣濃度所完成的燃燒過(guò)程稱為富氧燃燒。富氧燃燒是一項(xiàng)高效燃燒技術(shù)，更是一項(xiàng)燃煤最有效的強(qiáng)化燃燒技術(shù)。隨著制氧技術(shù)的發(fā)展，尤其是膜法制氧技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，降低了小容量制氧成本。富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐，可取得顯著的節(jié)能減排效果。

二、富氧強(qiáng)化燃燒機(jī)理及應(yīng)用效果：

（1）提高火焰溫度　用富氧空氣取代全部或部分供燃燒的空氣時(shí)，可以減少空氣總量，使空氣中占70％以上不參與燃燒的氮?dú)庀鄳?yīng)減少，這就減少了這部分氮?dú)獾奈鼰?。另外隨著氧氣濃度的增加，強(qiáng)化了氧化反應(yīng)，從而提高了火焰溫度，增強(qiáng)了輻射傳熱效果。氧濃度在26％～30％為提高火焰溫度的最佳值，而這也正是膜法制氧的氧濃度范圍。膜法制氧可以減少資金的投入，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)且可以獲得最佳的燃燒效果。

（2）降低燃料著火溫度，提高燃燒速度，促進(jìn)完全燃燒　燃料的燃點(diǎn)溫度不是一個(gè)常數(shù)，隨燃燒條件變化而變化，隨著助燃?xì)怏w中氧濃度的增加，燃料著火溫度降低。同時(shí)燃料在富氧環(huán)境下燃燒速度和燃燒強(qiáng)度顯著提高，有利于燃料的燃盡，降低灰渣可燃物，并從根本上消除燃燒黑煙污染。

（3）降低空氣系數(shù)，減少排煙量　利用富氧空氣可以減少空氣總量即降低空氣系數(shù)。用普通空氣助燃時(shí)，約占4/5的氮?dú)獠坏粎⒓尤紵磻?yīng)，而且還要吸收熱量加熱到排煙溫度，增大排煙熱損失。用富氧空氣助燃，氮?dú)饬繙p少，排煙量相應(yīng)減少。使用含氧量為27％的富氧空氣燃燒，與氧濃度為21％的空氣燃燒比較，空氣系數(shù)α=1時(shí)，煙氣體積減小20％，富氧燃燒技術(shù)可有效降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率。

（4）膜法富氧助燃技術(shù)適用于包括燃?xì)?、燃油、燃煤的所有工業(yè)鍋爐，它既能提高劣質(zhì)燃料的應(yīng)用范圍，又能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)燃料的性能。如用26.7％富氧空氣燃燒褐煤，所得到的理論燃燒溫度T與普通空氣燃燒重油得到的T相當(dāng)，說(shuō)明應(yīng)用富氧空氣燃煤可代替用空氣燒油，開(kāi)辟了一條燃油的替代途徑，具有重要意義。

三、富氧燃燒的種類:

富氧空氣中氧的濃度不同，可以分為工業(yè)全氧燃燒，氧氣濃度達(dá)95％；低濃度富氧燃燒，氧氣濃度在26％～30％。兩種方式在工業(yè)生產(chǎn)中均有應(yīng)用，但從制氧、鍋爐設(shè)備改造費(fèi)用等因素綜合效益考慮，采用膜法局部富氧助燃技術(shù)最為有利。

局部富氧燃燒技術(shù)，一般是把燃燒所需全部空氣量1％～3％的富氧空氣，用于對(duì)改善燃燒最為有效的部位，也就是把好鋼用在刀刃上。

四、膜法富氧制備工藝及設(shè)備:

1. 工業(yè)制氧方法

（1）深冷法（低溫法）　安全性好，噪聲低，技術(shù)成熟，產(chǎn)氧濃度高，可同時(shí)生產(chǎn)氧氣和氮?dú)?。但制備系統(tǒng)復(fù)雜，產(chǎn)量調(diào)節(jié)性差，適用于較大生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)量低時(shí)成本偏高。

（2）變壓吸附法（PSA法）　利用分子篩生產(chǎn)氧氣，方法簡(jiǎn)單，可靠性高，產(chǎn)量調(diào)節(jié)性好，適用于中等生產(chǎn)規(guī)模、氧氣濃度小于95％的場(chǎng)合。

（3）膜法分離法　設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便、安全、啟動(dòng)快，不污染環(huán)境，生產(chǎn)規(guī)?？尚】芍?，損益少，應(yīng)用靈活，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家稱之為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。當(dāng)氧濃度在30％左右，生產(chǎn)規(guī)模小于15000m3（標(biāo)況）/h時(shí)，膜法投資、維修及操作費(fèi)用之和僅是深冷法和PSA法的2/3～3/4，而且規(guī)模越小膜法越經(jīng)濟(jì)。

2.膜法局部增氧助燃技術(shù)

①膜法富氧技術(shù)原理是利用空氣中的氧氣和氮?dú)馔高^(guò)高分子膜時(shí)的滲透速率不同制氧的。各種氣體在高分子膜的透過(guò)速率由難至易依次為：氮?dú)?、甲烷、一氧化碳、氬氣、氧氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、水蒸氣?？梢?jiàn)氧氣滲透速率高，易通過(guò)；而氮?dú)鉂B透速率最低，不易通過(guò)。在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，空氣通過(guò)高分子膜后，在低壓側(cè)將氧氣富集起來(lái)，可獲得富氧份額達(dá)27％～30％的富氧氣體。

②膜法富氧氣體的制備有正壓法和負(fù)壓法兩種。工業(yè)鍋爐系統(tǒng)多采用負(fù)壓法，典型工藝流程如下圖所示?？諝饨?jīng)過(guò)過(guò)濾器除去大于10μm的灰塵后，由風(fēng)機(jī)（全壓為1～5kPa，風(fēng)量約為富氧空氣量的7～10倍）送入膜富氧分離裝置，利用真空泵產(chǎn)生的壓差，使氧氣在膜的低壓側(cè)富集成為富氧空氣，高壓側(cè)的富氮?dú)怏w排空。富氧空氣經(jīng)汽水分離和除濕處理，之后經(jīng)穩(wěn)壓系統(tǒng)并預(yù)熱后（應(yīng)大于100℃）經(jīng)富氧噴嘴送入爐膛中。因富氧氣體所占空氣量的比例有限，故將其以最佳的方式（速度、分布）送入爐內(nèi)最需要的地方，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、有效地富氧強(qiáng)化燃燒的基本原則。

③富氧空氣通過(guò)布置在爐膛不同位置的富氧噴嘴，以二次風(fēng)的形式送入，構(gòu)成α型燃燒、四角燃燒、推遲燃燒和分級(jí)燃燒，分別適用于煤粉爐、拋煤機(jī)爐、沸騰爐、循環(huán)流化床爐和鏈條爐等。

五、膜法富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用實(shí)例：

①南陽(yáng)油田一臺(tái)4t/h燃煤鍋爐應(yīng)用膜法富氧燃燒技術(shù)，平均節(jié)煤率29.7％，熱效率平均提高15.96％，最高17.44％，平均負(fù)荷提高17.69％，蒸汽壓力提高39％。

②江西阜寧化肥廠，1998年6月在國(guó)內(nèi)首次將膜法富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用于20t/h燃煤蒸汽鍋爐，配用富氧空氣量為200m3（標(biāo)況）/h。經(jīng)測(cè)試爐膛溫度提高了90℃，空氣系數(shù)下降0.3，灰渣含碳量下降5.32個(gè)百分點(diǎn)，排煙林格曼黑度小于1級(jí)，熱效率提高11.04％，已穩(wěn)定運(yùn)行近10年，綜合效益十分顯著。

③1995年，濟(jì)南某醫(yī)院在4t/h燃煤鍋爐上應(yīng)用膜法富氧燃燒技術(shù)，自行安裝、調(diào)試設(shè)備，配用富氧空氣量為50m3（標(biāo)況）/h，結(jié)果不僅解決了排煙污染問(wèn)題，而且平均節(jié)煤14％以上。

④瓦軸集團(tuán)2001年在兩臺(tái)35t/h拋煤機(jī)鍋爐上應(yīng)用膜法富氧燃燒技術(shù)，富氧空氣中氧濃度為27％～30％，壓頭1000～1200Pa，10只噴嘴布置在兩側(cè)墻，出口流速60～90m/s。經(jīng)測(cè)試，排煙林格曼黑度由3～4級(jí)降低到1級(jí)以下，結(jié)束了10年冒黑煙被罰款的歷史。鍋爐熱效率達(dá)到75.62％，較應(yīng)用前提高了9.35個(gè)百分點(diǎn)，且出力增加，可達(dá)額定負(fù)荷。