打开文本图片集
摘 要:针对空气中氧含量偏低,在注汽锅炉燃烧过程中对节能有一定影响的问题,采用比空气中含氧量高的空气来助燃,不仅可以大大的减少燃料的消耗量,能够达到节能减排的目的,而且在能量的产生和传输环节,损失能流减少,效率得到提高,由94.2%提高到97.2%,在能量利用环节,效率由90.9%提高到93.1%。富氧助燃后注汽锅炉的效率得到了明显的提高。
关键词:富氧燃烧;锅炉热效率;充分燃烧
1 富氧燃烧技术研究现状
空气燃烧系统中,由于氮的阻碍,减少了氧分子与燃料分子之间的碰撞机会,同时在燃烧过程中,氮吸收了大量热量后在废气中排掉,造成了热损失。采用比空气中含氧量高的空气来助燃叫富氧燃烧,这种燃烧方法能克服或减轻上述问题,不仅能提高热效率和产量,减少烟气量和污染物的排放,同时经济性上也是可行的。富氧助燃,一般分为整体富氧和局部富氧兩种。前者是指全用富氧空气来燃烧,所需投资非常大;后者也叫“局部增氧”助燃节能技术,即用约占普通空气量1%~3%的富氧空气来助燃,原鼓风量均可降低四分之一左右,故投资要少得多。
2 富氧燃烧技术的计算
ASME PTC 4-1998共定义了17项热损失和7项外来热量,其中一些数值甚小且难于测量,所以,往往采用简化试验方法。
3 富氧助燃的节能和减轻污染的机理
通过分析可以得知富氧助燃的节能和减轻污染的机理如下:
3.1 提高火焰温度
实验发现,氧气的浓度上升到23%时,由于氮气量减少,空气量及烟气量均显著减少,火焰温度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高,辐射换热大大加强,但是由于烟气量整体减少,所以炉膛出口温度不但没有升高,反而降低,但是炉膛的火焰平均温度得到了提高。研究表明虽然富氧可以大大增强燃烧,但富氧浓度不宜过高,富氧浓度在28%左右时为最佳。因为当含氧量达40%时,再进一步提高含氧浓度,燃烧产物容积降低的速度变慢,理论燃烧温度的增加也变慢,而富氧投资等费用猛增,因此,工程中富氧空气的含氧量不超过28%~30%。
3.2 降低燃料的燃点温度
燃料的燃点温度不是常数,如:CO在空气中为609℃,在纯氧中仅为388℃,所以,用富氧助燃能够提高火焰强度,增加了释放热量。
3.3 增加热量利用率
富氧助燃,对热量的利用率会有所提高,如用普通空气助燃,当加热温度为1300℃时,其可利用的热量为42%,用26%的富氧空气助燃时可利用的热量为56%,且氧浓度越高,加热温度越高,所增加的比例越大,因此节能效果就越好。
3.4 降低燃烧空气量、减少燃烧后的排烟量
实验发现,富氧助燃前后,燃料燃烧的空气量由10.83Nm3/kg降到了9.88Nm3/kg,燃烧后的烟气量由11.7Nm3/kg降到了10.71Nm3/kg,主要是由于燃料中可燃元素燃烧所需氧气量决定了燃烧的理论空气量。由于空气中含有78% 的氮,阻碍氧分向碳表面吸附层的扩散和燃烧产物从碳表面的气体边界层排出,且氮分子不可能与燃料中可燃物反应等诸多因素。因此,富氧助燃不但可以降低理论空气量,并且可以降低过量空气系数。
3.5降低过量空气系数(d)及空气量
含量比例增大,则a减小。一般富氧浓度为23%是火焰温度提高最多,此时按过剩空气系数d=1.05~1.1组织燃烧。由于以富氧浓度为23%的空气作为一次风,此时理论空气量与过剩空气系数均减小,那么,实际空气量仅为正常空气(含氧21%)实际量的77%,即比使用正常空气实际量减少23%。
4 富氧助燃后的三环节分析结果表
通过富氧助燃后的三环节分析结果表可以看出,采用富氧助燃技术后,在吸热量一定的情况下,输入能流得到了减少,说明富氧燃烧可以大大的减少燃料的消耗量,能够达到节能减排的目的;在能量的产生和传输环节,损失能流减少,效率得到提高,由94.2%提高到97.2%,在能量利用环节,效率由90.8%提高到93.1%,这主要是由于富氧助燃之后,燃烧室内的燃烧状况得到改善,更少的空气进入炉膛使得炉膛的排烟损失变小,对流段的污染减轻。但是由于理论燃烧温度的升高,炉膛的散热损失增加,但是总体而言,富氧助燃后注汽锅炉的效率得到了明显的提高。
参考文献:
[1]王文宇. 供热能耗与供热锅炉空气过剩系数的关系[J].热能与动力工程, 1999,14(3):223-225.