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富氧燃烧技术说明分享

发布日期:2018-05-09 作者: 点击:

一、提高燃烧区的火焰温度。

  火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高,富氧燃烧提 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,热的传送一般通过辐射、传导和对流三种形式进行,由于热 传送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。

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。

  (2)改善燃料的燃烧条件,富氧燃烧可以加快燃烧速度,减少了蓄热室内的 剩余燃烧,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,必需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,节约热能的重要原因。

  (3)可明显缩短火焰根部的黑区,增大有效传热面积,主要是氢气和一氧化 碳,其燃点温度为500600℃,当富氧空气参与助燃时,其燃烧条件得到改善,使火焰变短,火焰强度提高,释放热量增加。通常将燃料喷枪置于助燃空气的下 方,由于不能及时混合,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。

各种气体燃料在空气中和氧气中燃烧速度对比情况表

燃 料

在空气中(cm/s)

在纯氧中(cm/s)

范 围

最大可能

范 围

最大可能

氢 气

250~360

280

890~1190

1175

天然气

33~44

37

325~480

395

丙 烷

40~47

42

360~400

375

丁 烷

37~46

41

335~390

355

乙 炔

110~180

160

950~1280

1130

  (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。

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。

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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