论增氧燃烧原理在热能工程中的应用

李艳秋

摘 要：随着现代科技的进步，制氧技术也在不断发展，这在一定程度上促进了增氧燃烧技术在工业领域里的发展，热能企业通过采用该技术来增加工业产量，提高经济效益。这篇文章首先介绍了增氧燃烧原理的四个要点，接着阐述了增氧燃烧的四种方式，其中混氧燃烧方式借助其特殊的优越性已被很多国家工业领域采用，最后对增氧燃烧原理在电站锅炉、工业锅炉、垃圾焚化炉以及冷凝式锅炉等热能工程中的应用，其不仅能显著提升燃烧效率，还能降低对环境的污染。

关键词：增氧燃烧；锅炉；氧气

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.061

近些年来，工业发展给世界环境造成了一定的影响，各个国家都非常重视环保问题并不断探索出新技术应用在工业生产中。目前，增氧燃烧这种高效率的技术被广泛运用在热能工程中，其利用加大作业生产中的氧气比率进行高效燃烧的技术，在一定程度上能减少生产对环境的污染，很多国家都采用了这种技术进行工业活动。

1 增氧燃烧原理

（1）工作区域。增氧燃烧工作区域分为两类：一是低浓度增氧，这种方式适合只用增加一点氧气就能高效燃烧的热能机器；二是高浓度增氧工作区域，一般采用纯氧方式，适用于高温生产作业，虽然这种方式会消耗更多费用，但其能显著提高燃烧效率。

（2）燃烧产物。燃烧产物的组成部分受很多方面因素影响，如氧化剂成分、气体温度、氧化环境等。通过对气体混合燃烧试验研究，当天然气与空气进行反应时，作业环境中产生了大量的废气阻碍了产物的完全燃烧，而在其中增加氧气含量时，废气比例越来越少，CO2与水蒸气占比增加。热能机器主要通过烟雾排放流失能量，而废气排放比例减少促使烟气放出热能也在减少，这很明显提高了热能机器的燃烧效率。

（3）火焰温度。在工程环境中增加氧气含量时火焰温度会显著增高，这是由于氧气燃烧能有效降低废气比率，从而使燃烧环境更加充分。从甲烷绝热燃烧实验中可以发现，在空气燃烧的热能环境中，火焰温度为2300K，而在完全氧气环境下，其能达到3000K。在空气中注入60%左右的氧气时，火焰温度能快速升高，之后增加氧气含量火焰温度升高越来越慢。

（4）可利用热。这一概念可理解成气体燃烧总热能去除排放气体带走的热能，也就是总热能与废气带走热能之差。我们都知道氮气是不进行燃烧活动的，因此它的排放会释放部分能量从而使可利用热程度降低。如果对氮气不进行回收和利用，除了对热能生产有影响，由其产生的氮氧结合物还会形成环保问题。在这一过程中合理增加氧气含量，能使氮氧结合物排出量降低，进行科学化热能生产。

2 增氧燃烧方式

增氧燃烧方式主要有以下几种：一是预混增氧，通常适用于原始的燃烧机器，也就是上文中叙述的低浓度增氧工作区域，通过向入口注入适量空气利用里面的氧气来进行热量反应，这种方式能保证在满足需求的情况下花费的成本最低。二是射氧，利用专门的进口向燃烧器中射入氧气，这种方式能有效降低机器内的氮氧化合物含量，提高燃烧效率。三是纯氧燃烧方式，属于高浓度增氧工作区域，这种方式要求燃料物和氧气在机器中处于密闭隔离状态，当两者进入燃烧进口再进行混合反应，热量生成效率很高，但其运转成本也非常大。四是混氧燃烧，即利用空气和氧气共同进行燃烧作业。这种方式能通过调节氧气含量进行燃烧过程，比预混、射氧燃烧更加高效，其运转成本又低于纯氧燃烧，是很多热能工程领域都会采用的增氧燃烧方式。

3 热能工程应用

（1）电站锅炉。应用在电站锅炉工程上的原理是分级燃烧，要达到的目标是降低排出气体中的氮氧化合物。将小部分的二次风（专业名词），送入位于高温区上的膛口锅炉区域，再加上适量的燃料气体，让其在增氧环境下燃尽，形成分级燃烧作业。这种应用能使氮氧化合物减少20%至30%，目前很多锅炉行业都采用这种燃烧技术。

（2）燃煤工业锅炉。工业锅炉通常采用局部增氧助燃原理，利用膜法增氧系统，通过负压强进行燃烧活动。一般操作程序：将通过过滤机器的空气借助通风机器送入膜法增氧系统，由于空气中各气体穿过膜的渗透率存在差异，借助真空机器形成压强差，促使氧气在膜的低压强处聚集，最终通过增氧喷嘴将聚集的氧气喷入炉中。任何属性燃料及多种工业锅炉都可以进行增氧燃烧活动，它不仅可以扩大低质燃料的使用范畴，还能有效增强优质燃料的机能。

（3）垃圾焚化炉。垃圾焚化炉是一个较为新兴的应用范畴，一开始增氧燃烧是应用在增强便携式垃圾焚烧效率上，随后慢慢运用在固体或其他性质垃圾焚烧炉上。这种锅炉焚烧的垃圾发热能力不足，而且还含有很多难以燃烧的物体，又或者是较为潮湿，采用平常处理方法燃烧不彻底的物体，未采用增氧技术的燃烧效率低下。采用了这一技术后，火焰温度明显上升，燃烧效果较为彻底，还能提升焚化炉燃烧垃圾的容量。

（4）冷凝式锅炉。这种锅炉燃烧效率很高，且排出的污染物也较少，采用气体、液体燃料燃烧时节能效益非常显著，其中露点温度是决定燃烧成效最关键的因素。运用这一原理时，将锅炉中水蒸气含量控制在25%左右，其压力值上升相应露点温度也有上升，烟气就能在更强高温环境下冷凝，产生的能被利用的热量也就会增多。另外，冷凝式锅炉放出的潜在能量增加，减少了炉中排出的废气量，由此带出的热能也会降低，这是一种相当重要的能源。

增氧燃烧原理在热能工程中的应用范畴非常广，制氧技术的先进也在一定程度上促进了这一原理的广泛使用。目前，氧气的费用较为低廉，增氧燃烧对环境和运转要求也不是特别严格，它的低排放轻污染的特征，使其在热能工程的发展前景越加美好。

参考文献：

[1]张大猛.空气富氧及燃烧的研究[D].天津大学，2012.

[2]游卓.富氧燃烧过程中的NOx控制及其系统效率研究[D].浙江大学，2013.

[3]陆绍远.高炉煤气锅炉富氧燃烧技术应用研究[D].中南大学，2013.

作者简介：李艷秋（1972-），女，河北乐亭人，研究方向：锅炉制造、研发、质检。