1.簡(jian)介

很多工業(ye)加熱過程都(dou)需(xu)要消(xiao)耗大量能源，一(yi)般通過燃燒(shao)(shao)碳(tan)氫燃料（如油、天然氣）獲得，大部分燃燒(shao)(shao)過程使(shi)用空氣作為助燃劑，在一(yi)些情況(kuang)下(xia)，可通過提(ti)高助燃空氣中的(de)氧(yang)氣含量來強(qiang)化效果(guo)，稱之為富氧(yang)燃燒(shao)(shao)。如：純氧(yang)與空氣混合使(shi)用，或直接使(shi)用純氧(yang)替代空氣。

隨著技術的(de)(de)(de)發(fa)展，富氧(yang)(yang)燃燒的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)越來越廣泛。過去(qu)，使用(yong)富氧(yang)(yang)增加的(de)(de)(de)成(cheng)本往往高(gao)于(yu)收益，但隨著制氧(yang)(yang)技術的(de)(de)(de)發(fa)現(xian)，已(yi)經大(da)大(da)降(jiang)低(di)了氧(yang)(yang)氣分離(li)的(de)(de)(de)成(cheng)本，這從經濟性的(de)(de)(de)角(jiao)度增加了富氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)場(chang)(chang)合。另(ling)使用(yong)富氧(yang)(yang)一(yi)個原因是環境(jing)問(wen)題的(de)(de)(de)日益突(tu)出，在一(yi)些場(chang)(chang)合，富氧(yang)(yang)能夠(gou)大(da)大(da)減(jian)少污染物排放。

空(kong)氣(qi)助燃(ran)燃(ran)燒(shao)作為傳統燃(ran)燒(shao)技術幾乎用于所有(you)的工(gong)業(ye)加熱過程(cheng)，現在富氧(yang)正變得越(yue)來越(yue)普遍(bian)，當常(chang)規燃(ran)燒(shao)改為富氧(yang)后，收益明(ming)顯(xian)，包括提高熱效率(lv)，增(zeng)加作業(ye)率(lv)，減少煙(yan)氣(qi)量和(he)污染(ran)物(wu)(wu)排放。很多工(gong)業(ye)過程(cheng)使(shi)用純氧(yang)來替代(dai)部分或全部空(kong)氣(qi)，如金(jin)屬加熱和(he)融(rong)化、玻璃(li)融(rong)化、礦物(wu)(wu)燃(ran)燒(shao)等，Gas ;Research Institute列舉了(le)適合富氧(yang)應用的場(chang)合：

（1）需(xu)要(yao)較高(gao)煙氣溫度(du)，尤其是超過1400K時；

（2）傳(chuan)熱受(shou)限制而熱效率較低的場合；

（3）增加傳熱收益較大且不會影響加熱質量的場合。

（4）煙氣較臟，NOx排放高(gao)，煙氣排放體積有限(xian)制的場合。

2.富氧方式

可(ke)富(fu)氧(yang)主(zhu)要通過(guo)以(yi)下四種方式(shi)獲得(de)：（1）空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)直(zhi)接混入(ru)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)；（2）氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)噴入(ru)火焰(yan)中(zhong)；（3）純氧(yang)替(ti)代空(kong)氣(qi)(qi)(qi)；（4）氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)和空(kong)氣(qi)(qi)(qi)分開供入(ru)燒嘴(zui)。

2.1空氣富氧(yang)

如圖(tu)1所示，空氣中(zhong)混(hun)入氧(yang)氣，通常(chang)稱為低富氧(yang)或預混(hun)富氧(yang)，很多燃燒(shao)器(qi)可通過(guo)這(zhe)種方式改造，氧(yang)氣注入來(lai)流(liu)空氣中(zhong)，通常(chang)使用(yong)(yong)一個擴(kuo)散器(qi)來(lai)保(bao)證完(wan)全混(hun)合，這(zhe)是(shi)一種經(jing)濟的(de)改進方式，同時(shi)能得到較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)收益。但是(shi)富氧(yang)會(hui)使火焰變(bian)短和集中(zhong)，當(dang)過(guo)多氧(yang)氣混(hun)入后，火焰會(hui)變(bian)得很短，較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)火焰溫度會(hui)燒(shao)壞燒(shao)嘴，并(bing)且空氣管(guan)道(dao)也需(xu)要(yao)改造以保(bao)證能夠安全使用(yong)(yong)。

圖1.空氣預混富氧

2.2氧氣(qi)插(cha)管

圖2是另外一(yi)種(zhong)富氧(yang)的(de)方式，和(he)上面第一(yi)種(zhong)方法(fa)一(yi)樣(yang)，通常作為低(di)富氧(yang)的(de)途徑，但(dan)是氧(yang)氣插管和(he)空氣預混(hun)富氧(yang)相比，有幾(ji)個優勢：不會對現有的(de)燒嘴進行改動，由于存(cun)在(zai)分級燃燒，NOx排放比于空氣富氧(yang)低(di)，這對于降低(di)NOx是一(yi)個

很(hen)好(hao)的技術，依靠氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管的位置，通過(guo)分(fen)級燃燒(shao)可以增加火焰(yan)(yan)長度(du)(du)，火焰(yan)(yan)加熱(re)(re)更均勻(yun)，在(zai)一(yi)定(ding)條件(jian)(jian)下(xia)(xia)，氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管位于(yu)燒(shao)嘴與加熱(re)(re)工件(jian)(jian)之間(jian)(jian)，能(neng)(neng)使火焰(yan)(yan)掃向(xiang)工件(jian)(jian)，從而(er)提(ti)高加熱(re)(re)效率，因(yin)(yin)此，氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管富(fu)(fu)氧(yang)方(fang)(fang)式(shi)燒(shao)壞燒(shao)嘴和耐材的可能(neng)(neng)性較小。氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管對于(yu)現有系(xi)統的改造成本(ben)不(bu)高，僅僅是(shi)在(zai)爐(lu)墻上開一(yi)個小孔。其中一(yi)種典型的氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管富(fu)(fu)氧(yang)方(fang)(fang)式(shi)是(shi)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)從火焰(yan)(yan)下(xia)(xia)方(fang)(fang)噴(pen)(pen)入，氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)插(cha)(cha)管位于(yu)燒(shao)嘴和被加熱(re)(re)工件(jian)(jian)之間(jian)(jian)。第一(yi)種空氣(qi)(qi)(qi)(qi)預混富(fu)(fu)氧(yang)方(fang)(fang)式(shi)是(shi)均勻(yun)地(di)提(ti)高了(le)火焰(yan)(yan)溫度(du)(du)，而(er)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)從下(xia)(xia)方(fang)(fang)噴(pen)(pen)入會提(ti)高下(xia)(xia)部火焰(yan)(yan)的溫度(du)(du)，這樣可以集(ji)中熱(re)(re)量加熱(re)(re)下(xia)(xia)方(fang)(fang)的工件(jian)(jian)，雖然氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與空氣(qi)(qi)(qi)(qi)的混合(he)不(bu)像前者(zhe)那么均勻(yun)，但加熱(re)(re)效率更有效的提(ti)高可以彌補這個缺點，并且爐(lu)頂不(bu)會因(yin)(yin)為過(guo)熱(re)(re)而(er)被燒(shao)壞。

圖2 氧氣插管富氧

2.3氧氣/燃料

圖3是第三(san)種富氧方(fang)式(shi)，通常被(bei)稱(cheng)之為純(chun)氧燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)，通常情況(kuang)下，氧氣和(he)燃(ran)(ran)料在(zai)燒(shao)(shao)嘴(zui)內部是分開(kai)的(de)，從燒(shao)(shao)嘴(zui)出口處才開(kai)始混(hun)合(he)(he)，產生擴散火焰(yan)，燃(ran)(ran)料和(he)氧氣不預先(xian)混(hun)合(he)(he)的(de)原因(yin)是氧氣活性較高(gao)，存在(zai)爆(bao)炸的(de)風險。在(zai)這(zhe)種方(fang)式(shi)中(zhong)，一(yi)般使用高(gao)純(chun)度(du)的(de)氧氣（一(yi)般O2含量大于(yu)(yu)90%），而氧氣純(chun)度(du)取決(jue)于(yu)(yu)制(zhi)氧方(fang)式(shi)，純(chun)氧燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)最(zui)具(ju)潛力，同時成本最(zui)高(gao)。

圖3 氧氣/燃料富氧

2.4.空氣-氧氣/燃料

第四(si)種方式如圖4所(suo)示，空氣(qi)(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)(qi)分別供入(ru)燒(shao)(shao)嘴(zui)，通常稱(cheng)之為空氣(qi)(qi)-氧(yang)氣(qi)(qi)/燃(ran)料(liao)燒(shao)(shao)嘴(zui)，這(zhe)對(dui)于普通燒(shao)(shao)嘴(zui)的改造(zao)也比較容易(yi)，這(zhe)種富氧(yang)方式有(you)幾個優(you)點：與空氣(qi)(qi)預混富氧(yang)和(he)氧(yang)氣(qi)(qi)插管相比，可(ke)以(yi)(yi)(yi)使(shi)用(yong)高濃度(du)的富氧(yang)，投(tou)資成(cheng)本(ben)低(di)于純氧(yang)燃(ran)燒(shao)(shao)，使(shi)用(yong)過程中，可(ke)通過改變供入(ru)氧(yang)氣(qi)(qi)的量來(lai)控制火焰形狀(zhuang)和(he)加(jia)熱特性。許多(duo)燒(shao)(shao)嘴(zui)設計時都(dou)可(ke)以(yi)(yi)(yi)使(shi)用(yong)雙燃(ran)料(liao)，如油氣(qi)(qi)兩(liang)用(yong)，將油槍替換為氧(yang)槍就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)(yi)改造(zao)成(cheng)為空氣(qi)(qi)-氧(yang)氣(qi)(qi)/燃(ran)料(liao)燒(shao)(shao)嘴(zui)，改造(zao)成(cheng)本(ben)不高。

圖4 空氣-氧氣/燃料富氧

2.5低純度氧氣

有(you)些情況下，使用(yong)VSA或(huo)PSA制(zhi)氧(yang)的成(cheng)本(ben)比低(di)溫(wen)制(zhi)氧(yang)要低(di)得多，單位氧(yang)氣的能耗也(ye)要低(di)很多，但(dan)氧(yang)氣純(chun)(chun)度(du)低(di)，通(tong)常只有(you)90-95%，與100%純(chun)(chun)氧(yang)相(xiang)比，幾乎具有(you)所有(you)的優勢(shi)，主要的問(wen)題是NOx排放較高，但(dan)可以大(da)大(da)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。

3.富氧(yang)燃燒的益(yi)處

空氣(qi)(qi)中有21%的(de)氧氣(qi)(qi)和79%的(de)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)，其中只有氧氣(qi)(qi)參與燃燒，通(tong)過取(qu)消(xiao)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)，帶來的(de)益處包括：熱效率，調(diao)節比(bi)，火(huo)焰穩定(ding)性(xing)，減(jian)少煙氣(qi)(qi)量和污染物排放，以下逐(zhu)一介(jie)紹。

3.1增加產量

對(dui)于(yu)高溫熱過程，火焰輻射(she)是(shi)主要的(de)(de)(de)傳熱方式(shi)，熱量輻射(she)與(yu)溫度成四次方關系，富氧的(de)(de)(de)火焰溫度更高，能夠有效提高火焰對(dui)工(gong)件的(de)(de)(de)輻射(she)加(jia)(jia)熱，通過增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)加(jia)(jia)熱速率來提高單(dan)位時(shi)間的(de)(de)(de)工(gong)件加(jia)(jia)熱量，因此，對(dui)于(yu)現有的(de)(de)(de)系統，能夠加(jia)(jia)熱更多的(de)(de)(de)坯料(liao)(liao)，對(dui)于(yu)新建系統，給(gei)定產(chan)(chan)量時(shi)爐(lu)子可以做得更小(xiao)，這一點尤其重要，建造爐(lu)子需要的(de)(de)(de)材料(liao)(liao)和(he)能耗更少了。為了能充分利用(yong)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)能，后續工(gong)藝的(de)(de)(de)處理能力也應調整。

通過富(fu)氧(yang)對現有系統(tong)的改造，與單純地擴大產(chan)能(neng)或(huo)使(shi)用其他新技術增加產(chan)量相比，成本要(yao)低(di)(di)得多，從應用經驗(yan)來看，這(zhe)(zhe)是富(fu)氧(yang)最具吸(xi)引力(li)的地方；富(fu)氧(yang)的另(ling)一個(ge)優勢(shi)是它能(neng)滿足(zu)周期性(xing)增加產(chan)能(neng)的需求(qiu)(qiu)，例如夏天(tian)時(shi)對飲料消費(fei)的增加會(hui)提高(gao)鋁制品(pin)的需求(qiu)(qiu)量，但冬天(tian)又會(hui)降低(di)(di)，這(zhe)(zhe)種短期或(huo)周期性(xing)的需求(qiu)(qiu)凸現了富(fu)氧(yang)的成本優勢(shi)。

3.2提高熱效率

通過(guo)(guo)(guo)使(shi)用氧氣(qi)(qi)替代空氣(qi)(qi)，更(geng)多的(de)(de)熱量(liang)傳遞給了坯料(liao)，而不是(shi)被(bei)氮氣(qi)(qi)帶走(zou)，因此單位(wei)產量(liang)的(de)(de)能耗降(jiang)低了，在有些應用案例(li)中，制氧成本可(ke)通過(guo)(guo)(guo)節約的(de)(de)燃(ran)料(liao)來(lai)彌補(bu)，如(ru)使(shi)用電(dian)加熱的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)程成本較高，可(ke)使(shi)用富(fu)氧+燃(ran)料(liao)供(gong)熱來(lai)補(bu)充；有時候可(ke)以(yi)使(shi)用替代方式，如(ru)在玻璃行業，一般使(shi)用油或氣(qi)(qi)作為(wei)燃(ran)料(liao)，同時用電(dian)予以(yi)輔(fu)助加熱，這就可(ke)以(yi)通過(guo)(guo)(guo)富(fu)氧來(lai)替代成本較高的(de)(de)電(dian)耗。

使用富氧(yang)的主要原(yuan)因是可以降(jiang)(jiang)低單(dan)位(wei)產品的燃料(liao)消耗(hao)，近些年隨著燃料(liao)成本(ben)的日益增(zeng)加(jia)，而制氧(yang)成本(ben)在不斷降(jiang)(jiang)低，這(zhe)就使得富氧(yang)燃燒技術更加(jia)具有吸引力。

3.3提高火焰性(xing)能

3.3.1更高(gao)的調節比

富氧(yang)能(neng)夠擴大燃(ran)料的(de)可燃(ran)極限(xian)，從而(er)提高燃(ran)燒系統的(de)調(diao)節比(bi)，火(huo)焰能(neng)夠在一(yi)個更寬的(de)條件下存在，例(li)如空氣/CH4的(de)火(huo)焰存在的(de)化學當量比(bi)范(fan)圍為(wei)1.3-3.8，而(er)O2/CH4火(huo)焰存在的(de)化學當量比(bi)為(wei)0.7-18.

3.3.2增加火焰穩(wen)定性

富氧燃燒的火(huo)(huo)焰傳播速(su)度(du)(du)更(geng)快，因此(ci)需(xu)要(yao)更(geng)高的氣(qi)(qi)體噴出速(su)度(du)(du)來避(bi)免回火(huo)(huo)和熄火(huo)(huo)。Lewis和von Elbe定義了圓管內(nei)的臨界(jie)速(su)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)：g=4V/(π*R^3)，其中V是(shi)燃料和富氧氣(qi)(qi)混合后的體積(ji)(ji)流(liu)量，R是(shi)管半徑，回火(huo)(huo)時(shi)，V就是(shi)由于(yu)回火(huo)(huo)導致熄火(huo)(huo)的最小(xiao)體積(ji)(ji)流(liu)量，圓管中CH4的臨界(jie)速(su)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)通過(guo)實驗測量，在化(hua)學當量比(bi)條件(jian)下，空(kong)氣(qi)(qi)和純氧的臨界(jie)速(su)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)分別為2100S^-1和510000S^-1，這說(shuo)明富氧可采用較(jiao)(jiao)高的氣(qi)(qi)體噴出速(su)度(du)(du)而不(bu)至于(yu)熄火(huo)(huo)，更(geng)高的速(su)度(du)(du)產(chan)生更(geng)穩(wen)定的火(huo)(huo)焰，并且氣(qi)(qi)流(liu)受爐膛內(nei)煙氣(qi)(qi)影響較(jiao)(jiao)小(xiao)。

3.3.3更(geng)好的點火性能

富(fu)氧(yang)的(de)另一(yi)個優勢是(shi)可在較(jiao)低的(de)溫度下采用(yong)較(jiao)少的(de)能量點(dian)火(huo)，表(biao)明富(fu)氧(yang)的(de)點(dian)火(huo)性能更好，但(dan)缺點(dian)是(shi)富(fu)氧(yang)系(xi)(xi)統容易被(bei)無(wu)意點(dian)燃，因(yin)此(ci)需要配備合理的(de)預防措施(shi)。富(fu)氧(yang)的(de)點(dian)火(huo)性能對于固體(ti)和液(ye)體(ti)燃料的(de)系(xi)(xi)統而(er)言尤其重(zhong)要，因(yin)為(wei)固液(ye)燃料比氣體(ti)燃料難(nan)點(dian)燃。

3.3.4火焰形狀控(kong)制

對于現有的(de)空氣/燃料系(xi)統，富氧(yang)可(ke)用于控制(zhi)火(huo)焰(yan)(yan)形狀(zhuang)，例如(ru)預混的(de)空氣富氧(yang)可(ke)用于縮短(duan)火(huo)焰(yan)(yan)長度(du)，火(huo)焰(yan)(yan)下方氧(yang)槍噴射氧(yang)氣可(ke)增加火(huo)焰(yan)(yan)長度(du)，控制(zhi)火(huo)焰(yan)(yan)形狀(zhuang)可(ke)用來避免指(zhi)定區域耐材的(de)過燒，或(huo)改(gai)變爐膛內(nei)的(de)熱流和溫(wen)度(du)分布。

3.4減少(shao)煙氣(qi)量(liang)

采(cai)用富氧可大大減少煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)量，具有(you)以下幾個益處：減小煙(yan)(yan)(yan)道(dao)尺(chi)寸，或者在同等(deng)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)量下增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)產量，另一個好(hao)處是可以增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)處理(li)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)效(xiao)率，這是因為煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)污染物濃度增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了，后處理(li)設備的(de)(de)(de)尺(chi)寸可以降(jiang)低(di)，節省了空間、材料、能耗和成本。由于富氧燃燒(shao)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)量減少，因此煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)流(liu)速大大降(jiang)低(di)，較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)流(liu)速會降(jiang)低(di)粉塵(chen)的(de)(de)(de)卷(juan)吸量，從而減少煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)中顆粒物含量，另外，煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)流(liu)速的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)意味著爐膛內煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)停留時間增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，這對(dui)于焚燒(shao)爐而言，增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)停留時間能夠更(geng)好(hao)的(de)(de)(de)分解有(you)機物。

3.4提高加(jia)熱效率(lv)

對(dui)于(yu)富氧(yang)燃燒火(huo)焰(yan)(yan)能(neng)夠增加(jia)給坯(pi)料的(de)傳熱速率(lv)還有一些爭(zheng)議。對(dui)于(yu)不(bu)發光的(de)火(huo)焰(yan)(yan)，由于(yu)富氧(yang)燃燒煙氣中(zhong)CO2和H2O的(de)含量高，因此(ci)火(huo)焰(yan)(yan)輻射率(lv)更高。

3.6降低成本(ben)

由(you)于(yu)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)強化了燃(ran)燒并(bing)且減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)了煙氣(qi)量(liang)，爐(lu)膛和配套的(de)(de)設備尺(chi)寸都可以減(jian)(jian)(jian)小，從而降低(di)建設成(cheng)本和空間，富(fu)(fu)氧(yang)(yang)還能(neng)夠(gou)減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)煙氣(qi)處理系統的(de)(de)成(cheng)本。在某些案例中(zhong)，由(you)于(yu)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)燃(ran)燒的(de)(de)煙氣(qi)量(liang)大(da)(da)大(da)(da)減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)，煙氣(qi)流速降低(di)，煙氣(qi)中(zhong)卷吸(xi)的(de)(de)粉(fen)塵(chen)量(liang)減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)，后續除塵(chen)的(de)(de)設備也(ye)可減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)，如在玻(bo)(bo)璃行業中(zhong)，色(se)素用(yong)來給玻(bo)(bo)璃上色(se)，采(cai)用(yong)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)后每年可節約(yue)2萬美元，因為煙氣(qi)中(zhong)帶走的(de)(de)色(se)素原料減(jian)(jian)(jian)少(shao)(shao)(shao)了。

3.7增加靈活性

富(fu)(fu)(fu)氧(yang)燃(ran)燒增加了爐(lu)子的(de)靈活性，一方面能夠加熱(re)(re)更多規(gui)格的(de)坯料，另一方面當需要(yao)更高(gao)爐(lu)溫時(shi)也可采用富(fu)(fu)(fu)氧(yang)燃(ran)燒，例如生產(chan)陶瓷和耐材產(chan)品需要(yao)1900K以上的(de)高(gao)溫，這對(dui)于空氣(qi)/燃(ran)料燃(ran)燒是(shi)很難達到的(de)；另外富(fu)(fu)(fu)氧(yang)能夠使加熱(re)(re)系統(tong)迅速(su)達到操(cao)作條件，例如富(fu)(fu)(fu)氧(yang)用于加熱(re)(re)爐(lu)時(shi)能夠實現快速(su)升溫和降(jiang)溫。富(fu)(fu)(fu)氧(yang)燃(ran)燒由于加熱(re)(re)強度高(gao)，因此系統(tong)響應速(su)度快，便(bian)于控制生產(chan)節奏。

3.8提高操(cao)作性能(neng)

富氧(yang)(yang)能夠(gou)提高產品質量，這在以下行(xing)業(ye)中得到證實：有色冶煉(lian)、玻璃、化(hua)學焚燒(shao)、搪(tang)瓷燒(shao)結、陶(tao)瓷、石灰窯等等。使(shi)用(yong)富氧(yang)(yang)燃(ran)燒(shao)后，火焰長度(du)(du)會縮短(duan)，對于有些熱過程(cheng)，縮短(duan)火焰長度(du)(du)能夠(gou)強化(hua)局(ju)部(bu)加熱或適應(ying)特定的爐(lu)膛形(xing)狀，同(tong)時能夠(gou)避免火焰直接(jie)沖刷耐材(cai)，但(dan)不合理使(shi)用(yong)富氧(yang)(yang)燃(ran)燒(shao)也會因為局(ju)部(bu)溫(wen)度(du)(du)過高而燒(shao)壞耐材(cai)。

4潛(qian)在的問題

當富氧燃燒系統(tong)設計不合(he)理時，由于局部高溫(wen)，也有潛在(zai)的(de)問題。

4.1耐材損壞

4.1.1過熱

如(ru)前所(suo)述，富(fu)(fu)氧(yang)燃燒(shao)會(hui)大大增加火焰(yan)溫度(du)，因此如(ru)果(guo)分(fen)(fen)配(pei)不(bu)(bu)合(he)(he)理，局部火焰(yan)輻射會(hui)損壞耐材(cai)，目(mu)前富(fu)(fu)氧(yang)燒(shao)嘴的(de)設(she)計需(xu)要考(kao)慮均勻分(fen)(fen)配(pei)熱量(liang)以(yi)避免(mian)燒(shao)嘴附件的(de)耐材(cai)被(bei)(bei)燒(shao)壞，燒(shao)嘴連同燒(shao)嘴磚(zhuan)一起安裝在(zai)爐墻上，燒(shao)嘴磚(zhuan)一般(ban)都使用(yong)牌(pai)號較高的(de)耐材(cai)。如(ru)果(guo)燒(shao)嘴位置和燃燒(shao)速率選擇不(bu)(bu)合(he)(he)理，耐材(cai)就(jiu)容易(yi)被(bei)(bei)燒(shao)壞，例如(ru)當富(fu)(fu)氧(yang)火焰(yan)直(zhi)接沖(chong)刷耐材(cai)時，大部分(fen)(fen)耐材(cai)很快就(jiu)會(hui)被(bei)(bei)燒(shao)壞，這可以(yi)通(tong)過合(he)(he)理布(bu)置設(she)計和布(bu)置燒(shao)嘴來避免(mian)，火焰(yan)長度(du)也需(xu)要考(kao)慮。

4.2.2侵蝕(shi)

富(fu)氧(yang)另一個潛在的(de)問題是會增(zeng)加易揮(hui)發成分的(de)濃(nong)度，例如在玻(bo)璃(li)行業，玻(bo)璃(li)生(sheng)產過(guo)程會產生(sheng)帶腐蝕性的(de)易揮(hui)發成分，使用富(fu)氧(yang)后，這些成分的(de)濃(nong)度增(zeng)加了，就更(geng)容易引起耐(nai)材的(de)腐蝕。

4.2不均勻加熱

富氧燃燒強(qiang)度增(zeng)加了，會改(gai)變傳熱(re)(re)特(te)性。由于火焰(yan)溫度升高，火焰(yan)輻射熱(re)(re)流增(zeng)加，如果輻射傳熱(re)(re)集中在局部，就會在坯(pi)料上出現過熱(re)(re)點，這會導致過燒，目(mu)前的富氧燒嘴(zui)設計都會規避(bi)這個問(wen)題。另外，由于富氧燃燒的煙氣(qi)量減少了，煙氣(qi)對流換熱(re)(re)量降低，但它(ta)的另一個重要問(wen)題是(shi)影響(xiang)傳質(zhi)，有些熱(re)(re)過程需要使揮發(fa)分(fen)揮發(fa)，煙氣(qi)量的減少就會影響(xiang)傳質(zhi)，要解決這個問(wen)題，這可(ke)以(yi)通過增(zeng)加噴嘴(zui)來加強(qiang)煙氣(qi)循環。

4.3火(huo)焰干擾

近(jin)些年，富氧燒(shao)(shao)嘴有往低動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰設(she)計的趨勢，低動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰更(geng)長、更(geng)亮(liang)，但問題是(shi)更(geng)容(rong)易(yi)受氣流干(gan)擾，其中一(yi)個(ge)例子(zi)是(shi)當低動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰和(he)高(gao)動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰同時(shi)用于一(yi)個(ge)爐子(zi)時(shi)，低動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰很(hen)容(rong)易(yi)受高(gao)動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰的影響，尤其是(shi)高(gao)動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰布置在它的對(dui)面(mian)時(shi)，另外當低動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)火(huo)焰燒(shao)(shao)嘴位(wei)于爐尾時(shi)，也容(rong)易(yi)受到來流煙氣的影響，要解決這個(ge)問題，應該(gai)從合(he)理(li)布置燒(shao)(shao)嘴、合(he)理(li)選擇燒(shao)(shao)嘴火(huo)焰動(dong)(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)和(he)燒(shao)(shao)嘴操作條(tiao)件等方面(mian)考(kao)慮。

4.4增加污染物排放

4.4.1NOx

富(fu)氧增加了火焰溫度，可能會帶來NOx的升高。

4.4.2噪音

如(ru)前(qian)所(suo)述，富(fu)氧燃(ran)燒需要較高的(de)(de)氣流噴射速(su)度，這就會(hui)帶來噪(zao)(zao)音(yin)(yin)，以前(qian)的(de)(de)富(fu)氧燒嘴(zui)在(zai)在(zai)敞開空間燃(ran)燒時噪(zao)(zao)音(yin)(yin)巨大(da)，當燒嘴(zui)置于燃(ran)燒室內(nei)時，噪(zao)(zao)音(yin)(yin)被爐墻(qiang)包裹住，并且雖(sui)然氣流速(su)度高，但(dan)氣流量(liang)較小(xiao)，這也能夠減緩一部分噪(zao)(zao)音(yin)(yin)，近些年，低動(dong)量(liang)富(fu)氧燒嘴(zui)的(de)(de)噪(zao)(zao)音(yin)(yin)已比常規燒嘴(zui)噪(zao)(zao)音(yin)(yin)低。

4.5回(hui)火

由于(yu)氧(yang)氣(qi)活性更高，富氧(yang)燒(shao)嘴(zui)存在回火(huo)的風險，回火(huo)是(shi)由于(yu)氣(qi)流速(su)度(du)低(di)于(yu)火(huo)焰(yan)傳(chuan)播速(su)度(du)，火(huo)焰(yan)前端(duan)會向燒(shao)嘴(zui)內移動(dong)，火(huo)焰(yan)會在燒(shao)嘴(zui)內燃燒(shao)，隨著(zhu)氧(yang)氣(qi)濃度(du)的增加，火(huo)焰(yan)傳(chuan)播速(su)度(du)更快。因此一般富氧(yang)燒(shao)嘴(zui)的設(she)計都不會使燃料和氧(yang)化劑預混。

因(yin)此，富(fu)氧燃燒優點突出(chu)，也存在(zai)潛在(zai)問題，需要合理選擇和(he)使用。

本(ben)文參考《Industrial Burners Handbook》。