发达国家早在20世纪60年代就已开始对炉窑富氧燃烧进行研究。有资料表明,玻璃熔化炉、石灰窑、冲天炉、锻造加热炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑、砖瓦窑以及其他各种工业炉窑,应用富氧助燃可获得明显的节能效果,有效减少大气污染,综合效益显著。
1富氧助燃节能技术的节能机理
根据质量作用定律,燃烧反应速度随反应物的浓度增加而加快。特别是气体燃料,助燃气体中的氧气浓度增加,可以明显提高理论燃烧速度、辐射传热系数,缩短燃料燃烧时间。另外,火焰的传播速度随燃料、氧化剂的配比而变化,也就是说氧浓度的增加,火焰传播速度就会增加。例如氢气在空气中的传播速度是cm/s,而在氧气中就是cm/s。而且,普通助燃空气中的大量氮气与惰性气体降低了火焰传播速度,同时也阻碍了氧气与燃料气体的接触和混合反应速度。
富氧助燃节能技术在理论与实际中的优势显而易见,以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统,其节能机理为:
1)富氧助燃强化了燃料的燃烧,使燃料充分释放了所有的热量,提高燃料的燃烬率;因富氧环境而减少燃料的热损失,提高了燃烧系统的升温速率;
2)因富氧环境,对于可适当提高工艺火焰温度的燃烧系统来说,如锅炉、窑炉因富氧环境可有效提高炉内火焰温度,改善了炉内火焰的热传递效率;
3)富氧环境可有效地提高火焰黑度,改善传热效率,提高热量利用率,减少炉内过剩空气系数,减少燃烧后的烟气排放量,减少排气热损失,提高热效率。
2工业炉窑能耗与富氧技术现状
目前,国内各种工业炉窑(不包括锅炉)能耗约占全国总能耗的1/4,占工业总耗能的60%。工业炉窑数量约有14万台,其中陶瓷窑炉1.5万余条生产线(并以每年新增条生产线的速度增长);玻璃窑0余座;金属热处理炉窑1万座(天然气炉窑每年新增座);耐火材料生产炉窑0余座。而拥有工业炉窑的耗能企业,其工业炉窑耗能量约占到本企业耗能量的10%~70%,有的企业甚至更多。陶瓷、玻璃等生产企业其工业炉窑耗能量,约占到该企业耗能量的50%以上,有的企业甚至占到80%以上。
在能源短缺和环境污染的双重压力下,中国的工业炉窑节能环保技术产品在近几年已经有了很大的发展,但工业炉窑能耗利用总水平不高,仅相当于发达国家20世纪五六十年代的水平。工业炉窑的热效率平均不到30%,而国际上工业炉的热效率平均为50%以上。长期以来,工业炉窑使用企业非常