梅朝鮮

綿陽職業(yè)技術學院（621000）

1 純氧燃燒的的概念

所謂純氧燃燒，就是把燃料與85%～100%純氧按預定燃料比混合，以更精確的方式來進行燃燒的技術。

2 純氧燃燒技術應用現(xiàn)狀

純氧燃燒技術最早主要被應用于熔塊行業(yè)及窯齡較長的玻璃窯上以維持產(chǎn)量或延長窯的壽命，到了上世紀80年代末純氧燃燒技術在玻璃熔窯中作為更好的選擇方案已逐漸取代常規(guī)空氣燃燒技術,這是因為純氧燃燒不僅能大大降低NOx、C02、粉塵等污染物的排放，而且在節(jié)能、提高產(chǎn)量和質量、減少設備投資和節(jié)省廠房場地等諸多方面都有良好的表現(xiàn)。近年來在玻璃窯上應用純氧燃燒在歐美已成為一種趨勢，應用范圍覆蓋各種玻璃產(chǎn)品和窯型。目前深圳、長沙、馬尾、安陽、鄭州、石家莊等玻殼廠及部分日用玻璃廠都采用了純氧燃燒技術。

而在水泥廠,目前還是主要采用常規(guī)空氣燃燒技術，以下將對其采用純氧燃燒技術的可行性及優(yōu)越性進行探討。

3 純氧燃燒技術在水泥旋窯的應用分析及優(yōu)越性

3.1 熱效率提高

因空氣中氧氣只占21%,空氣助燃時79%的無用氣體要被加熱然后又被排放，因此熱效率很低。而純氧燃燒時煙氣量大大減少，其帶走的熱量相應減少。假設出預熱器廢氣溫度為300℃，此溫度下氮氣的平均比熱是 1.313 KJ/m3·℃，每立方米氮氣帶走的熱量是 300×1.313=393.9 KJ。采用純氧燃燒時，每引入 1 m3氧氣，相當于節(jié)省的熱量是 393.9×79/21=1481 .8 KJ。

3.2 傳熱效率提高

高溫狀態(tài)下主要以輻射傳熱為主。對分子結構對稱的雙原子氣體如氮氣（N2），在工業(yè)上常見的溫度范圍內發(fā)射和吸收輻射能的能力很小,可以看作是熱輻射的透明體，幾乎無輻射能力。而對于多原子（三原子以上）的氣體如二氧化碳CO2和水蒸氣H2O或不對稱的雙原子氣體如一氧化碳CO等，一般都具有相當大的輻射能力。水泥旋窯基本以煤為燃料，若采用空氣助燃，由化學反應方程式 C（s）+O2（g）=CO2（g）,即 1體積的氧氣大約轉變?yōu)?體積的二氧化碳氣體，因此，煙氣中無輻射能力的氮氣還是占絕大部分。而純氧燃燒的煙氣產(chǎn)物中主要是二氧化碳CO2和水蒸氣H2O，很顯然，純氧燃燒的傳熱效率要高于空氣助燃的傳熱效率。

3.3 窯內氣體流速大大降低

由于純氧燃燒時煙氣量大大減少,對一確定尺寸的窯,窯內氣體流速與煙氣量是呈正比例的,因此，煙氣量減少多少,則流速降低多少。流速降低則可降低窯內揚塵,揚塵的減少,相當于是提高了窯的產(chǎn)量，降低最后一級旋風筒的負荷。

3.4 更環(huán)保

空氣中含有大量的氮氣,燃燒時產(chǎn)生有毒的NOx等污染物。純氧燃燒由于幾乎沒有氮氣參與，因此也幾乎不會產(chǎn)生NOx等污染物。而且純氧燃燒時煙氣量大大減少，窯內氣體流速降低，從而降低窯內揚塵，也必然降低粉塵的排放。因此，純氧燃燒技術更環(huán)保。

3.5 降低漏風量

前面已提到，以煤為燃料的水泥窯，消耗1體積的氧氣大約轉變?yōu)?體積的二氧化碳氣體，因此，煙氣中的氮氣含量幾乎不變，即與空氣中的含量相近，約79%。也就是說，采用純氧燃燒時窯尾風機的排風量將減少79%,則預熱器系統(tǒng)各級負壓值均會降低，漏風量也隨之降低。

3.6 可減少窯尾結圈或預熱器內結皮

當窯尾或預熱器內溫度偏高，可使生料液相提前出現(xiàn)，從而容易產(chǎn)生結皮，這是產(chǎn)生結皮的原因之一。而燃料（煤粉）燃燒不充分，有些燃料隨氣體流入窯尾或預熱器中繼續(xù)燃燒，常造成窯尾或預熱器內溫度偏高。若采用純氧燃燒則可避免，原因有二:1)窯內氣體流速大大降低，燃料顆粒難以進入窯尾或預熱器；2)由于氧氣濃度極高，煤粉燃燒速度快且充分。在800℃以下，碳的燃燒速度v由化學反應控制，只與空氣中氧的濃度[O2]成正比，其反應速度方程式一般認為是v＝k[O2]。若空氣中氧氣的的濃度是21%,假設純氧中氧的濃度為85%,顯然采用純氧燃燒時碳的燃燒速度比空氣助燃要快85/21≈4倍。

3.7 可減小預熱器的尺寸

《水泥預分解技術與熱工系統(tǒng)工程》一書中提到預熱器的尺寸的確定:

試中:Q—筒內氣體流量m3/s；VA—假想截面風速m/s。

可以看出，旋風筒直徑D與旋風筒內氣體流量的平方根成正比，若流量減少 79%，即 Q=0.21Q原，則 D=0.46D原，旋風筒直徑D可減小約一半。設備尺寸減少，必然可降低在設備上的投資。

分解爐內截面平均風速一般在一定的范圍內,變化不大。顯然，流量減少79%，分解爐內徑可縮減為原來的0.46。若采用原有的分解爐，由空氣助燃改為純氧燃燒，因爐內截面平均風速不變，必大大增加氧氣含量，就可大大增加燃料噴入量，也就可大大提高分解爐的產(chǎn)量。

以上是筆者對純氧代替空氣在水泥旋窯中的燃燒作了有利一面的分析，但也要認識到不利的一面。一是氧氣的成本,目前制備1 Nm3氧氣消耗的電能約0.5 kWh,相當于1800 kJ。不過大部分可由節(jié)省氮氣帶走的熱量1481 .8 kJ所抵消?？紤]到其它有利因素（如環(huán)保、降低漏風量、減小預熱器的尺寸等），從經(jīng)濟上講是可行的。其次是熟料的冷卻，目前熟料主要采用篦式冷卻機進行冷卻,冷卻熟料后的熱風除一部分二次風滿足回轉窯用，一部分三次風滿足分解爐用外,必須有一部分冷卻后的熱空氣也即是余風需要放走。顯然，燃燒系統(tǒng)所需的純氧量是遠遠不能滿足熟料冷卻的要求的。筆者認為這一問題的解決方法為:純氧可不用去作為冷卻熟料的氣體，完全由空氣去完成就行了,多出的余熱空氣用于余熱發(fā)電即可。

4 結束語

純氧燃燒技術在水泥窯上的應用在經(jīng)濟上、技術上有很多有利的因素。

但是,純氧燃燒技術在水泥旋窯要真正的應用還有很多問題，還有待在開發(fā)、研究過程中不斷地去解決。

[1]趙乃仁.水泥熟料煅燒中的熱經(jīng)濟[J].中國水泥,2009,9(088):64.

[2]大連工學院無機教研室編.無機化學上冊[M].高等教育出版社,1982,6.

[3]陳全德等編著.水泥預分解技術與熱工系統(tǒng)工程 [M].中國建材出版社出版,1998.