富氧燃烧技术在水泥窑的应用

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目前，笔者获悉，富氧煅烧技术首次在国内某5000t/d水泥窑上获得成功。据了解，富氧煅烧技术系采用比空气中氧含量高的空气来助燃，可以显著提高燃烧效率和火焰温度，但由于富氧成本较高，多年来未能进入利润较低的水泥行业，长久以来主要是应用在玻璃熔窑和金属冶炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技术的成熟和利用，富氧成本不断降低，在高温、高煤耗、低利润的水泥行业，应用富氧煅烧技术的时代已经到来。

富氧煅烧技术在水泥窑上成功应用据了解，在国内某5000t/d水泥窑上应用的富氧煅烧技术，从2012年11月14日至11月18日，首先进行了120小时的连续无富氧运行基准测试；从11月19日至11月24日，又进行了144小时连续加富氧运行测试。截止到2012年11月24日，已经完成了全部测试工作，测试双方认可的节煤率为8.18%。2012年11月25日，富氧煅烧技术投入正式运行。从11月25日到12月2日，又进行了192小时的正式有富氧运行观察，节煤率达到了10.19%，节煤效果非常明显。采用富氧煅烧技术，由于燃料在富氧中能够充分燃烧，热辐射会迅速增强，从而大大提高了燃料的燃烧速度和燃尽率。富氧煅烧将燃料本身具有的能量得以比较集中的释放出来，用在它该用的地，从而减小了燃烧的边际效应，减少了由于不完全燃烧导致的它在不该用的地方继续燃烧造成的浪费，通过提高燃料能量的利用率实现了节能的目的。据笔者了解，我国在80年代便引进了富氧煅烧技术，并获得了成功。而这次在5000t/d水泥窑上富氧煅烧技术首次获得成功，标志着水泥行业能够利用该技术实现节能减排，开创了历史先河。富氧燃烧技术的起源与发展迄今为止，人类消费能源的80％是通过燃烧途径得到的，而燃烧过程的排放物也是造成环境污染的主要原因。如何提高资源的利用率，并在利用的同时尽可能地降低对环境造成的影响，各种高效率、低污染燃烧技术的开发非常活跃。富氧煅烧是高效燃烧技术的一种，发达国家将其称为“资源的创造性技术”，已经在燃烧的各个领域开始应用。在美国，1984年将膜法富氧技术用于铜煅烧炉，取得了节能率大于30%的显著效果。一玻璃厂用23％富氧助燃，产量增加12.3%，节能约9%，成品率提高3～10%，灰泡数量下降40%，炉龄延长了5～6个月。在日本，先后有近20家公司推出了富氧装置。通过在以气、油、煤为燃料的不同场合进行的富氧应用试验，得到了如下结论：用23％的富氧助燃，可节能10～25%；用25％的富氧助燃，可节能20～40%；用27％的富氧助燃，可节能30～50％等。在我国，1980年首次在白银有色金属公司冶炼厂使用了富氧，达到了节约能源、强化熔炼和根治污染的目的，使我国冰铜生产工艺的富氧熔炼获得完全成功。1989年中科院大连物理化学研究所和北京玻璃集团合作，将“局部增氧”和“梯度燃烧”应用于玻璃池炉，所用富氧空气量仅有二次风量的1％左右，而进风量和引风量均下降了1/4～1/2左右，节能增产和环保效益显著。富氧燃烧采用比空气中氧含量高的空气来助燃，可以显著提高燃烧效率和火焰温度，但由于富氧成本较高，多年来未能进入利润较低的水泥行业，长久以来主要是应用在玻璃熔窑和金属冶炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技术的成熟和利用，富氧成本不断降低，在高温、高煤耗、低利润的水泥行业，应用富氧煅烧技术的时代已经到来。Frontier前沿

1.富氧燃烧定义

燃烧是空气中的氧参与燃料氧化并同时发出光和热的过程。富氧燃烧是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于空气中的氧浓度（根据实际情况可采用局部富氧和整体富氧），直至纯氧燃烧。富氧燃烧对所有燃料（包括气体、液体和固体）和工业锅炉均适用，既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能，广义上讲凡是用空气参与反应的均可用富氧代替。

2.富氧燃烧节能机理

①提高火焰温度。

②加快燃烧速度， 促进煤粉燃烧完全。

③降低过量空气系数， 减少排烟热损失。

④增加热量利用率， 提高燃烧效率。

3.富氧燃烧意义

煤炭灰分过高，热值过低，因此燃料在燃烧的过程中存在不完全燃烧，降低熟料生产质量，影响水泥生产效率和水泥质量。富氧燃烧是解决燃料燃烧不完全最有利的措施，可以促进燃料的完全燃烧，提高整个系统的热效率，提高水泥生产效率和质量。

4.水泥富氧生产工艺

4.1 热工制度对水泥熟料煅烧质量的影响

研究表明，优质熟料主要特征是C3S+C2S矿物含量高，碱含量低，矿物晶粒粒径较细小均匀。当生料工艺质量参数和粉磨细度、颗粒粒径分布、化学成分、有害成分等保持稳定不变的情况下，回转窑煅烧操作热工制度和煅烧温度、升温速率、峰值温度、保温时间、窑速和冷却速率等就决定了熟料硅酸盐矿物C3S和C2S的含量和活性，熟料中晶体尺寸大小，主要决定于水泥生料的易烧性和窑的煅烧操作热工制度的稳定性。因此，回转窑的煅烧操作热工制度对硅酸盐水泥熟料煅烧质量产生重要影响。

（1 ）煤质的影响

水泥企业对煤质要求并不低，对原煤品质要求主要体现在灰份、挥发份、含硫和发热量。一般回转窑煅烧用煤质量要求灰分A≤30%，挥发分V在18%～30%，发热量 Qdw ≥5000kcal/kg，煤粉细度要求控制在8%～15%，煤粉在燃烧过程中存在不完全燃烧的现象并且煤粉燃烧后灰分全部沉落在烧成带的熟料颗粒表面上，造成熟料颗粒表面富硅化，从而改变熟料表层矿物成分，C3S含量下降，C2S含量上升，从而影响熟料质量，当前相应的对策措施，一是适度调整增加干法窑尾分解炉用煤量和降低窑头喷煤量，其比例控制在6：4左右，以增加分解炉中煤灰分与灼烧生料的混合程度，降低窑头煤灰对熟料质量的负面影响；二是采取窑尾分解炉与窑头喂煤质量分别控制，分解炉喂低热值煤，窑头喂高热值煤，可降低劣质煤对窑头熟料质量的不利影响。

1 一．膜法富氧燃烧技术简介

富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量≥21%。

现有的富氧方式主要有：

(1)增压增氧方式

增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为20 95%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。

(2)制氧机制氧方式

制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。平时我们所见的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩空气的压力在1ＭＰａ以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可参见文献。第三种是ＰＳＡ分子筛制氧方法,ＰＳＡ分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,ＰＳＡ氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。 2 (3)化学制氧方式

化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。一般用氯酸钾(分子式是ＫＣｌＯ3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(ＭｎＯ2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。氧立得就是利用这种原理制氧的。

水泥富氧燃烧技术原理

水泥富氧燃烧技术是一种先进的燃烧技术，它通过提高燃烧过程中的氧气含量，优化燃烧环境，从而提高水泥燃烧效率，减少污染物排放。本文将从富氧燃烧原理、水泥燃烧特性、燃料与氧气混合、燃烧室设计、排放控制等方面，详细介绍水泥富氧燃烧技术的原理和应用。

一、富氧燃烧原理

富氧燃烧技术是指在燃烧过程中，通过提高氧气含量，使燃料能够更加充分地燃烧。相比传统燃烧技术，富氧燃烧具有更高的燃烧温度和更快的燃烧速度，同时减少了不完全燃烧的情况，从而提高了燃烧效率。在水泥工业中，富氧燃烧技术被广泛应用于提高水泥熟料的生产效率和降低能源消耗。

二、水泥燃烧特性

水泥是一种由矿物质组成的无机材料，其燃烧过程相对复杂。在水泥熟料生产中，需要经过高温煅烧和固相反应等过程。富氧燃烧技术能够提高水泥燃烧过程的温度和速度，从而缩短煅烧时间，提高熟料产率和质量。此外，通过优化燃烧环境，还能够减少热力型氮氧化物（NOx）等污染物的排放。

三、燃料与氧气混合

在水泥富氧燃烧过程中，燃料和氧气的混合程度直接影响到燃烧效果。为了使燃料和氧气能够充分混合，一般采用以下措施：

1.燃料预热：将燃料预热到一定温度，使其与冷氧气混合时能够

迅速引燃，提高混合效果。

2.氧气预热：将氧气预热到一定温度，减少其在管道中的阻力，提高氧气的流速和流量。

3.采用喷嘴混合：通过设计特殊的喷嘴，使燃料和氧气在喷嘴口处实现高效混合。

四、燃烧室设计

燃烧室是水泥富氧燃烧过程中的重要设备之一。为了提高燃烧效率，需要从以下几个方面设计燃烧室：

1.提高燃烧室温度：通过增加燃料和氧气的浓度和提高其混合速度，提高燃烧室温度，从而提高燃烧效率。

2.控制燃烧速度：为了防止水泥熟料煅烧不充分或烧结过度，需要控制燃烧速度，使燃料在预定的时间内完全燃烧。

3.减少烟气和有害物质排放：通过合理设计燃烧室内部结构，减少不完全燃烧和热力型氮氧化物的排放。同时，还可以采取其他措施如二次风口的设置等，进一步减少有害物质的排放。