富氧燃燒技術(shù)在沖天爐中的應(yīng)用

孫紅星

（梅塞爾管理咨詢（上海）有限公司，上海201106）

富氧燃燒技術(shù)在沖天爐中的應(yīng)用

孫紅星

（梅塞爾管理咨詢（上海）有限公司，上海201106）

介紹了鑄鐵沖天爐燃燒解決方案——富氧燃燒技術(shù)。通過燃燒過程的原理來闡述富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)越性，對比空氣助燃和富氧燃燒兩種不同燃燒方式，分析沖天爐的經(jīng)濟(jì)性以及相關(guān)的應(yīng)用情況、能耗、熔化率表現(xiàn)，得出富氧燃燒技術(shù)能夠提高熔化率，節(jié)能降耗和減排環(huán)保。

沖天爐；富氧燃燒技術(shù)；節(jié)能

1　富氧燃燒理論基礎(chǔ)

燃燒是由于燃料中可燃分子與氧分子之間發(fā)生高能碰撞而引起的，所以氧的供給情況決定了燃燒過程完成得是否充分。用比通常空氣（含氧21%）含氧濃度高的富氧空氣進(jìn)行燃燒，稱為富氧燃燒（oxygen enriched combustion），簡稱OEC。

常規(guī)的燃燒過程都存在著不足之處，局部缺氧，產(chǎn)生不完全燃燒，火焰溫度偏低也會產(chǎn)生不完全燃燒，可燃物質(zhì)變成煙塵排掉，浪費能源，造成大氣污染；富氧燃燒針對缺氧區(qū)，局部增氧，使燃燒充分，火焰溫度提高，輻射強(qiáng)度大幅提升，從而使熱能的利用率大幅提升。氧濃度提高，火焰溫度上升，熱效率大幅度提高。

富氧可以使火焰溫度提高，燃燒反應(yīng)過程穩(wěn)定?；鹧鏈囟扰c節(jié)能效率密切相關(guān)，火焰溫度提高，促進(jìn)整個燃燒體（爐膛）溫度上升。受熱物質(zhì)主要靠熱輻射獲得熱能，輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，爐膛溫度上升雖不大，但熱輻射強(qiáng)度大幅提升，受熱物質(zhì)更容易獲得熱量，熱效率大幅提高。

富氧可以降低燃料的燃點溫度和減少燃盡時間，降低過量空氣系數(shù)，減少燃燒后的煙氣量。用富氧代替空氣助燃，可適當(dāng)降低過量空氣系數(shù)，減少排煙體積。

2　沖天爐富氧燃燒技術(shù)

沖天爐富氧燃燒是指向沖天爐的助燃風(fēng)中加入氧氣，使其含氧量超過空氣的正常值（21%），以達(dá)到提高鐵液生產(chǎn)率和節(jié)省焦炭的目的。煤在富氧狀態(tài)下燃燒，燃燒溫度大大提高，可強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱，提高生產(chǎn)率；隨著助燃空氣中氧氣含量的增加，助燃空氣量減少，空氣量的減少導(dǎo)致煙氣量的減少，排煙熱損失也就減少，提高了熱效率，節(jié)約了能源，與不加氧的傳統(tǒng)工藝相比較，沖天爐富氧燃燒技術(shù)有如下優(yōu)點：

1）提高鐵液溫度，且在相同的焦耗條件下降低硅的燒損；

2）提高鐵液生產(chǎn)率；

3）在同樣出鐵溫度下，減少了焦的消耗，同時降低鐵液中S的含量；

4）開爐時，相同的時間內(nèi)出鐵溫度明顯提高。

3　富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備介紹

富氧燃燒系統(tǒng)如圖1所示，主要包括：液氧儲罐及汽化器，氧氣流量調(diào)節(jié)閥組和爐前系統(tǒng)。

圖1　富氧燃燒系統(tǒng)示意圖

4　沖天爐加氧方法

沖天爐富氧燃燒的加氧方式有如下幾種：

1）主風(fēng)管加氧：即在沖天爐主供風(fēng)管上插入一根輸氧管，氧氣由此進(jìn)入，氧氣隨管中空氣一同經(jīng)風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)，如圖2所示。

2）風(fēng)口射氧：即氧氣通過鼓風(fēng)口單獨的加氧槍，以高速連續(xù)的方式射入沖天爐內(nèi)，如圖3所示。

圖2　主風(fēng)管加氧

圖3　風(fēng)口射氧

3）脈沖射氧：和風(fēng)口射氧類似，氧氣通過鼓風(fēng)口單獨的加氧槍，再通過拉瓦爾噴嘴以高速的方式射入沖天爐內(nèi)，但不是連續(xù)加氧，是脈沖式的間斷加氧。由于噴射出來的氧氣流速大，能量集中，具有很大的動能，可以直接穿透焦塊縫隙，直達(dá)爐子中心，使氧化區(qū)擴(kuò)大到爐子中心部位，如圖4所示。

5　富氧燃燒的經(jīng)濟(jì)效益分析

條件假設(shè)：5 t/h的沖天爐，年工作時間按3 600h算，初始焦比按1：10，成品率按70%.

圖4　脈沖射氧

經(jīng)濟(jì)效益計算：

1）節(jié)省焦炭15%（焦炭價格按2000元/t）

5×3600÷70%×（1∶10）×15%×2000=77萬元/年

2）使用氧氣100 Nm3/h（氧氣價格按1元/m3）

100×3 600×1=36萬元/年

3）設(shè)備投入約10萬元，為一次性投資

4）產(chǎn)能增加15%

5×3 600×15%=2 700 t/年

結(jié)論：直接經(jīng)濟(jì)效益為節(jié)約生產(chǎn)成本41萬元/年，同時增加產(chǎn)能2 700 t/年。

6　沖天爐富氧燃燒技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況

盡管沖天爐的富氧送風(fēng)技術(shù)很早就進(jìn)入試驗階段，但由于國內(nèi)氧氣價格較高的原因，我國大部分鑄造企業(yè)都沒有使用富氧燃燒技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，隨著近年來氧氣價格的下降，部分企業(yè)開始嘗試使用這項新工藝。通過我公司在浙江某大型鑄造企業(yè)的應(yīng)用情況來看，考慮到鑄鐵熔煉的工藝過程，在應(yīng)用過程中需要對具體的爐況和生產(chǎn)工藝進(jìn)行摸索和總結(jié)，最后取得了不錯的效果。

［1］《沖天爐技術(shù)手冊》編委會.沖天爐技術(shù)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社：2009.

［2］劉毅.富氧助燃技術(shù)及其應(yīng)用［J］.節(jié)能與環(huán)保，2005（2）：28.

［3］周慧，李云鵬.富氧燃燒技術(shù)及其對環(huán)境的影響研究綜述［J］.華東電力，2008（9）：111-113.

［4］朱光俊.煤富氧燃燒對節(jié)能與環(huán)境的影響分析［J］.工業(yè)加熱，2005，34（4）：11-13.

Introduction of Oxygen Rich Combustion Technology Application Used in Cupola

SUN Hong-xing
（Messer Management Consulting Co.，LTD.，Shanghai 201106，China）

The oxygen rich combustion technology，a cast iron melting copula combustion solution，was introduced.The priority of oxygen rich combustion was elaborated based on the combustion pirnciple.Compared such index as economic analysis，energy consumption，melting rate，etc with air aid and oxygen rich combustion，the oxygen rich combustion can increase melting rate，lower energy cost and better for environmental protection.

cupola，oxygen rich combustion technology，energy saving

TG232.1

A

1674-6694（2016）04-0007-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.04.002

2016-04-01

孫紅星（1974-），男，工程師，主要從事燃燒技術(shù)研究。