燃?xì)獠膳療崴疇t的富氧燃燒研究

王維

（武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖北武漢 430010）

燃?xì)獠膳療崴疇t的富氧燃燒研究

王維

（武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖北武漢 430010）

本文介紹富氧燃燒的特點與變壓吸附法制取富氧，計算在氧濃度和過?？諝庀禂?shù)不同的情況下的燃?xì)饬?、所產(chǎn)煙氣量和燃燒溫度，進(jìn)一步計算富氧燃燒狀態(tài)下燃燒節(jié)能率。

燃?xì)獠膳療崴疇t；富氧燃燒；燃燒溫度；助燃富氧濃度；節(jié)能率

1 富氧燃燒的特點與變壓吸附法制取富氧

富氧燃燒具有如下特點［1］：①富氧使燃燒的溫度及黑度隨之上升，從而大幅提升自身的傳熱效率；②助燃氧氣濃度提高不但可以提高燃燒的速率，縮短燃燒的時間，加強(qiáng)燃燒時的強(qiáng)度，而且還能使燃燒的化學(xué)反應(yīng)更加充分，即更全面的燃燒；③燃燒溫度升高，排出煙氣溫度隨之升高，高溫?zé)煔饨?jīng)過換熱器可釋放出更多熱量，提高了煙氣傳熱能力；④富氧燃燒技術(shù)能在較低溫度下點燃燃燒燃料，提高燃燒產(chǎn)熱；⑤富氧燃燒降低過量空氣系數(shù)，保證完全燃燒，減少煙氣帶走的熱量，提高燃燒的效率。

變壓吸附法的原理是根據(jù)吸附劑（沸石分子篩）對于氮氣和氧氣的吸附能力的差異，完成對空氣中氮氣和氧氣的剝離。因為壓力如果產(chǎn)生變動，分子篩的吸附量也會隨著變動，呈周期性使壓力產(chǎn)生變化，可讓吸附與解吸操作交替進(jìn)行，像過濾篩一樣將空氣中所含的氧氣全部篩出，剝離了空氣中的氮氣與氧氣，最終獲取富氧氣體。

2 富氧燃燒計算

2.1 富氧燃燒實際助燃?xì)怏w量

稀有氣體并不參加燃燒反應(yīng)，假設(shè)忽略空氣中包含的極少量稀有氣體。1Nm3試驗氣在不同氧氣濃度的富氧助燃?xì)怏w和過剩空氣系數(shù)的燃燒條件下，燃燒需要的實際助燃?xì)怏w量計算結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，富氧氣體燃燒更節(jié)省實際助燃?xì)怏w的需要量，同時降低排放的煙氣量；隨著過?？諝庀禂?shù)變大，助燃需要的空氣量增多。

表1 燃燒需要實際助燃?xì)怏w量

2.2 富氧燃燒實際產(chǎn)生煙氣量

1Nm3試驗氣在不同氧氣濃度的富氧助燃?xì)怏w和過?？諝庀禂?shù)的燃燒條件下，燃燒實際產(chǎn)生煙氣量計算結(jié)果見表2。采用富氧助燃產(chǎn)生煙氣的量會減小，并且隨著過?？諝獾南禂?shù)增大，所產(chǎn)生的廢煙氣相應(yīng)正比例增大；隨著高溫廢氣的排出，熱量損失導(dǎo)致燃燒效率降低，因此需要選取合適的過?？諝庀禂?shù)。

表2 燃燒實際煙氣量

表3 燃燒排煙損失

2.3 富氧燃燒的實際燃燒溫度

1Nm3試驗氣在不同氧氣濃度的富氧助燃?xì)怏w和過?？諝庀禂?shù)的燃燒條件下，實際燃燒溫度計算結(jié)果顯示，采取富氧氣體助燃可得到更高的燃燒溫度，且隨著富氧濃度的增大，燃燒溫度增大；但過剩空氣系數(shù)增大會導(dǎo)致燃燒溫度變小。

2.4 富氧燃燒節(jié)能率

1Nm3試驗氣在不同氧氣濃度的富氧助燃?xì)怏w和過?？諝庀禂?shù)的燃燒條件下，排煙熱損失結(jié)果如表3所示，燃燒相對節(jié)能率結(jié)果顯示，富氧助燃更加節(jié)能高效，隨著富氧濃度或者過?？諝庀禂?shù)增大，節(jié)能率呈上升趨勢。

燃?xì)獠膳療崴疇t作為小型家用鍋爐，其燃燒室耐熱性有一定的限制，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及燃?xì)獠膳癄t燃燒室配件性質(zhì)決定，燃燒溫度不得大于1 250℃，若超過該溫度，則可能導(dǎo)致燃燒室部件損壞，造成用戶使用過程中的安全隱患。綜合以上計算結(jié)果，選取富氧濃度為25%，過剩空氣系數(shù)為1.6，這樣的燃燒工況所產(chǎn)煙氣量較少，節(jié)能率較高。

3 結(jié)論

①燃燒一定量試驗氣，富氧助燃方式更節(jié)省實際助燃?xì)怏w需要量，同時減少所產(chǎn)煙氣量，富氧濃度越大，燃燒所需助燃?xì)怏w量和所產(chǎn)煙氣量減小，燃燒溫度越大。

②燃燒一定量試驗氣，過?？諝庀禂?shù)增高，即助燃的空氣量越多，燃燒所需的助燃?xì)怏w量越多，所產(chǎn)廢煙氣量越大，但過?？諝庀禂?shù)增大，會導(dǎo)致燃燒溫度降低。

③燃?xì)獠膳療崴疇t作為小型家用鍋爐，其燃燒室耐熱性有一定的限制，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及燃?xì)獠膳癄t燃燒室配件性質(zhì)決定，燃燒溫度不得大于1 250℃。煙氣的排放會污染大氣環(huán)境，高溫廢氣排出帶來的熱量損失降低燃燒效率，需要選取合適的過?？諝庀禂?shù)。綜合上述兩方面因素，選取助燃富氧濃度為25%，過?？諝庀禂?shù)α=1.6，這樣的燃燒工況可在滿足燃?xì)獠膳療崴疇t的安全要求，同時更加節(jié)能高效。

［1］黃麗平，李廣學(xué).變壓吸附技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用與發(fā)展［J］.廣東化工，2011（3）：14-15.

Study on Oxygen-enriched Combustion of Gas Water Heater

Wang Wei

（School of Energy and Power Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430010）

This paper introduced the characteristics of oxygen enriched combustion and preparation of PSA oxygen enriched gas volume,the amount of gas,the amount of flue gas and the temperature of combustion were calculated un?der different oxygen concentration and excess air coefficient,and the energy saving rate of combustion in oxygen en?riched combustion was calculated.

gas-fired heating water heater；oxygen-enriched combustion；combustion temperature；oxygen enrich?ment concentration；excess air coefficient

TK227.1

A

1003-5168（2017）02-0122-02

2017-01-13

王維（1996-），男，本科，研究方向：能源與動力工程。