水泥工(gong)業是(shi)(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)基礎原(yuan)材料工(gong)業，是(shi)(shi)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)發展(zhan)的(de)(de)(de)重(zhong)要支柱產業。2013年我(wo)國(guo)水泥產量(liang)24.18億t，規模以上水泥制造業能源消耗(hao)總(zong)量(liang)約為1.9億t標準煤，占全國(guo)能源消耗(hao)總(zong)量(liang)的(de)(de)(de)5.8%左右。因(yin)此，加快技術進步，促進水泥工(gong)業大(da)幅度節能減排(pai)，是(shi)(shi)水泥工(gong)業發展(zhan)面臨的(de)(de)(de)緊迫(po)任務，也是(shi)(shi)實現經(jing)濟(ji)社會發展(zhan)和生態(tai)文(wen)明(ming)建設(she)的(de)(de)(de)主(zhu)要內容(rong)。

富(fu)氧(yang)(yang)燃(ran)燒技(ji)(ji)術(shu)(shu)是指(zhi)應用(yong)比(bi)通常空氣（含氧(yang)(yang)21%）含氧(yang)(yang)濃度高(gao)的富(fu)氧(yang)(yang)空氣進行(xing)燃(ran)燒的技(ji)(ji)術(shu)(shu)。因節能減排效果顯著，目前(qian)已普遍(bian)應用(yong)于(yu)我國(guo)玻璃、冶金等行(xing)業。水(shui)泥行(xing)業作為能源消耗大戶，在富(fu)氧(yang)(yang)燃(ran)燒技(ji)(ji)術(shu)(shu)上發(fa)展較(jiao)為緩(huan)慢(man)。目前(qian)，我國(guo)僅個(ge)別(bie)水(shui)泥企業采用(yong)了該技(ji)(ji)術(shu)(shu)。

富氧燃燒技術的研究為我國水泥工業節能減排提供了重要基礎支撐。然而，諸多研究僅探討了富氧燃燒技術自身優勢，與水泥工業聯系不夠緊密；同時部分研究僅對富氧燃燒技術效果進行分析，無法準確分析其節能潛力。因此，本文以水泥行業為出發點，通過理論計算和實驗研究，分析水泥窯用富氧燃燒技術的理論效果，并對(dui)其應(ying)用案例進(jin)行評述。

一、理論分析

采(cai)用富氧燃燒技術的水泥窯爐(lu)，由于入窯空氣(qi)量(liang)減少、氧氣(qi)濃度(du)(du)增大，具有燃燒溫(wen)度(du)(du)高、火焰輻射強(qiang)、煤粉起始反(fan)應溫(wen)度(du)(du)低、燃盡率(lv)高等優(you)勢(shi)。

本文分別從上(shang)述(shu)幾(ji)點分析水泥(ni)窯用富氧燃燒技術的理(li)論效果(guo)，同時，以某1200t/d生產(chan)線為研究對象進行評述(shu)。

1、理論燃燒溫度

在穩(wen)態、絕熱、完全(quan)燃(ran)(ran)燒條件下，如果輸入燃(ran)(ran)燒室(shi)的(de)全(quan)部熱量都用來(lai)提(ti)高燃(ran)(ran)燒產物的(de)溫(wen)(wen)度(du)，即為(wei)理論(lun)燃(ran)(ran)燒溫(wen)(wen)度(du)。考慮(lv)入窯煤(mei)粉溫(wen)(wen)度(du)60℃，入窯一(yi)次空(kong)氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)30℃，二(er)次空(kong)氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)1050℃，過(guo)剩空(kong)氣(qi)系數(shu)1.1，則不(bu)同氧氣(qi)濃(nong)度(du)下煤(mei)粉的(de)理論(lun)燃(ran)(ran)燒溫(wen)(wen)度(du)不(bu)同。

當氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)由21%增加到25%和(he)60%時，煤(mei)粉(fen)理論燃燒溫(wen)度(du)(du)(du)(du)分別提(ti)高(gao)了約143℃和(he)924℃，提(ti)高(gao)比例(li)分別為(wei)(wei)6.5%和(he)41.7%，效果(guo)顯(xian)著。然(ran)而(er)上述(shu)分析強調理論燃燒溫(wen)度(du)(du)(du)(du)與(yu)煤(mei)粉(fen)顆(ke)粒周(zhou)(zhou)圍(wei)(wei)氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)關系，而(er)實際情況下，煤(mei)粉(fen)顆(ke)粒周(zhou)(zhou)圍(wei)(wei)氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)介于(yu)窯(yao)內整體(ti)氧(yang)濃度(du)(du)(du)(du)與(yu)通入(ru)富氧(yang)空氣(qi)之間。以某1200t/d生產(chan)線為(wei)(wei)例(li)，其采用的(de)(de)膜法制氧(yang)流量(liang)為(wei)(wei)2000Nm3/h，氧(yang)濃度(du)(du)(du)(du)達30%，且(qie)僅通入(ru)凈風(feng)(feng)(feng)。化驗(yan)顯(xian)示凈風(feng)(feng)(feng)中(zhong)氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)為(wei)(wei)27%。根(gen)據實際情況，煤(mei)風(feng)(feng)(feng)與(yu)凈風(feng)(feng)(feng)的(de)(de)風(feng)(feng)(feng)量(liang)之比約為(wei)(wei)1∶4；且(qie)一次風(feng)(feng)(feng)量(liang)約占窯(yao)頭總風(feng)(feng)(feng)量(liang)15%，則(ze)膜法富氧(yang)技術(shu)使一次風(feng)(feng)(feng)整體(ti)氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)由21%提(ti)高(gao)至25.8%，使整體(ti)入(ru)窯(yao)氣(qi)體(ti)氧(yang)濃度(du)(du)(du)(du)提(ti)高(gao)至21.7%。因此，煤(mei)粉(fen)顆(ke)粒周(zhou)(zhou)圍(wei)(wei)氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)(du)(du)應介于(yu)21.7%~25.8%，火焰溫(wen)度(du)(du)(du)(du)提(ti)高(gao)約25~172℃。

然而(er)(er)熟料(liao)煅燒情況直接取(qu)決(jue)于火焰輻(fu)射量(liang)，而(er)(er)不(bu)是火焰溫(wen)(wen)度，而(er)(er)前者與溫(wen)(wen)度的四次方成(cheng)正(zheng)比，因此(ci)還需(xu)考慮火焰輻(fu)射量(liang)。

2、輻射換熱量

研究表(biao)(biao)明(ming)，物料在(zai)回轉窯內(nei)的(de)(de)溫升(sheng)主要(yao)來自輻射(she)(she)換熱，包(bao)括煙氣(qi)(qi)、窯內(nei)襯等輻射(she)(she)換熱情況。富(fu)氧燃燒技術(shu)對(dui)輻射(she)(she)換熱量(liang)的(de)(de)影響主要(yao)表(biao)(biao)現在(zai)燃燒溫度(du)的(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)和(he)煙氣(qi)(qi)中非(fei)對(dui)稱型雙原(yuan)子氣(qi)(qi)體濃(nong)度(du)的(de)(de)增加(jia)。而后者主要(yao)體現在(zai)入窯氣(qi)(qi)體中熱輻射(she)(she)能力較弱的(de)(de)對(dui)稱型雙原(yuan)子氣(qi)(qi)體N2的(de)(de)減少，該氣(qi)(qi)體的(de)(de)減少可(ke)相對(dui)增加(jia)具有輻射(she)(she)能力和(he)吸收能力的(de)(de)多原(yuan)子氣(qi)(qi)體（如(ru)和(he)H2O）的(de)(de)濃(nong)度(du)，從(cong)而提(ti)高(gao)(gao)煙氣(qi)(qi)輻射(she)(she)率(lv)。

3、煤粉燃燒情況

應(ying)用(yong)富氧(yang)燃燒(shao)(shao)技術后(hou)，煤(mei)粉(fen)(fen)經燃燒(shao)(shao)器噴出(chu)有更(geng)低(di)的(de)(de)起始反(fan)應(ying)溫度，更(geng)快(kuai)的(de)(de)燃燒(shao)(shao)速率，即(ji)在相同的(de)(de)停留(liu)時(shi)間(jian)下，煤(mei)粉(fen)(fen)燃盡率更(geng)高。取該生產線(xian)所用(yong)煤(mei)粉(fen)(fen)進(jin)行不同氧(yang)氣濃(nong)度下的(de)(de)熱重實驗(yan)。

隨著(zhu)(zhu)氧氣濃度的(de)增加，煤(mei)粉(fen)起(qi)始反應溫度有了較為(wei)顯著(zhu)(zhu)的(de)下降。當氧氣濃度為(wei)40%時，其起(qi)始反應溫度較普通空(kong)氣下降了近30℃，這將有助(zhu)于煤(mei)粉(fen)的(de)著(zhu)(zhu)火(huo)和水分含量較大煤(mei)粉(fen)的(de)燃燒，同時為(wei)劣質煤(mei)的(de)大規模應用提供了參考。

煤(mei)(mei)粉(fen)在(zai)水泥窯內(nei)燃燒所需氧(yang)氣(qi)主要來自一(yi)、二次風，而其燃燒速率(lv)與固定碳的(de)(de)(de)燃燒速度(du)(du)有顯著關系。不(bu)同氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)下，煤(mei)(mei)粉(fen)完(wan)全燃燒所需時間(jian)主要取決于氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)。以普(pu)通空(kong)氣(qi)下煤(mei)(mei)粉(fen)燃燒時間(jian)為基(ji)準，得出不(bu)同氧(yang)氣(qi)濃度(du)(du)下煤(mei)(mei)粉(fen)完(wan)全燃燒所需時間(jian)。當氧(yang)氣(qi)的(de)(de)(de)濃度(du)(du)由21%提高(gao)(gao)至25%時，煤(mei)(mei)粉(fen)的(de)(de)(de)燃燒時間(jian)即可縮短16%。在(zai)空(kong)間(jian)尺寸不(bu)變的(de)(de)(de)情(qing)況下，由于煤(mei)(mei)粉(fen)燃盡時間(jian)縮短，煤(mei)(mei)粉(fen)燃盡的(de)(de)(de)程度(du)(du)自然(ran)提高(gao)(gao)，這就(jiu)減少了(le)由于煤(mei)(mei)粉(fen)不(bu)完(wan)全燃燒所造成的(de)(de)(de)熱量(liang)損(sun)失，同時相應(ying)降低了(le)CO等有害氣(qi)體的(de)(de)(de)排放(fang)。

二、結果與討論

根據上(shang)述分(fen)析，可以(yi)得出(chu)以(yi)下結論：

（1）入(ru)窯(yao)氧(yang)氣濃(nong)度的增(zeng)加(jia)可以顯(xian)著(zhu)提高理論燃(ran)燒溫度，增(zeng)強(qiang)窯(yao)內(nei)輻射換熱(re)量，降低煤粉起始反應溫度，減(jian)少煤粉完全燃(ran)燒所(suo)需時間(jian)。

（2）實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)(yong)中，當富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)空氣(qi)流(liu)量較(jiao)小(xiao)時，其燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)、輻射換熱、煤(mei)粉起(qi)(qi)始(shi)反應(ying)溫(wen)(wen)度(du)(du)和完全燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)時間的(de)(de)變化取決于(yu)煤(mei)粉顆(ke)粒燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)時周(zhou)圍氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)，而(er)該濃(nong)(nong)度(du)(du)介于(yu)窯內整(zheng)體氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)濃(nong)(nong)度(du)(du)和一次(ci)風氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)濃(nong)(nong)度(du)(du)之間。富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)的(de)(de)差異決定了該濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)差別。目前(qian)，富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)作(zuo)為水泥(ni)行業(ye)節(jie)能減排的(de)(de)新(xin)方(fang)法被(bei)廣(guang)泛報道和論述。然而(er)，應(ying)用(yong)(yong)該技術(shu)的(de)(de)不(bu)同窯爐效(xiao)果不(bu)一。究其原因(yin)，在于(yu)應(ying)用(yong)(yong)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)后，煤(mei)粉顆(ke)粒燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)時周(zhou)圍的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)差異。因(yin)此，在應(ying)用(yong)(yong)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)時，水泥(ni)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)應(ying)根據(ju)實(shi)際(ji)情況，如燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料種類、燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)器規格等，制定相應(ying)工作(zuo)方(fang)案，使煤(mei)粉燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)時周(zhou)圍氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)濃(nong)(nong)度(du)(du)得到(dao)較(jiao)大(da)提(ti)升，從(cong)而(er)較(jiao)大(da)限度(du)(du)發揮(hui)富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)的(de)(de)優勢。除此，由于(yu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料起(qi)(qi)始(shi)反應(ying)溫(wen)(wen)度(du)(du)提(ti)前(qian)、燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)提(ti)高(gao)等，企(qi)業(ye)還需適當調整(zheng)回轉窯等設備的(de)(de)操作(zuo)習慣，使富(fu)(fu)氧(yang)(yang)(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術(shu)得以有效(xiao)應(ying)用(yong)(yong)，為我(wo)國水泥(ni)行業(ye)節(jie)能降耗提(ti)供新(xin)途徑(jing)。