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1.1富氧/全氧燃烧的原理及特点

富氧/全氧燃烧的核心原理是用高纯度氧气（富氧）或纯氧（全氧）替代空气中的氮气（N₂）作为助燃剂，从而显著改变燃烧过程的特性。

以下是其详细原理和特点：

1.去除/减少氮气（N₂）：

• 在传统空气燃烧中，空气中约78%的氮气不参与燃烧反应。
• 这些氮气在燃烧过程中会吸收大量的热量（被加热到火焰温度），并最终作为高温烟气排放到大气中，带走大量热能，造成能量损失（排烟热损失是锅炉等设备最大的热损失之一）。
• 氮气在高温下还会与氧气反应生成有害的氮氧化物（NOx）。

2.提高氧气浓度：

• 富氧燃烧是指助燃气中氧气的体积浓度高于21%（空气浓度），通常在24%到接近100%之间。
• 全氧燃烧是指助燃气中的氧气浓度接近100%（通常>95%）。
• 通过提高氧气浓度，单位体积助燃气能支持的燃料量更多，燃烧更剧烈。

1.2富氧/全氧燃烧带来的主要效应

1.大幅提高火焰温度：

• 这是最直接和显著的效应。因为没有了大量吸热的氮气，燃烧释放的热量主要用来加热产物（主要是CO₂和H₂O）和少量的残留氮气（如果存在）或惰性气体。这导致绝热火焰温度显著升高（远高于空气燃烧）。
• 原理基础：减少了大量不参与反应、只吸收热量的“惰性”气体（N₂）。

2.加快燃烧速度：

• 氧气浓度是决定燃烧反应速率的关键因素之一。氧气浓度越高，燃料分子与氧气分子碰撞发生反应的几率越大，燃烧反应速度越快，燃烧更剧烈、更充分。
• 原理基础：提高了反应物（O₂）浓度，加速了化学反应动力学。

3.显著减少烟气量：

• 由于去除了占空气体积约78%的氮气，燃烧产生的烟气体积大幅减少（通常可减少到空气燃烧烟气体积的1/4到1/3）。
• 原理基础：移除了主要的“填充”气体（N₂）。
• 特点好处：
  1. 降低排烟热损失：高温烟气带走的热量大大减少，提高了热效率（通常可提高5%-25%或更多）。
  2. 减小设备尺寸：燃烧器、烟道、引风机、除尘脱硫等烟气处理设备可以设计得更小。
  3. 降低烟气处理成本：需要处理的污染物总量减少。

4.提高烟气中CO₂浓度：

• 烟气主要由燃烧产物CO₂和H₂O蒸汽组成，加上少量未燃尽气体、灰分和可能存在的残余O₂/N₂。去除N₂后，CO₂浓度可以高达70%-90%（干基），远高于空气燃烧的15%-20%。
• 原理基础：烟气中主要成分是CO₂，去除了稀释剂N₂。
• 关键应用：这是富氧燃烧在燃煤电厂等领域最重要的应用之一。高浓度CO₂使得后续的二氧化碳捕集、利用与封存变得相对容易和经济，是重要的碳减排技术。

5.降低氮氧化物（NOx）生成：

• 热力型NOx（高温下N₂与O₂反应生成）的生成与温度密切相关，更与氮气浓度直接相关。虽然火焰温度升高理论上有利于NOx生成，但去除大部分氮气从根本上大大减少了NOx生成的前体物（N₂）。总体效果通常是显著降低NOx排放（可降低50%-90%）。
• 原理基础：去除了NOx生成的主要氮源（N₂）。

6.增强辐射传热：

• 高温火焰和主要由三原子气体（CO₂,H₂O）组成的高温烟气具有更强的热辐射能力。这有利于提高对受热面的辐射传热效率。
• 原理基础：更高的火焰温度和烟气中高辐射性气体（CO₂,H₂O）的比例增加。

1.3富氧/全氧燃烧主要应用行业一览表