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富氧燃烧的分类、基本特点及对锅炉性能和结构的影响

富氧燃烧的分类及基本特点

目前，富氧燃烧的形式大致可分为：微富氧燃烧、氧气喷枪、纯氧燃

烧、空-氧燃烧4大类。微富氧燃烧是直接将氧气和空气先混合，使

之呈现微富氧状态，之后再送入炉膛燃烧。氧气喷枪利用氧气喷枪在

燃烧室内局部注入氧气。纯氧燃烧是利用氧气直接取代空气。空-氧

燃烧是空气和氧气同时供应燃烧器燃烧。

不论是上述哪种方式，富氧燃烧与普通燃烧相比都存在以下特点：

.理论空气量少：随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气需要

量减少，当含氧量从21%提高到28%时，理论空气量可降低25%左

右，相应的烟气量也减少。

.火焰温度高：随着氧浓度的增加，理论火焰温度相应升高，但

提升幅度逐渐减小。一般富氧浓度在26%-31%时最佳。

.加快燃烧速度：燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，

几种气体燃料在空气中和纯氧中的燃烧速度对比情况见表1。故用富

氧空气助燃后，不仅提高燃烧强度，加快燃烧速度，同时温度提高有

利于燃烧反应完全。

.降低污染排放：由于富氧燃烧烟气量减少，可降低包含CO、

CO2等污染物的排放总量。此外，由于使用的空气中N2降低，使燃

烧废气中的CO、CO2、SOx、NOx浓度增加，可使CO2捕捉、排

烟脱硝等废气处理更有效率。

.

富氧燃烧对电站锅炉性能及结构的影响

锅炉内部基本的过程包括锅内过程和炉内过程。炉内过程的基础物质

就是空气和燃料。锅炉是以空气为燃烧介质，如果空气的成分发生变

化，那么对于锅炉内部的燃烧、传热和其他过程的影响是根本性的，

从而也影响了锅炉的各项性能。

理论空气量和过量空气系数、燃烧产物和焓值、炉膛出口温度和理论

燃烧温度等方面会发生变化。经初步计算，富氧30%比正常空气条

件下理论燃烧温度提高超过500℃，炉膛算术平均温度提高约250℃。

相应的，炉内传热变化也很明显，在假定燃料量、热风温度、沾污等

不变的情况下，炉膛吸热量增加大约26%，这是由于炉内平均温度

升高，炉内辐射传热量增加。

除了以上这些，还应注意炉内高温腐蚀、燃烧器喷口结渣、火焰稳定

等方面的问题。结焦性方面，阿尔斯通在鼓泡床上进行了空气和不同

氧气浓度的对比燃烧试验。

试验发现，氧气含量50%，正常的流化风速下出现了结焦，风速增

大到一定程度后，结焦现象消失。这说明对于CFB锅炉来说，富氧

燃烧的流化风量不同于常规CFB锅炉。富氧燃烧对于对流受热面也

存在较大影响，主要是因为烟气总热容量的降低和烟气流速的降低。

对蒸汽温度也存在影响，炉膛吸热增加和对流吸热减少可能导致蒸汽

温度无法维持。

在具体结构方面，微富氧燃烧绝大多数的传统燃烧器都可采用，具有

花费较少成本即拥有富氧燃烧特性的优点。但若氧浓度超过一定范围，

则燃烧器可能因燃烧温度过高而损坏，或是火焰太短而不符所需。

氧气喷枪的好处是燃烧器不容易因高温而毁损，同时此方式类似分级

燃烧的概念，因此其NOx排放量相对来说较低，基本上仅需在原有

燃烧器上增设一氧气喷枪并配合相关管线配置即可，不需大幅变更，

故在装置费用上也不需花费太多。

纯氧燃烧较多采用扩散火焰的方式，即氧气和燃料分走不同管线，在

燃烧器出口处混合。纯氧燃烧具有非常低的NOx排放量及相当高的

火焰温度，其缺点是燃烧器需大幅修改，且燃烧室内耐火材料可能因

高温而缩短寿命。空-氧燃烧优点是可维持较高的氧浓度，提高效率，

同时费用比纯氧燃烧低，火焰长度及传热分布可通过调整氧气流量来

加以控制。

总的来说，富氧燃烧改造前的单位投资要低于普通燃煤电厂。这主要

是由于普通燃煤电厂需要配备相应的脱硫系统，而富氧燃烧电厂烟气

CO2体积分数高达95%，在对以CO2为主的烟气进行后续处理时，

SO2同时也会被回收，从而可以省去烟气脱硫设备投资。