富氧燃烧技术在冲天炉中的应用

孙红星

（梅塞尔管理咨询（上海）有限公司，上海201106）

富氧燃烧技术在冲天炉中的应用

孙红星

（梅塞尔管理咨询（上海）有限公司，上海201106）

介绍了铸铁冲天炉燃烧解决方案——富氧燃烧技术。通过燃烧过程的原理来阐述富氧燃烧技术的优越性，对比空气助燃和富氧燃烧两种不同燃烧方式，分析冲天炉的经济性以及相关的应用情况、能耗、熔化率表现，得出富氧燃烧技术能够提高熔化率，节能降耗和减排环保。

冲天炉；富氧燃烧技术；节能

1　富氧燃烧理论基础

燃烧是由于燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，所以氧的供给情况决定了燃烧过程完成得是否充分。用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧（oxygen enriched combustion），简称OEC。

常规的燃烧过程都存在着不足之处，局部缺氧，产生不完全燃烧，火焰温度偏低也会产生不完全燃烧，可燃物质变成烟尘排掉，浪费能源，造成大气污染；富氧燃烧针对缺氧区，局部增氧，使燃烧充分，火焰温度提高，辐射强度大幅提升，从而使热能的利用率大幅提升。氧浓度提高，火焰温度上升，热效率大幅度提高。

富氧可以使火焰温度提高，燃烧反应过程稳定。火焰温度与节能效率密切相关，火焰温度提高，促进整个燃烧体（炉膛）温度上升。受热物质主要靠热辐射获得热能，辐射强度与温度的四次方成正比，炉膛温度上升虽不大，但热辐射强度大幅提升，受热物质更容易获得热量，热效率大幅提高。

富氧可以降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间，降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。用富氧代替空气助燃，可适当降低过量空气系数，减少排烟体积。

2　冲天炉富氧燃烧技术

冲天炉富氧燃烧是指向冲天炉的助燃风中加入氧气，使其含氧量超过空气的正常值（21%），以达到提高铁液生产率和节省焦炭的目的。煤在富氧状态下燃烧，燃烧温度大大提高，可强化炉内传热，提高生产率；随着助燃空气中氧气含量的增加，助燃空气量减少，空气量的减少导致烟气量的减少，排烟热损失也就减少，提高了热效率，节约了能源，与不加氧的传统工艺相比较，冲天炉富氧燃烧技术有如下优点：

1）提高铁液温度，且在相同的焦耗条件下降低硅的烧损；

2）提高铁液生产率；

3）在同样出铁温度下，减少了焦的消耗，同时降低铁液中S的含量；

4）开炉时，相同的时间内出铁温度明显提高。

3　富氧燃烧技术应用的设备介绍

富氧燃烧系统如图1所示，主要包括：液氧储罐及汽化器，氧气流量调节阀组和炉前系统。

图1　富氧燃烧系统示意图

4　冲天炉加氧方法

冲天炉富氧燃烧的加氧方式有如下几种：

1）主风管加氧：即在冲天炉主供风管上插入一根输氧管，氧气由此进入，氧气随管中空气一同经风口进入炉内，如图2所示。

2）风口射氧：即氧气通过鼓风口单独的加氧枪，以高速连续的方式射入冲天炉内，如图3所示。

图2　主风管加氧

图3　风口射氧

3）脉冲射氧：和风口射氧类似，氧气通过鼓风口单独的加氧枪，再通过拉瓦尔喷嘴以高速的方式射入冲天炉内，但不是连续加氧，是脉冲式的间断加氧。由于喷射出来的氧气流速大，能量集中，具有很大的动能，可以直接穿透焦块缝隙，直达炉子中心，使氧化区扩大到炉子中心部位，如图4所示。

5　富氧燃烧的经济效益分析

条件假设：5 t/h的冲天炉，年工作时间按3 600h算，初始焦比按1：10，成品率按70%.

图4　脉冲射氧

经济效益计算：

1）节省焦炭15%（焦炭价格按2000元/t）

5×3600÷70%×（1∶10）×15%×2000=77万元/年

2）使用氧气100 Nm3/h（氧气价格按1元/m3）

100×3 600×1=36万元/年

3）设备投入约10万元，为一次性投资

4）产能增加15%

5×3 600×15%=2 700 t/年

结论：直接经济效益为节约生产成本41万元/年，同时增加产能2 700 t/年。

6　冲天炉富氧燃烧技术在国内的应用情况

尽管冲天炉的富氧送风技术很早就进入试验阶段，但由于国内氧气价格较高的原因，我国大部分铸造企业都没有使用富氧燃烧技术进行生产，随着近年来氧气价格的下降，部分企业开始尝试使用这项新工艺。通过我公司在浙江某大型铸造企业的应用情况来看，考虑到铸铁熔炼的工艺过程，在应用过程中需要对具体的炉况和生产工艺进行摸索和总结，最后取得了不错的效果。

［1］《冲天炉技术手册》编委会.冲天炉技术手册［M］.北京：机械工业出版社：2009.

［2］刘毅.富氧助燃技术及其应用［J］.节能与环保，2005（2）：28.

［3］周慧，李云鹏.富氧燃烧技术及其对环境的影响研究综述［J］.华东电力，2008（9）：111-113.

［4］朱光俊.煤富氧燃烧对节能与环境的影响分析［J］.工业加热，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

孙红星（1974-），男，工程师，主要从事燃烧技术研究。