1.1富氧/全氧燃燒的原理及特點

富氧/全氧燃燒的核心原理是用高純度氧氣（富氧）或純氧（全氧）替代空氣中的氮氣（N₂）作為助燃劑，從而顯著改變燃燒過程的特性。

以下是其詳細原理和特點：

1.去除/減少氮氣（N₂）：

• 在傳統空氣燃燒中，空氣中約78%的氮氣不參與燃燒反應。
• 這些氮氣在燃燒過程中會吸收大量的熱量（被加熱到火焰溫度），并最終作為高溫煙氣排放到大氣中，帶走大量熱能，造成能量損失（排煙熱損失是鍋爐等設備最大的熱損失之一）。
• 氮氣在高溫下還會與氧氣反應生成有害的氮氧化物（NOx）。

2.提高氧氣濃度：

• 富氧燃燒是指助燃氣中氧氣的體積濃度高于21%（空氣濃度），通常在24%到接近100%之間。
• 全氧燃燒是指助燃氣中的氧氣濃度接近100%（通常>95%）。
• 通過提高氧氣濃度，單位體積助燃氣能支持的燃料量更多，燃燒更劇烈。

1.2富氧/全氧燃燒帶來的主要效應

1.大幅提高火焰溫度：

• 這是最直接和顯著的效應。因為沒有了大量吸熱的氮氣，燃燒釋放的熱量主要用來加熱產物（主要是CO₂和H₂O）和少量的殘留氮氣（如果存在）或惰性氣體。這導致絕熱火焰溫度顯著升高（遠高于空氣燃燒）。
• 原理基礎：減少了大量不參與反應、只吸收熱量的“惰性”氣體（N₂）。

2.加快燃燒速度：

• 氧氣濃度是決定燃燒反應速率的關鍵因素之一。氧氣濃度越高，燃料分子與氧氣分子碰撞發生反應的幾率越大，燃燒反應速度越快，燃燒更劇烈、更充分。
• 原理基礎：提高了反應物（O₂）濃度，加速了化學反應動力學。

3.顯著減少煙氣量：

• 由于去除了占空氣體積約78%的氮氣，燃燒產生的煙氣體積大幅減少（通常可減少到空氣燃燒煙氣體積的1/4到1/3）。
• 原理基礎：移除了主要的“填充”氣體（N₂）。
• 特點好處：
  1. 降低排煙熱損失：高溫煙氣帶走的熱量大大減少，提高了熱效率（通常可提高5%-25%或更多）。
  2. 減小設備尺寸：燃燒器、煙道、引風機、除塵脫硫等煙氣處理設備可以設計得更小。
  3. 降低煙氣處理成本：需要處理的污染物總量減少。

4.提高煙氣中CO₂濃度：

• 煙氣主要由燃燒產物CO₂和H₂O蒸汽組成，加上少量未燃盡氣體、灰分和可能存在的殘余O₂/N₂。去除N₂后，CO₂濃度可以高達70%-90%（干基），遠高于空氣燃燒的15%-20%。
• 原理基礎：煙氣中主要成分是CO₂，去除了稀釋劑N₂。
• 關鍵應用：這是富氧燃燒在燃煤電廠等領域最重要的應用之一。高濃度CO₂使得后續的二氧化碳捕集、利用與封存變得相對容易和經濟，是重要的碳減排技術。

5.降低氮氧化物（NOx）生成：

• 熱力型NOx（高溫下N₂與O₂反應生成）的生成與溫度密切相關，更與氮氣濃度直接相關。雖然火焰溫度升高理論上有利于NOx生成，但去除大部分氮氣從根本上大大減少了NOx生成的前體物（N₂）。總體效果通常是顯著降低NOx排放（可降低50%-90%）。
• 原理基礎：去除了NOx生成的主要氮源（N₂）。

6.增強輻射傳熱：

• 高溫火焰和主要由三原子氣體（CO₂,H₂O）組成的高溫煙氣具有更強的熱輻射能力。這有利于提高對受熱面的輻射傳熱效率。
• 原理基礎：更高的火焰溫度和煙氣中高輻射性氣體（CO₂,H₂O）的比例增加。

1.3富氧/全氧燃燒主要應用行業一覽表