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富氧燃烧技术是国家推广的一项节能技术，它通过提高助燃空气中的氧含量，显著提升火焰温度和传热效率。以下是对富氧/纯氧燃烧技术的详细解析：

一、富氧/纯氧燃烧器的研究概况

根据目前的工业利用情况，富氧燃烧可以分为三类：助燃剂中氧浓度在21%~30%范围内称为低浓度富氧；氧浓度在30%~95%为高浓度富氧；而氧浓度在95%~100%则可近似的认为是纯氧燃烧。

富氧燃烧器：燃料在富氧条件下燃烧，火焰温度显著增加，但同时也促进了NOx的生成，这是富氧燃烧器设计需要重点考虑的问题。早期的富氧燃烧器多应用于玻璃炉窑，通过在烧嘴下面增加氧枪进行纯氧的喷吹，实现高温火焰面以满足加热需求。然而，氮氧化物的生成和助燃剂量的控制是这种射氧富氧燃烧方式所面临的最大问题。

纯氧燃烧器：纯氧燃烧器的设计中，主要通过冷却来降低喷嘴温度或采用烟气回流来降低燃烧火焰温度，以避免炉内的局部高温现象。在纯氧燃烧器的设计中，如何最大化地实现富氧燃烧的优点，同时弥补其带来的高温集中、炉内气体流动变缓等问题，是当前研究的重点。

二、燃烧的特征：

纯氧燃烧与在空气中燃烧相比，具有诸多优点：

火焰温度高：纯氧燃烧时，最高理论火焰温度均可达到2700℃以上，而常规燃烧的绝热温度一般可达1950℃。纯氧燃烧可以显著提高火焰温度，增强辐射系数，从而增强燃烧强度，加大传热效率，提高热能的利用率。

理论空气需要量降低：纯氧燃烧大大减少了燃烧所需的理论空气量，进而减少了燃烧排气量。

设备尺寸缩小：由于燃烧排气量的减少，设备尺寸可以相应缩小，降低了设备投资成本和维护费用（在不考虑另外建制氧系统和供氧系统的情况下）。

NOx排放量降低：当炉内O2的浓度超过60%时，NOx的形成量便会减少，按照纯氧燃烧理论，NOx的排放量应为零。

燃料节约率提高：纯氧燃烧可以显著提高燃料的节约率。

气体辐射效果增大：由于燃烧生成物中H2O和CO的分压提高，使气体辐射能力增加，强化了炉内传热。

三、天然气-纯氧燃烧的特性：

天然气是纯氧燃烧最合适的燃料之一。天然气的主要成分是甲烷，热值很高，且更容易实现低NOx和SOx排放。对于天然气-纯氧燃烧器来说，氧气喷射速度、氧气喷口间距等因素对炉子效率有重要影响。此外，氧过剩率对NOx的生成也有很大影响，NOx随排气中的氧浓度增加而增加。

四、纯氧燃烧存在的问题：

尽管纯氧燃烧具有诸多优点，但在实际应用中也存在一些不足：

氧气成本较高：需要增加一套制氧系统，增加了运行成本。

高温火焰对耐火材料冲刷较重：必须采用一定的保护措施来延长耐火材料的使用寿命。

需要特殊的烧嘴：常规烧嘴难以满足纯氧燃烧的高温要求。

高温环境下易形成NOx：在高温燃烧环境下，漏入的空气容易形成NOx，增加了环保处理的难度。

改变炉内温度场：由于烟气量的减少，减少了烟气对炉膛内部的扰动，可能会改变炉内的温度场。

五、纯氧燃烧技术的改进

为了改善纯氧燃烧技术存在的问题，烟气强制回流燃烧系统被提出并应用。该技术的核心是将回流的烟气与氧气进行混合，以此作为助燃气体。这样不仅可以增强辐射传热和对流，使炉内温度场更加均匀，还可以轻易在纯氧燃烧和常规燃烧之间切换，使用起来更加方便。此外，烟气回流还有利于CO2回收工艺的开展，符合当前的环保要求。

综上所述，富氧/纯氧燃烧技术具有诸多优点，但也存在一些不足。通过不断改进和完善技术措施，相信富氧/纯氧燃烧技术将在未来得到更广泛的应用和推广。

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