水泥窯主要分立窯和回轉(zhuǎn)窯兩大類。將富氧助燃技術(shù)用于水泥窯，其意義在于富氧燃燒不僅能使燃料的燃燒時(shí)間大大縮短，有利于提高燃料的完全燃燒程度，而且還能提高火焰溫度和黑度，從而改善窯內(nèi)的傳熱條件,使窯的產(chǎn)量提高，熱耗下降。這一措施經(jīng)計(jì)算在技術(shù)上是可行的；富氧燃燒對(duì)燃料的燃燒速度和燃盡度的提高作用十分明顯，為縮短燒成時(shí)間，提高煅燒產(chǎn)質(zhì)量提供了必要保證和可能。

1 富氧燃燒縮短燃料完全燃燒所需的時(shí)間

隨著富氧濃度的提高，煤粉的燃燒時(shí)間縮短。如富氧的濃度提高到25%時(shí)，煤粉的燃燒時(shí)間可縮短16%左右。在空間尺寸不變的情況下，由于煤粉燃盡時(shí)間的縮短，煤粉燃盡的程度自然提高，這就減少了煤粉的不完全燃燒所造成的熱量損失，達(dá)到節(jié)能的目的。另外 CO、NOx 等有害氣體生成量也相應(yīng)減少，有利于環(huán)保。

2 富氧燃燒提高了窯內(nèi)氣流對(duì)物料的輻射傳熱速率

在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰向物料傳熱的主要方式是輻射傳熱，而窯內(nèi)氣流對(duì)物料的輻射傳熱速率又主要取決于氣流的溫度和氣流的黑度，二者越高，輻射傳熱量就越多，這可以通過富氧燃燒來達(dá)到此目的。由于空氣中氧氣的濃度提高，相應(yīng)可減少空氣量，使得進(jìn)入燃燒室的 N2量下降，火焰的總體積下降 (即火焰的體積流量下降)。在燃料的加入量不變的情況下，火焰的溫度相應(yīng)提高，提高的程度主要取決于空氣中氧氣的濃度。

如某廠水泥回轉(zhuǎn)窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為 26t/h。煤耗為 0.25kg/kg熟料，每小時(shí)燒煤量 6500kg,燃燒帶的過?？諝庀禂?shù)為 1.1。燃煤的理論空氣量為 6Nm3/kg(煤)。

由此看出，需含 O2為 21%的空氣量：

V =26000×0.25×6×1.1 =42900 Nm3/h

在此空氣中的含氧量 =42900×21%=9009Nm3/h。當(dāng)空氣中氧氣的濃度提高至25%時(shí)，所需的空氣量則減少了16%。進(jìn)入燃燒室的 N2 量相應(yīng)下20%,使得火焰的總體積下降，在燃料的加入量不變的情況下，火焰溫度提高，提高的程度主要取決于空氣中氧的濃度，當(dāng)空氣中氧氣的濃度達(dá)到25%時(shí)，經(jīng)計(jì)算，火焰溫度可提高 100℃左右。另外因入窯空氣量減少，使得火焰中CO2與H2O的體積百分比濃度升高?；鹧娴暮诙纫蚕鄳?yīng)增大。

根據(jù)計(jì)算得知，當(dāng)助燃空氣中氧含量為 25%時(shí)，CO2的體積百分濃度提高17.5%,水蒸汽的體積百分濃度相應(yīng)提高17.7%,由于CO2與H2O的濃度均增加許多，火焰的黑度相應(yīng)增大，當(dāng)空氣中氧氣的濃度為 21%時(shí)，火焰的黑度經(jīng)計(jì)算為 0.2104，當(dāng)空氣中氧氣的濃度為25%時(shí)，火焰的黑度經(jīng)計(jì)算為0.2245，增加的程度約6.7%?；鹧鎸?duì)物料的輻射傳熱量提高的程度經(jīng)計(jì)算應(yīng)為20.4%，回轉(zhuǎn)窯其他各帶的輻射傳熱量都相應(yīng)提高，提高的幅度不會(huì)相差很大。

3 穩(wěn)定火焰形狀，提高火焰溫度

研究表明火焰形狀和長度影響到熟料中 C3S 礦物的晶粒發(fā)育大小和活性，因此，在燒高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)熟料時(shí)，必須調(diào)整火焰長度適中，且要求火焰形狀穩(wěn)定。通入富氧以后，燃料燃燒更加穩(wěn)定，所以火焰的穩(wěn)定性能得到加強(qiáng)。干法窯窯頭火焰溫度控制，視窯型大小而異，對(duì)于2000t/d 以下的窯型一般控制在 1650～1850℃之間，對(duì)于大型窯如 5000t/d 以上窯型，火焰溫度控制在 1750～1950℃的較高范圍內(nèi)比較有利，采用高溫?zé)捎欣谑炝腺|(zhì)量的提高和堿分的充分揮發(fā)，可獲得低堿熟料。采用富氧燃燒技術(shù)，可使燃燒反應(yīng)更加劇烈，從而提高火焰溫度。

4 加快反應(yīng)速度，提高升溫速率

優(yōu)質(zhì)熟料形成要求在窯內(nèi)過渡帶升溫階段要求快速升溫，促進(jìn)熟料的礦物形成和燒結(jié)，通入富氧空氣以后，可加快燃燒反應(yīng)速度，提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的升溫速率。

5 促進(jìn)燃料完全燃燒，穩(wěn)定窯內(nèi)煅燒溫度

提高氧濃度可使化學(xué)反應(yīng)更加徹底，縮短了燃料燃盡時(shí)間，促進(jìn)燃料完全燃燒，同時(shí)還能穩(wěn)定窯內(nèi)的煅燒溫度，以保證熟料礦物的燒結(jié)。

6 降低過量空氣系數(shù)

保持窯內(nèi)微氧化氣氛研究表明窯尾廢氣中氧濃度控制在 2%～3%左右為較好，即保持微氧化氣氛操作，若過剩空氣系數(shù)控制過低，二次風(fēng)不足，易導(dǎo)致還原氣氛產(chǎn)生，窯內(nèi)的還原氣氛會(huì)將熟料中的某些礦物質(zhì)還原（例如 Fe2O3 成分被 CO 還原成 FeO）影響熟料液相成分和黏度，影響熟料燒結(jié)，易產(chǎn)生大量黃心熟料，影響到熟料質(zhì)量的提高。提高氧濃度可降低過量空氣系數(shù)，同時(shí)保持窯內(nèi)的微氧化氛圍，為優(yōu)質(zhì)熟料的生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

總之，富氧燃燒用于水泥窯，可改善煤的燃燒條件，縮短燃燒所需的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒，同時(shí)也可使傳熱速率大幅度提高，因此有利于水泥生產(chǎn)。此外，采用富氧燃燒，可使廢氣排放量及 CO、NOx 等有害氣體的產(chǎn)生量下降，有利于節(jié)能減排。但富氧空氣的引入不可避免地會(huì)改變水泥的原有工況條件，因而在操作及設(shè)備方面必須作相應(yīng)的調(diào)整，以滿足水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中所要求的火焰及溫度場(chǎng)要求。

7 總結(jié)

綜上所述，富氧燃燒用于水泥生產(chǎn)工藝，可改善燃料的燃燒工況，提高火焰溫度及黑度，縮短燃燒所需的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒，從而加大火焰對(duì)物料的輻射傳熱能力提高整個(gè)系統(tǒng)的熱效率，減少廢氣及 CO、NOx 等有害氣體的排放量，有利于節(jié)能減排，同時(shí)還能夠穩(wěn)定整個(gè)窯系統(tǒng)的熱工制度，提高水泥的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。因此，富氧燃燒技術(shù)在水泥工藝上的應(yīng)用可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和環(huán)保效益。