提高氧浓度可使化学反应更加彻底，缩短了燃料燃尽时间，促进燃料完全燃烧，同时还能稳定窑内的煅烧温度，以保证熟料矿物的烧结。
6. 降低过量空气系数，保持窑内微氧化气氛研究表明窑尾废气中氧浓度控制在 2%～3%左右为较好，即保持微氧化气氛操作，若过剩空气系数控制过低，二次风不足，易导致还原气氛产生，窑内的还原气氛会将熟料中的某些矿物质还原（例如 Fe2O3 成分被 CO 还原成 FeO）影响熟料液相成分和黏度，影响熟料烧结，易产生大量黄心熟料，影响到熟料质量的提高。提高氧浓度可降低过量空气系数，同时保持窑内的微氧化氛围，为优质熟料的生产创造条件。
总之，富氧燃烧用于水泥窑，可改善煤的燃烧条件，缩短燃烧所需的时间，实现燃料的完全燃烧，同时也可使传热速率大幅度提高，因此有利于水泥生产。此外，采用富氧燃烧，可使废气排放量及 CO、NOx 等有害气体的产生量下降，有利于节能减排。但富氧空气的引入不可避免地会改变水泥的原有工况条件，因而在操作及设备方面必须作相应的调整，以满足水泥回转窑生产中所要求的火焰及温度场要求。 （1）分解炉系统增加富氧
分解炉系统是新型干法水泥生产工艺的重要组成部分，它承担预分解系统中繁重的燃烧、换热和碳酸盐分解任务。这些任务能否在高效状态下顺利完成，主要取决于生料与燃料能否在炉内很好的分散、混合和均布；燃料能否在炉内迅速的完全燃烧，并把燃烧热及时的传递给物料；生料中的碳酸盐组分能否迅速的吸热、分解，逸出的二氧化碳能否及时排除等。在分解炉内生料与高温气流之间传热快，物料在炉系统内停留时问短，化学反应迅速，对热工制度的波动较为敏感。热工制度不稳定，轻者会打乱正常的生产秩序，严重时则会造成预热器系统的粘结堵塞，甚至威胁设备安全。碳酸盐分解是一个强吸热反应，耗量为：碳酸镁为 815kJ/kg，碳酸钙为 1656kJ/kg，
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由于生料中含有大量的碳酸盐，因此分解窑系统就需要大量热，应用富氧燃烧技术有利于提高分解炉系统的热效率，稳定分解炉热工制度，提高碳酸盐的分解效率和质量。 ① 降低燃料着火温度和燃尽温度，提高着火速度理论上，着火是由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高速燃烧状态的瞬间过程，相对应的温度称为着火温度，它反映了煤粉着火的难易程度。燃尽温度是煤粉基本燃尽时的温度，燃尽温度越低，表明燃尽时间越短，煤粉就越容易燃尽，残炭中的可燃剩余量就越少。 从图 1 可以看出，随着氧的体积分数的增加，煤粉燃烧的着火温度 Ti 和燃尽温度 Th均呈下降趋势，因此可以说明，富氧可使煤粉的着火提前并燃烧充分。从图 2 可以看出在氧的体积分数较低时，随着氧的体积分数的增加，煤粉着火时刻的燃烧速度增加较快，因此，在氧的体积分数较低时，增加氧的体积分数，会使煤粉的燃烧强度得到加强，提高煤粉的着火速度。
② 加快反应速度，缩短燃料燃烧时间煤粉被加热后，挥发份在 300-400℃时即迅速析出并点燃、燃烧，且能在很短时间内燃尽。而煤粒中残留焦炭的燃烧最为缓慢，占据了整个燃煤反应的绝大部分时间。分解炉内， 由于碳酸钙分解速度快，其吸热反应控制了分解炉炉温；炉内煤粉燃烧大多在 850-900℃较低温度下进行。反应动力学研究表明，水泥分解炉内煤粉燃烧属动力控制的一级反应，反应速度方程为：ω=Aexp（－E／RT）·PO2式中：A——频率因子E/R——活化能PO2——O2 分压T——温度即燃烧速度取决于化学反应能力，并与燃料性质、温度等有很大关系，与燃烧气体氧气分压成正比，而和气流相对速度关系较小。增加氧浓度，提高炉内温度能够加快化学反应速度。燃料的燃烧时间与氧浓度的关系如图 4-3 所示。增加空气中氧气的浓度，如氧的浓度能提高到 25 %，则煤粉的燃烧时间可大大缩短，为此，按无灰碳粒燃烧的计算公式进行估算。设：τ1 为当空气中氧气的浓度为 21%时，碳粒完全燃烧所
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需的时间；τ2为空气中氧气的浓度为 25%时，碳粒完全燃烧所需的时间。τ1=ρxδ2/(8mD×0.21×1.428)τ2=ρx/δ2/(8mD×0.25×1.428)(1)
(2)式中,ρx 为碳粒的密度(kg/ m)，δ为碳粒的颗粒直径(m)；D 为氧气的扩散系数(m/s)；m为碳与氧的化学当量比(0.375)；1.428 为氧气在标准状态下的密度(kg/ Nm3)。由(1)/(2)，得τ2=0.84τ1
由此得出结论，如氧气的浓度提高至 25%时，煤粉的燃烧时间可缩短 16%。 ③ 加快火焰传播速度，提高火焰温增加氧浓度可以加快化学反应速度，从而加快了火焰的传播速度，增强火焰稳定性，提高了火焰温度。
④ 促进燃料完全燃烧，提高炉膛温度，强化炉内传热提高氧浓度可使化学反应更加彻底，缩短了燃料燃尽时间，促进燃料完全燃烧，减少了不完全燃烧所造成的热量损失，达到节能的目的。图 4 为燃料燃尽率与氧浓度的关系。由于燃料的燃烧工况得到了良好的改善，提高了炉膛温度，同时强化了物料与气流的热传递，使得分解炉系统的热工制度更加稳定。
⑤ 降低过量空气系数，减少烟气排放量和排烟损失由于空气中含 79%氮，阻碍氧分子向碳表面吸附层的扩散和燃烧产物从碳表面的气体边界层排出，且氮分子不可能与燃料中可燃物反应，以及空气通过燃料层阻力等诸多因素。因此，必须以过剩空气使燃料燃烧获得足够的氧量，而使煤充分燃烧，这样就必须加大 3次风量，但是在水泥生产工艺中若风速过大，系统阻力加大并且缩短燃料、物料及气流在系统各部位的停留时间，影响整个系统的热效率和热工制度。采用富氧空气以后，氮气的浓度降低，阻碍氧分子向碳表面吸附层的扩散和燃烧产物从碳表面的气体边界层排出的能力必然减弱，所以所需得过量空气必然减少，因而降低过量空气系数，同时减少烟气排放量和排烟损失。
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8.总结
综上所述，富氧燃烧用于水泥生产工艺，可改善燃料的燃烧工况，提高火焰温度及黑度，缩短燃烧所需的时间，实现燃料的完全燃烧，从而加大火焰对物料的辐射传热能力提高整个系统的热效率，减少废气及 CO、NOx 等有害气体的排放量，有利于节能减排，同时还能够稳定整个窑系统的热工制度，提高水泥的生产效率和质量。因此，富氧燃烧技术在水泥工艺上的应用可以取得良好的经济效益，社会效益和环保效益，山西省节能监测中心探讨了富氧助燃技术用于水泥工业的节能机理,工艺流程,效益分析,论证了该技术既节能、环保,又有利于提高水泥质量。
六．典型案例
应用单位 制氧设备应用 南阳油田 江苏阜宁化肥厂 白象食品集团 四川美丰集团 湖南经化集团 桂林啤酒集团 广州博能 营口造纸厂 南平嘉闽化工集团 备注 (4吨燃煤) (20T燃煤) (10T燃煤) （16T燃气） (10T燃气) （20T燃煤） （20T燃烧） 400Nm3/h 纯度93±2% 40m3燃油马蹄焰窑 19
无锡鑫运来微晶 濮阳阳晨玻璃公司 彩虹集团 温州康尔微晶器皿公司 承德玻璃厂 云南易达陶瓷 冠军陶瓷 齐鲁石化晴伦厂 唐山三友化工集团 制氮设备应用 43m3燃油马蹄焰窑 16m3燃天燃气双煊窑 650Nm3/h 纯度93±2% 43m3燃油马蹄焰窑 38m3燃煤气玻璃窑 辊道窑 辊道窑 燃重油焚烧炉 平煤集团汝州电化有限公司（电石项目） 1500m3/h×3套 99.5% 保护用 河南新乡新谊药业集团 河南太龙药业有限公司 河南开封制药集团有限公司 河南新乡市光亮精细化工有限公司 新乡恒基化工有限公司 河南省联谊制药有限公司 河南同源制药有限公司 驻马店顶升食品有限公司 新乡市天彩颜料有限公司 河南利华制药有限公司 新乡凯宝化工有限公司
100m3/h×2套 99.5% 保护用 88m3/h 99.99% 生产用 120m3/h 99.9% 保护用 100m3/h 99.99% 保护用 100m3/h×2套 99.99% 生产用 100m3/h 99.9% 保护用 100m3/h 99.5% 保护用 50 m3/h 99．9% 生产用 100 m3/h 99% 生产用 80 m3/h 99.5% 保护用 100m3/h×3套 99.99% 生产用 20