一、國內外富氧純氧燃燒器的研究概況
根據目前的工業利用情況，可以將富氧燃燒分為 3類：
- 助燃劑中氧濃度在21%~30%范圍內稱為低濃度富氧；
- 氧濃度在30%～95%為高濃度富氧；
- 而氧濃度在95%~100%則可近似地認為是純氧燃燒 。
1.1富氧燃燒器
岱鼎燃燒富氧燃燒器
由上面分析可知，燃料在富氧條件下燃燒，在燃燒火焰溫度增加的同時也促進了NOx的生成，這也成為了富氧燃燒器設計需要重點考慮的問題 。早期的富氧燃燒器多應用于玻璃爐窯，以實現較高的火焰溫度來滿足金屬的冶煉、玻璃的熔化等，其主要是通過在燒嘴下面增加氧槍進行純氧的噴吹，從而在火焰下方實現了高溫的火焰面來滿足對熔融玻璃的加熱 。該設置只需在普通燃燒器下面加一個噴氧槍，其結構簡單易于實現，但是氮氧化物的生成和助燃劑量的難于控制是這種射氧的富氧燃燒方式所面臨的最大問題 。
1.2純氧燃燒器
岱鼎燃燒純氧燃燒器
目前的純氧燃燒器的設計中主要通過冷卻來降低噴嘴溫度或采用煙氣回流來降低燃燒火焰溫度的方法，來避免爐內的局部高溫現象 。在絕大多數的富氧純氧燃燒器設計中都是以削弱富氧燃燒的優點為代價來彌補其帶來的高溫集中、爐內氣體流動變緩等問題 。因此 ， 為最大化地實現富氧燃燒：
1） 外部煙氣回流的富氧純氧燃燒器依然是今后的研究重點 。由于目前的燃燒系統絕大多數是使用常規空氣助燃 ， 使用外部煙氣回流的富氧純氧燃燒器設計可以避免對燃燒系統進行大范圍的改造 。
2）利用富氧助燃降低燃料點火溫度和點火能量的特點，開發富氧純氧）無焰燃燒器，不僅能實現爐內溫度的均勻分布，還可以降低NO等污染物的生成 。
3）帶自冷卻的富氧純氧燃燒器由于其結構簡單，執效率高等特點 。
二、燃燒的特征
純氧燃燒與在空氣中燃燒相比，具有很多的優點 。- 火焰溫度高 。從圖1中甲烷、丙烷和重油在不同的氧濃度下火焰溫度的變化可見 ， 純氧燃燒時，最高理論火焰溫度均可達到2700℃以上 。
純氧燃燒為捕捉CO2提供了可能性，在純氧燃燒的煙氣中含有大量的CO2，由于純氧燃燒產生的煙氣中沒有氮氣， 主要是H2O和CO2 ， 這使從煙氣中收集CO2變的容易且經濟 。中不考慮H2O的影響，其露點比CO2高很多，在低溫情況下認為其為液態，純氧時候，有利于CO2的吸收利用 。
純氧燃燒可以降低NOx的排放量，NOx的排放量與 燃燒的富氧率關系見圖3由于燃燒周圍的氧氣濃度相差不大，同時火焰的燃燒時間大于NOx的反應時間，因此，NOx 的產量主要與燃料的燃燒溫度、N2及NOx的熱平衡方程有關，與燃料的燃燒溫度有關 。燃燒氣體中氮氣的減少可以提 高燃燒溫度 ， 但也容易導致高的NOx排放量 。當爐內O2的 濃度超過60%時，NOx的形成量便會減少，按照純氧燃燒理論，NOx的排放量應為零 。
氧濃度變化對理論火焰溫度的影響
2. 理論空氣需要量大大降低，亦即燃燒排氣量大大減少 。如甲烷、丙烷和重油在不同的氧濃度下 所需理論空氣量見圖2
理論空氣量與氧濃度的關系
3.設備尺寸縮小 ， 設備投資成本和維護費用降低（當然這是在不需要另外建制氧系統和供氧系統的情況下） 。
4.NO,平衡濃度比空氣中任何一種含氧量情況下的值都低，如圖3所示 。
5）燃料節約率大幅度提高 。
6）氣體輻射效果增大 。這是因為沒有N2，燃燒生成物中H2O和CO的分壓提高 ， 使氣體輻射能力增加 。
由此可見，氧燃燒可以大大強化爐內傳熱 ， 提高生產率，降低成本，減少污染 ， 具有很好的應用開發前景 。
三、 天然氣-純氧燃燃的特性
對純氧燃燒來說，最合適不過的是天然氣燃料 。天然氣的主要成分是甲烷，其次是乙烷等飽和碳氫化合物，除此以外含有少量的CO2,N2,H2S,CO等 ， 熱值很高，它與其它氣體燃料及重油相比 ， 更容易實現低NO,和SO等排放 。此日本立專項對此進行了研究 。
氧氣噴流速度和氧氣噴口間距對爐子效率的影響
這種燃燒器對Fuel-NOx(燃料型NOx)的生成不敏感，當燃料中N,濃度在10%～15%的范圍內 ， 燃料中的N 不是NOx生成的主要因素 。
對于多段燃燒器來說，氧氣噴口的數量 ， 噴口之間的距離及噴口速度等對NOx的生成有不同的影響 。具有4個和具有2個氧氣噴射口的燃燒器相比較,后者的火焰峰值溫度降低,NOx生成減少 。這些主要取決于排氣的溫度 。當排氣溫度比Thermal- NOx(熱力型NOx)生成邊界溫度低時，NOx生成量與氧氣過剩率、氧氣噴口數及噴口距離無關，僅隨噴流速度增加而減少；反之 ， NOx生成量增加 。這種規律同于上述的環狀噴流火焰中的情況 。
在預混合燃燒器的試驗中，氧過剩率對NOx的影響很大 。NOx隨排氣中的氧濃度增加而增加，當氧氣噴射口內的天然氣槍從燃燒器前部后退5～7cm ， 就可以使NO降低近60% 。之所以出現這種效果，是因為這種燃燒器的水冷卻系統帶來了非常大的熱損失 。
四、純氧燃燒存在的問題
在純氧燃燒過程中還存在一些不足的問題：
1）消耗的氧氣成本較高 ， 還需增加一套制氧系統 。
2）高溫火焰對耐火材料沖刷較重，必須采用一定的保護措施 。
3）純氧燃燒需要特殊的燒嘴，常規燒嘴難以滿足其燃燒溫度的要求 。
【富氧、純氧燃燒技術大解析】4）在高溫燃燒環境下，漏入的空氣容易形成NOx 。
5）由于煙氣量的減少 ， 減少了煙氣對爐膛內部的擾動，但也會減少其對流換熱能力，會改變爐內的溫度場 。
五、純氧燃燒技術的改進
純氧燃燒的難點在于爐內溫度場 ， 純氧燃燒的高強度以及低對流極易造成爐內溫度場的不均勻，改善此缺點的方法之一就是煙氣強制回流燃燒系統 。該技術的核心就是將回流的煙氣與氧氣進行混合，以此作為助燃氣體 ， 這樣助燃氣體中增加了大量的多原子分子（CO2和H2O），既增強了輻射傳熱，又增強了對流，從而使爐內溫度場更加均勻 。從該燃燒系統的原理圖（下圖）還可以發現 ， 該系統可以輕易在純氧燃燒和常規燃燒之間切換，使用起來更加方便 。而煙氣也有利于CO2回收工藝的開展 。
純氧燃燒技術，可以大幅度減少NOx排放 ， 降低產品的單位能耗，其在國外已經有了實際的應用經驗 。而國內高熱值燃料使用量較少，氧氣成本較高，影響該技術的推廣，隨著能源價格進一步走高，制氧成本進一步降低，該技術會逐步得到企業認可 。而煙氣回流純氧燃燒系統可以更容易實現加熱工藝和節能環保的雙向要求，可以更好地促進純氧燃燒技術的推廣 。
