酸素強化燃焼（OEC）は、熱効率を根本的に変革します。これは、大気中の標準的な21%を上回る酸素濃度を酸化剤流に供給することによって行われます。このプロセスは、効率を阻害する不活性ガスである窒素の体積を体系的に排除し、排ガス体積の大幅な削減、熱損失の低減、燃料消費量の削減につながります。
酸化剤の酸素レベルを21%以上に高めることで、OECは窒素の体積を劇的に最小限に抑えます。これにより、排熱損失と燃料消費量が直接的に削減され、従来の空気燃焼と比較して熱プロセスが大幅に効率化されます。
窒素削減の物理学
不活性ガスの役割
従来の空気燃焼では、空気の取り込み量の約79%が窒素です。この窒素は燃焼反応に参加せず、この文脈では化学的に不活性です。
ヒートシンク効果
窒素は不活性であるにもかかわらず、大量の熱エネルギーを吸収します。これは「ヒートシンク」として機能し、炉で加熱される製品に向けられるべき炎からエネルギーを奪います。
排気量の削減
OEC技術は、この窒素を酸素に置き換えます。システム内を流れる不活性ガスが少ないため、生成される排気ガスの総体積は大幅に削減されます。
エネルギー利用の向上
排熱損失の最小化
OECにおける効率の主な要因は、煙突から失われる「顕熱」の削減です。炉から排出される高温排気ガスの体積を削減すると、炉内に熱がより多く保持されます。
直接的な燃料節約
システムが、大気に放出されるだけの窒素を加熱するためにエネルギーを浪費しなくなるため、燃料要件が低下します。再加熱プロセスで同じ目標温度を達成するために、より少ない燃料で済みます。
熱効率の向上
燃料投入量の低下と熱保持率の向上の組み合わせにより、全体的な熱効率が急激に向上します。エネルギーは、大気を加熱するためではなく、プロセス負荷のために利用されます。
運用上の考慮事項の理解
炎温度の管理
OECは効率を向上させますが、窒素（熱的バラストとして機能する）の除去は、より高い炎温度につながる可能性があります。オペレーターは、炉の材料や耐火物がこの増加した強度に耐えられることを確認する必要があります。
酸素コストのバランス
燃料節約による効率向上は、純酸素の生成または購入コストと比較検討する必要があります。経済的利益は、燃料節約が酸素供給コストを上回った場合に実現されます。
目標に最適な選択
酸素強化燃焼の導入は、特定の運用上のボトルネックに依存する戦略的な決定です。
- 主な焦点が運用コストの削減である場合：OECを活用して、不活性窒素の加熱に浪費されるエネルギーを排除することにより、燃料消費量を削減します。
- 主な焦点が環境コンプライアンスである場合：排気ガス総体積の削減を利用して、施設の全体的な排出フットプリントを削減します。
窒素の障壁を取り除くことで、OECは炉が排気ではなく製品にエネルギーを集中できるようにします。
概要表：
| 特徴 | 従来の空気燃焼 | 酸素強化燃焼（OEC） |
|---|---|---|
| 酸化剤組成 | 約21%の酸素、79%の窒素 | 21%超の酸素濃度 |
| 窒素の影響 | 重大なヒートシンクとして機能 | 窒素体積と熱損失が最小限 |
| 排気量 | 高（不活性ガスの大量） | 大幅に削減 |
| 燃料効率 | 低（煙突に失われるエネルギー） | 高（炉内に熱がより多く残る） |
| 炎温度 | 標準 | 高（集中した強度） |
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参考文献
- Minsheng Zhao, Xianzhong Hu. Study on Flow and Heat Transfer Characteristics of Reheating Furnaces Under Oxygen-Enriched Conditions. DOI: 10.3390/pr13082454
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
