在绿色可持续发展的背景下,水泥生产存在产能过剩、能耗高、排放高的问题,节能减排是行业发展的趋势。国内水泥预分解窑系统普遍存在回转窑内气料换热效率低,烟气带走热量多,NO_x排放多等问题。本课题是以改善窑内气料换热效率、提高物料升温速率以及减少烟气带走热量为目的,结合理论计算与试验探究的方式,比较燃料分别在O₂/N₂、O₂/CO₂助燃气氛下反应,分析烟气中CO₂浓度对燃烧效果、传热性能、以及排放烟气的影响。在理论计算方面,以水泥实际生产热工参数为基础,对回转窑进行热量平衡计算,对火焰温度进行评估,通过把头煤风,一次风气体成分由O₂/N₂替换成同浓度O₂/CO₂时,达到改变烟气中CO₂浓度的目的,并计算两种条件下高温烟气通过辐射提供给物料升温所需的热量。辐射越强,升温越快,不同升温速率对应不同的煤耗,在O₂/CO₂下燃烧头煤用量每小时可减少233kg,烟气带走热量可减少27kJ/kg.cl。本文进行了O₂浓度对天然气燃烧过程及传热影响的试验研究,结果表明:O₂浓度的增加,燃料燃烧更集中,火焰长度缩短,火焰温度提高,辐射换热量增加,烟气带走的热量减少,当N₂含量足够时,烟气中NO生成量随O₂增加而增加,CO随O₂用量增加而减少。水泥窑中,O₂浓度的增加对煤粉燃烧的效果更加明显。比较天然气分别在不同CO₂、N₂浓度下的燃烧效果,分析得出:纯氧条件下,天然气燃烧产生的火焰温度最高,随着CO₂、N₂浓度的增加,火焰燃烧延迟且不集中,火焰温度逐渐降低。相同浓度下,天然气在O₂/CO₂气氛下燃烧后产生烟气中CO₂浓度更高,辐射能力更强,火焰与管壁的辐射换热量更多,烟气带走热量更少。减少助燃气体中N₂的浓度,能效减少烟气中NO的排放。空气是水泥窑内煤粉燃烧的助燃气体,提高助燃气体中CO₂含量,能降低气体中N₂浓度,能有效提高火焰温度,增加火焰辐射能力,提高气料换热效率,能减少用煤量,减少烟气带走热量,减少NO的排放,对节能减排具有一定的指导意义。