首先通过对工业炉燃烧过程的热工分析和计算，论述了富氧助燃的经济效益和环境效益。在对比分析了当今工业制氧领域常用的几种制氧方法后，确定了本文研制的富氧发生装置所采用的方法，即基于合成沸石分子筛吸附分离氧氮机理，利用环境空气制氧的变压吸附法。并通过流体力学、吸附动力学和吸附平衡学原理设计了气源系统和氧气发生系统，在Skarstrom循环基础上确定了本装置的工艺流程，利用可编程控制器实现了该装置的过程控制。利用该装置进行变压吸附过程相关工艺参数的系列实验研究。气流在分子筛床层中流动过程的压力变化是变压吸附过程在工程设计中的重要依据，为此，以相似理论为指导进行了分子筛床层穿流过程的物理模型实验，得出了指导工业设计应用的准则关系式。 实验研究表明，对变压吸附过程有影响的主要因素为四个：分子筛的工作压力、吸附时间、均压时间和工艺流程。变压吸附制氧主要通过改变工作压力使分子筛吸附和再生，在一定的压力范围内分子筛达到最佳的吸附状态，在均压时间不变的条件下，随着吸附时间的延长，氧气浓度先增加后下降，存在一个最佳的吸附时间；采用带有均压过程的工艺流程有利于获得最佳的氧氮分离效果；均压时间对氧气的浓度有明显影响，吸附过程中温度无明显变化。