富氧燃燒技術及工業(yè)應用實例分析-20142解析

1一．膜法富氧燃燒技術簡介富氧是應用物理或化學方法將空氣中的氧氣進行收集，使收集后氣體中的富氧含量現有的富氧方式主要有：(1)增壓增氧方式增壓增氧主要用在飛機上,通過增加機艙內的壓力,使空氣密度增加,由于空氣中含氧量的比例是一定的(氧在空氣中的體積比為2095%),空氣密度增加后,空氣中氧的絕對質量也增加,從而達到增加氧的目的。(2)制氧機制氧方式制氧機制氧廣泛用在各個領域,制氧機有3大類:第一是利用空氣為原料,通過物理的方法,把氧氣從空氣里分離出來。在1個大氣壓下,液態(tài)氧的沸點是-183℃,而液態(tài)氮的沸點是-196℃,當控制液態(tài)空氣的沸點在-183℃以下高于-196℃時,液態(tài)氮首先蒸發(fā),留下來的是液態(tài)氧,這種方法可制得純度很高的氧氣,再用很大的壓力(一般150個大氣壓)壓入鋼瓶貯存起來,供工廠、醫(yī)院使用,貯存在鋼瓶的氧氣還可向氧氣袋充氧,供個人或旅行者使用。平時我們所見的氧氣瓶供氧、氧氣袋供氧都是使用這種方法制出的氧氣。第二種是常壓(或叫低壓)制氧方法,所需壓縮空氣的壓力在1MPa以內,這是近十幾年發(fā)展起來的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可參見文獻。第三種是PSA分子篩制氧方法,PSA分子篩制氧是使用一種變壓吸附制氧設備,這種設備主要由空氣凈化系統(tǒng),PSA氧氮分離系統(tǒng),氧氣緩沖、檢測系統(tǒng)等組成。2(3)化學制氧方式化學制氧是利用含氧化合物為原料,通過與催化劑的反應,制出氧氣。使用的含氧化合物必須具備兩個條件:一是這種含氧化合物是較不穩(wěn)定的,在加熱時容易分解放出氧氣;二是這種含氧化合物里含氧的百分比是比較高的,能分解放出較多的氧氣。一般用氯酸鉀(分子式是KClO3),它含氧的百分比達40%,在氯酸鉀里加入少量黑色的二氧化錳(MnO2)粉末,氯酸鉀會迅速分解,有多量的氧氣放出。氯酸鉀分解放出的氧氣常用“排水集氣法”收集,供試驗、呼吸等使用。氧立得就是利用這種原理制氧的。二．富氧燃燒用比通常空氣(含氧21%)含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，稱為富氧燃燒。它是一項高效節(jié)能的燃燒技術，在玻璃工業(yè)、冶金工業(yè)及熱能工程領域均有應用與用普通空氣燃燒有以下優(yōu)點：1.高火焰溫度和黑度2.加快燃燒速度，促進燃燒安全。3.降低燃料的燃點溫度和減少燃盡時間。4.降低過量空氣系數，減少燃燒后的煙氣量。富氧燃燒:oxygenenrichedcombustion變壓吸附制氧設備在富氧助燃特點:①節(jié)能效果顯著應用于各個燃燒領域均能大幅提高燃燒熱效率，如在玻璃行業(yè)中平均節(jié)油(氣)為20%-40%，在工業(yè)鍋爐、加熱爐、煉鐵斷和水泥廠機立窯等應用節(jié)能量為20%-50%，顯著提高熱能使用效率。3②有效延長爐齡燃燒環(huán)境的優(yōu)化使得爐內溫度分布更加合理，有效延長窯爐、鍋爐的使用壽命。③有利于提高產品產量、質量在玻璃行業(yè)燃燒狀況的改善使得熔化率提高、升溫時間縮短、產量提高；次品率降低、成品率提高。④環(huán)保效果突出煙氣中攜帶的固體未燃盡物充分燃燒，排煙黑度降低，燃燒分解和形成的可燃有害氣體充分燃燒，減少有害氣體的產生。排煙量明顯降低，減少熱污染。三．膜法制氧系統(tǒng)膜分離空分技術是八十年代國外新興的高科技技術，屬高分子材料科學，工業(yè)發(fā)達國家稱膜法富氧技術為資源性的創(chuàng)造性技術，它是第三代最具發(fā)展應用前景的氣體分離技術。許多發(fā)達國家都投入了大量人力物力來研究膜法富氧技術，日本曾在以氣、油、煤為燃料的不同場合進行了富氧應用試驗,得出如下結論:用23％的富氧助燃可節(jié)能10-25％;用25%的富氧助燃可節(jié)能20-40％;用27%的富氧助燃則節(jié)能高達30-50％等。4氣體膜分離原理膜分離制氧設備是利用具有特殊選擇分離性的高分子聚合纖維材料作為分離元件，在一定驅動力作用下，使雙元或多元組份因透過膜的速率不同而達到分離或特定組份富集的目當混合氣體在一定的驅動力(膜兩側的壓力差或壓力比)作用下，滲透速率相當快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側被富集，而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側被富集從而達到混合氣體分離的目的。膜法制氧性能指標：富氧濃度：27-30%制氧規(guī)模：10-15000m3/h設備能耗：0.1-0.15kw/h/立方設備組成：1、離心風機52、過濾系統(tǒng)3、真空泵4、膜分離系統(tǒng)5、汽水分離系統(tǒng)6、控制系統(tǒng)膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝置型號規(guī)格0±400±40型號規(guī)格富氧量配電912477占地面積444644MZYR-6004.5MZYR-7004.5MZYR-8505MZYR-9005.5MZYR-1500.58968膜法制氧系統(tǒng)特點：1、采用進口膜組件，產氣量高，富氧濃度穩(wěn)定，完全適用于高原環(huán)境，在零下30度的環(huán)境中仍然可以正常運行。2.系統(tǒng)的使用壽命時間長達10年。3.所有壓力容器和管件均選用304不銹鋼材質。4.控制系統(tǒng)根據需要可采用德國西門子PLC全自動控制方式，無需專人看護，并配有液晶顯示屏，能夠使操作人員直觀地看到各項運行參數。5.整體布局合理，結構緊湊，占地面積小；膜系統(tǒng)為柜式結構，重量輕，無需地基,現場方便與其它設備外連管線。6.啟動時間很短，開機后馬上就可以生產合格的富氧空氣。7系統(tǒng)流程：富氧助燃技術及裝置介紹27-30%的富氧空氣，即利用空氣中各組分透過高分子膜時的滲透速率不同，在壓力差驅動空氣。膜法富氧技術為資源的創(chuàng)造性技術，它是第三代最具發(fā)展應用前景的氣體分離技術。膜法富氧技術的主要優(yōu)點：流程簡單、體積小、無相變、能耗低、操作方便和安全、靈活性高、膜組件壽命長且免維護。當富氧濃度在30%左右、流量50，000NM3/H以下時，投資、運行及維護等費用遠遠低于深冷法或PSA法。8助燃技術是采用獨特的噴嘴噴射技術，確保不與普通空氣混合的條件下，使富氧空氣高速進入燃料燃燒區(qū)這一局部，獲得與整體增氧基本相同的效果，而沒有任何副作用，如同好鋼要加在刀刃上一樣，富氧應加在最需氧的地方，使燃料在此能用最少的氧氣來充分及時完全地燃燒。對于各種類型的燃料鍋爐，采用專用的富氧噴嘴，選用梯度燃燒、對稱燃燒、α型燃富氧助燃技術的主要優(yōu)點：1.提高燃燒區(qū)的火焰溫度、火焰黑度、輻射熱并降低排煙黑度；3.降低燃料的燃點溫度和燃盡時間；4.減少燃燒后的煙氣量；；定爐況等目的。四．工業(yè)鍋爐富氧燃燒應用加熱爐、熱媒爐、燃油爐、燃氣爐、快裝爐等，對于鍋爐是利用局部增氧助燃技術來強化原有鍋爐的火焰特性，既要使燃料在爐膛的停留時間更長，又要使燃料在盡可能少的助燃風下更充分、更完全地燃燒。節(jié)能率一般在5%-18%之間，約一年時間可以收回投資。鍋爐熱效率分析1、鍋爐熱效率提高：9q式中：η2—鍋爐反平衡熱效率%q2—排煙熱損失%q3—氣體不完全燃燒熱損失%q4—固體不完全燃燒熱損失%q5—散熱損失%q6—灰渣物理熱損失%從鍋爐熱平衡熱效率公式中可看出，鍋爐熱效率的高低取決于它的五種熱損失的大小，分別是1、排煙損失q2，2、氣體不完全燃燒熱損失q3，3、固體不完全燃燒熱損失q4，4、散熱損失q5，5、灰渣物理熱損失q6。其中排煙損失q2和固體不完全燃燒熱損失q4，是正轉鏈條鍋爐熱損失的最大兩項，它們之和占總損失的80%以上。2、排煙熱損失q2從公式中可看出，排煙熱損失q2的大小，取決于排煙溫度的高低和排出煙氣量的大小，改造后的富氧燃燒鍋爐，可減少一次風的風量，使過?？諝庀禂岛侠?，這樣就能減少煙氣的大量排出。煙氣帶走的熱量就大大的降低，排煙熱損失就小。3、氣體不完全燃燒熱損失q3氣體不完全燃燒損失q3，從公式中可看出，主要取決于排煙處煙氣容積和可燃氣體，改造后的富氧燃燒鍋爐，可燃氣體得到充分燃燒，爐膛溫度高，用普通空氣助燃，約五分之四的氮氣不但不參與助燃，還要帶走大量的熱量。一般氧濃度每增加1%，煙氣量約下降2~4.5%，所以氣體不完全燃燒損失q3也就小。從而能提高燃燒效率。4、固體不完全燃燒熱損失q4固體不完全燃燒損失q4，取決于爐渣、漏煤、飛灰的量和含碳量。燃油或燃氣鍋爐(助汽爐、加熱爐、熱媒爐等)局部增氧助燃技術用于燃油或燃氣的鍋爐加熱爐、注氣爐，其特點差不多，一般均采用對稱燃燒技術。每支油槍或氣槍對稱配2、4、6或8支富氧噴嘴。富氧噴嘴的位置在某一同心園上，距離和角度一般主要根據火焰中心的長短及大小確定，，采用對稱燃燒技術使燃料在爐膛中心強化燃燒，提高火焰溫度，且由于輻射熱與火焰溫度和水冷壁管溫度的四次方之差成正比，使得輻射熱顯著增加，而富氧量、線速和富氧噴嘴的尺寸等則需要根據燃料量和燃料特性通過系統(tǒng)綜合優(yōu)化來定。對稱燃燒對富氧噴嘴的要求：不改變火焰形狀、強化火焰、提高溫度。鏈條鍋爐、煤粉鍋爐采用s型燃燒技術或α型燃燒技術及四角燃燒，富氧噴嘴一般可以加在爐排底下、后拱、前拱、側墻或四角等。目的是強化原有鍋爐的火焰特性，使燃料和煙氣在爐膛中的停留時間更長，從而充分徹底完全地燃燒，放出更多的有效熱量。然后通過現場整體調節(jié)優(yōu)化達到節(jié)能目的。 (圖1) (圖2) (圖3)五．水泥窯爐富氧燃燒應用水泥窯主要分立窯和回轉窯兩大類。將富氧助燃技術用于水泥窯，其意義正如武漢工業(yè)大學硅酸鹽研究中心的李娟等老師等所介紹：富氧燃燒不僅能使燃料的燃燒時間大大縮短,有利于提高燃料的完全燃燒程度,而且還能提高火焰溫度和黑度,從而改善窯內的傳熱條件,使窯的產量提高,熱耗下降。這一措施經計算在技術上是可行的；山東建材學院的陳紹龍和周慶明老師在機械立窯上通過初步試驗也證明：富氧燃燒對燃料的燃燒速度和燃盡度的提高作用十分明顯，為縮短燒成時間，提高煅燒產質量提供了必要保證和可能；上海焦化廠設計院的計虎掌高工則對采用富氧空氣助燃煤矸石生產水泥進行了簡要的技術經濟分析；我們通過多年的調研和分析后也認為，富氧助燃技術，用于水泥窯的節(jié)能減排同樣意義重大。1富氧燃燒縮短燃料完全燃燒所需的時間隨著富氧濃度的提高，煤粉的燃燒時間縮短。如富氧的濃度提高到25%時，煤粉的燃燒時間可縮短16%左右。在空間尺寸不變的情況下，由于煤粉燃盡時間的縮短，煤粉燃盡的程度自然提高，這就減少了煤粉的不完全燃燒所造成的熱量損失，達到節(jié)能的目的。另外CO、NOx等有害氣體生成量也相應減少，有利于環(huán)保。2富氧燃燒提高了窯內氣流對物料的輻射傳熱速率在水泥回轉窯內火焰向物料傳熱的主要方式是輻射傳熱，而窯內氣流對物料的輻射傳熱速率又主要取決于氣流的溫度和氣流的黑度，二者越高，輻射傳熱量就越多，這可以通過富氧燃燒來達到此目的。由于空氣中氧氣的濃度提高，相應可減少空氣量，使得進入燃燒室的N2量下降，火焰的總體積下降(即火焰的體積流量下降)。在燃料的加入量不變的情況下，火焰的溫度相應提高，提高的程度主要取決于空氣中氧氣的如某廠水泥回轉窯的臺時產量為26t/h。煤耗為0.25kg/kg熟料，每小時燒煤量6500kg,燃燒帶的過?？諝庀禂禐?.1。燃煤的理論空氣量為6Nm3/kg(煤)。由此看出，需含由此看出，需含221%的空氣量：V=26000×0.25×6×1.1=42900Nm3/h在此空氣中的含氧量=42900×21%=9009Nm3/h。當空氣中氧氣的濃度提高至25%時，所需的空氣量則減少了16%。進入燃燒室的2量相應下降20%,使得火焰的總體積下降，在燃料的加入量不變的情況下，火焰溫度提高，提高的程度主要取決于空氣中氧的濃度，當空氣中氧氣的濃度達到25%時，經計算，火焰溫度可提高22100℃左右。另外因入窯空氣量減少，使得火焰中CO與H22高?；鹧娴暮诙纫蚕鄳龃?。2根據計算得知，當助燃空氣中氧含量為25%時，CO的體積百分濃度提高17.5%,222水蒸汽的體積百分濃度相應提高17.7%,由于CO與H22的黑度相應增大，當空氣中氧氣的濃度為21%時，火焰的黑度經計算為0.2104，當空氣中氧氣的濃度為25%時，火焰的黑度經計算為0.2245,增加的程度約6.7%?；鹧鎸ξ锪系妮椛鋫鳠崃刻岣叩某潭冉浻嬎銘獮?0.4%,回轉窯其他各帶的輻射傳熱量都相應提高，提高的幅度不會相差很大。3.穩(wěn)定火焰形狀，提高火焰溫度研究表明火焰形狀和長度影響到熟料中C3S礦物的晶粒發(fā)育大小和活性，因此，在燒高強優(yōu)質熟料時，必須調整火焰長度適中，且要求火焰形狀穩(wěn)定。通入富氧以后，燃料燃燒更加穩(wěn)定，所以火焰的穩(wěn)定性能得到加強。干法窯窯頭火焰溫度控制，視窯型大小而異，對于2000t/d以下的窯型一般控制在1650~1850℃之間，對于大型窯如5000t/d以上窯型，火焰溫度控制在1750~1950℃的較高范圍內比較有利，采用高溫燒成有利于熟料質量的提高和堿分的充分揮發(fā)，可獲得低堿熟料。采用富氧燃燒技術，可使燃燒反應更加劇烈，從而提高火焰溫度。4.加快反應速度，提高升溫速率優(yōu)質熟料形成要求在窯內過渡帶升溫階段要求快速升溫，促進熟料的礦物形成和燒結，通入富氧空氣以后，可加快燃燒反應速度，提高回轉窯內的升溫速率。5.促進燃料完全燃燒，穩(wěn)定窯內煅燒溫度提高氧濃度可使化學反應更加徹底，縮短了燃料燃盡時間，促進燃料完全燃燒，同時還能穩(wěn)定窯內的煅燒溫度，以保證熟料礦物的燒結。6.降低過量空氣系數，保持窯內微氧化氣氛研究表明窯尾廢氣中氧濃度控制在2%~3%左右為較好，即保持微氧化氣氛操作，若過?？諝庀禂悼刂七^低，二次風不足，易導致還原氣氛產生，窯內的還原氣氛會將熟料中的某些礦物質還原(例如Fe2O3成分被CO還原成FeO)影響熟料液相成分和黏度，影響熟料燒結，易產生大量黃心熟料，影響到熟料質量的提高。提高氧濃度可降低過量空氣系數，同時保持窯內的微氧化氛圍，為優(yōu)質熟料的生產創(chuàng)造條件?？傊?，富氧燃燒用于水泥窯，可改善煤的燃燒條件，縮短燃燒所需的時間，實現燃料的完全燃燒，同時也可使傳熱速率大幅度提高，因此有利于水泥生產。此外，采用富氧燃燒，可使廢氣排放量及CO、NOx等有害氣體的產生量下降，有利于節(jié)能減排。但富氧空氣的引入不可避免地會改變水泥的原有工況條件，因而在操作及設備方面必須作相應的調整，以滿足水泥回轉窯生產中所要求的火焰及溫度場要求。 (1)分解爐系統(tǒng)增加富氧分解爐系統(tǒng)是新型干法水泥生產工藝的重要組成部分，它承擔預分解系統(tǒng)中繁重的燃燒、換熱和碳酸鹽分解任務。這些任務能否在高效狀態(tài)下順利完成，主要取決于生料與燃料能否在爐內很好的分散、混合和均布；燃料能否在爐內迅速的完全燃燒，并把燃燒熱及時的傳遞給物料；生料中的碳酸鹽組分能否迅速的吸熱、分解，逸出的二氧化碳能否及時排除等。在分解爐內生料與高溫氣流之間傳熱快，物料在爐系統(tǒng)內停留時問短，化學反應迅速，對熱工制度的波動較為敏感。熱工制度不穩(wěn)定，輕者會打亂正常的生產秩序，嚴重時則會造成預熱器系統(tǒng)的粘結堵塞，甚至威脅設備安全。碳酸鹽分解是一個強吸熱反應，耗量為：碳酸鎂為815kJ/kg，碳酸鈣為1656kJ/kg，由于生料中含有大量的碳酸鹽，因此分解窯系統(tǒng)就需要大量熱，應用富氧燃燒技術有利于提高分解爐系統(tǒng)的熱效率，穩(wěn)定分解爐熱工制度，提高碳酸鹽的分解效率和質量。①降低燃料著火溫度和燃盡溫度，提高著火速度理論上，著火是由緩慢的氧化狀態(tài)轉變到反應能自動加速到高速燃燒狀態(tài)的瞬間過程，相對應的溫度稱為著火溫度，它反映了煤粉著火的難易程度。燃盡溫度是煤粉基本燃盡時的溫度，燃盡溫度越低，表明燃盡時間越短，煤粉就越容易燃盡，殘?zhí)恐械目扇际Ｓ嗔烤驮缴佟膱D1可以看出，隨著氧的體積分數的增加，煤粉燃燒的著火溫度Ti和燃盡溫度Th均呈下降趨勢，因此可以說明，富氧可使煤粉的著火提前并燃燒充分。從圖2可以看出在氧的體積分數較低時，隨著氧的體積分數的增加，煤粉著火時刻的燃燒速度增加較快，因此，在氧的體積分數較低時，增加氧的體積分數，會使煤粉的燃燒強度得到加強，提高煤粉的著火速度。②加快反應速度，縮短燃料燃燒時間煤粉被加熱后，揮發(fā)份在300-400℃時即迅速析出并點燃、燃燒，且能在很短時間內燃盡。而煤粒中殘留焦炭的燃燒最為緩慢，占據了整個燃煤反應的絕大部分時間。分解爐內，由于碳酸鈣分解速度快，其吸熱反應控制了分解爐爐溫；爐內煤粉燃燒大多在850-900℃較低溫度下進行。反應動力學研究表明，水泥分解爐內煤粉燃燒屬動力控制的一級反應，反應速度方程為：ω=Aexp (－E／RT)·PO2式中：A——頻率因子E/R——活化能PO2——O2分壓T——溫度即燃燒速度取決于化學反應能力，并與燃料性質、溫度等有很大關系，與燃燒氣體氧氣分壓成正比，而和氣流相對速度關系較小。增加氧濃度，提高爐內溫度能夠加快化學反應速度。燃料的燃燒時間與氧濃度的關系如圖4-3所示。增加空氣中氧氣的濃度，如氧的濃度能提高到25%，則煤粉的燃燒時間可大大縮短，為此，按無灰碳粒燃燒的計算公式進行估算。設：τ1為當空氣中氧氣的濃度為21%時，碳粒完全燃燒所需的時間；τ2為空氣中氧氣的濃度為25%時，碳粒完全燃燒所需的時間。τ1=ρxδ2/(8mD×0.21×1.428)τ2=ρx/δ2/(8mD×0.25×1.428)(1)(2)式中,ρx為碳粒的密度(kg/m)，δ為碳粒的顆粒直徑(m)；D為氧氣的擴散系數(m/s)；m為碳與氧的化學當量比(0.375)；1.428為氧氣在標準狀態(tài)下的密度(kg/Nm3)。由(1)/(2)，得τ2=0.84τ1由此得出結論，如氧氣的濃度提高至25%時，煤粉的燃燒時間可縮短16%。③加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高火焰溫增加氧濃度可以加快化學反應速度，從而加快了火焰的傳播速度，增強火焰穩(wěn)定性，提高了火焰溫度。④促進燃料完全燃燒，提高爐膛溫度，強化爐內傳熱提高氧濃度可使化學反應更加徹底，縮短了燃料燃盡時間，促進燃料完全燃燒，減少了不完全燃燒所造成的熱量損失，達到節(jié)能的目的。圖4為燃料燃盡率與氧濃度的關系。由于燃料的燃燒工況得到了良好的改善，提高了爐膛溫度，同時強化了物料與氣流的熱傳遞，使得分解爐系統(tǒng)的熱工制度更加穩(wěn)定。⑤降低過量空氣系數，減少煙氣排放量和排煙損失由于空氣中含79%氮，阻礙氧分子向碳表面吸附層的擴散和燃燒產物從碳表面的氣體邊界層排出，且氮分子不可能與燃料中可燃物反應，以及空氣通過燃料層阻力等諸多因素。因此，必須以過?？諝馐谷剂先紵@得足夠的氧量，而使煤充分燃燒，這樣就必須加大3次風量，但是在水泥生產工藝中若風速過大，系統(tǒng)阻力加大并且縮短燃料、物料及氣流在系統(tǒng)各部位的停留時間，影響整個系統(tǒng)的熱效率和熱工制度。采用富氧空氣以后，氮氣的濃度降低，阻礙氧分子向碳表面吸附層的擴散和燃燒產物從碳表面的氣體邊界層排出的能力必然減弱，所以所需得過量空氣必然減少，因而降低過量空氣系數，同時減少煙氣排放量和排煙損失。8.總結綜上所述，富氧燃燒用于水泥生產工藝，可改善燃料的燃燒工況，提高火焰溫度及黑度，縮短燃燒所需的時間，實現燃料的完全燃燒，從而加大火焰對物料的輻射傳熱能力提高整個系統(tǒng)的熱效率，減少廢氣及CO、NOx等有害氣體的排放量，有利于節(jié)能減排，同時還能夠穩(wěn)定整個窯系統(tǒng)的熱工制度，提高水泥的生產效率和質量。因此，富氧燃燒技術在水泥工藝上的應用可以取得良好的經濟效益，社會效益和環(huán)保效益，山西省節(jié)能監(jiān)測中心探討了富氧助燃技術用于水泥工業(yè)的節(jié)能機理,工藝流程,效益分析,論證了該技術既節(jié)能、環(huán)保,又有利于提高水泥質量。六．典型案例應用單位備注制氧設備應用南陽油田(4噸燃煤)江蘇阜寧化肥廠(20T燃煤)白象食品集團(10T燃煤)四川美豐集團(16T燃氣)湖南經化集團(10T燃氣)桂林啤酒集團(20T燃煤)廣州博能(20T燃燒)營口造紙廠400Nm3/h純度93±2%南平嘉閩化工集團40m3燃油馬蹄焰窯無錫鑫運來微晶濮陽陽晨玻璃公司43m3燃油馬蹄焰窯16m3燃天燃氣雙煊窯彩虹集團650Nm3/h純度93±2%4343m3燃油馬蹄焰窯38m3燃煤氣玻璃窯輥道窯輥道窯燃重油焚燒爐承德玻璃廠云南易達陶瓷冠軍陶瓷齊魯石化晴倫廠唐山三友化工集團制氮設備應用平煤集團汝州電化有限公司(電石項目)1500m3/h×3套河南新鄉(xiāng)新誼藥業(yè)集團河南太龍藥業(yè)有限公司河南開封制藥集團有限公司河南新鄉(xiāng)市光亮精細化工有限公司新鄉(xiāng)恒基化工有限公司河南省聯(lián)誼制藥有限公司河南同源制藥有限公司駐馬店頂升食品有限公司新鄉(xiāng)市天彩顏料有限公司河南利華制藥有限公司新鄉(xiāng)凱寶化工有限公司0m3/h×2套88m3/h120m3/h100m3/h0m3/h×2套m3/hm3/hm3/h100m3/h80m3/h0m3/h×3套99.5%保護用99.5%保護用99.99%生產用99.9%保護用99.99%保護用99.99%生產用99.9%保護用99.5%保護用99．9%生產用99%生產用99.5%保護用99.99%生產用設備設備設備設備設備設備變壓吸附制氮照片變壓吸附制氮照片變壓吸附制氮照片變壓吸附制氧照片變壓吸附制氧照片變壓吸附制氧照片八．富氧助燃所需拋煤機/鏈條爐調查表爐使用時間天/年、年平均耗煤量T2平均/最大/最小耗煤量//噸/時、煤種：煤中水含量：w%4567 電價：元/度 熱效率:%(實測)爐齡(使用年限):年煤顆粒分布 小于6mmw% 6-13mmw% 13-19mmw%最大mmKWPa風溫℃10引風機型號：二次風量：標方/時、風壓Pa、風溫℃、噴嘴數量、內徑：mm、mmmm時、風壓：Pa、風溫℃Pa渣含碳量w%12排煙溫度：℃、煙氣中氧/一氧化碳含量：/v%℃,林格曼黑度：級14負荷是否穩(wěn)定？飛灰回收的風量：標方/時、風壓：Pa、15操作是自動、半自動還是手動？拋煤風噴口四周是否結渣？16煤及蒸汽計量是否準確？拋煤風量：標方/時、風壓：Pa17蒸汽流量:最大最小平均T/h;溫度：℃；壓力：MPa;給水溫度:℃;給水量:最大最小平均T/h;壓力:MPa;排污方式:;排污 率:% 18是否改動？加拱數量、位置、名稱(最好附圖)19前后拱詳細尺寸(最好附圖)：20鍋爐運行是否正常？主要存在問題：安裝時需停爐1-6天。根據上述數據，我們可以進行綜合評估，以便提供最佳的技改方案。九．回轉窯富氧數據調查表1、型號規(guī)格：2、燃燒方式：爐膛負壓：窯尾溫度：3、燃料種類：爐膛溫度：空氣過剩系數：實際噸產品耗燃料量：kg(立方)/t，燃料消耗量：噸(立方)/h，年耗量噸(立方)6、一次風機風量：標方/h風壓kpa配電kwh風壓kpa配電kw8、二次風機風量：標方/h,風壓kpa配電kw度：十.鍋爐節(jié)能改造必要性煤是我國目前可利用能源形式中的主要能源，在我國一次能源消費結構中占70%以上的份額。全國目前約有54萬臺燃煤鍋爐，量大面廣，不僅是污染大戶，而且也是耗能大戶。一、燃煤鍋爐的現狀煤是我國目前可利用能源形式中的主要能源，在我國一次能源消費結構中占70%以上的份額。全國目前約有54萬臺燃煤鍋爐，量大面廣，不僅是污染大戶，而且也是耗能大戶。燃煤鏈條鍋爐已有100多年歷史，無論是設計還是運行都積累了比較成熟的經驗。建國以來燃煤鏈條鍋爐進行了膜式水冷壁、增設二次風和爐前分層布煤等幾次較大改進，但是就設計和運行技術總體水平而論提高不快?？偠灾覈济烘湕l鍋爐總體熱效率較低，設計熱效率在76—85%之間，但實際上一般都在60—65%左右，有的還低于60%。鍋爐實際出力不夠。二、燃煤鏈條鍋爐燃燒上存在三大弊病1、新煤點燃遲緩，煤種適應性差。2、配風系統(tǒng)縱向供風不合理，橫向配風不均，側串風比較嚴重。煤層不均勻，形成“火溝”，大量冷風串入爐膛，造成蛇型火?？v向主燃區(qū)缺氧，無二次風。3、燃煤在爐膛內部燃燒不充分，大量懸浮可燃物顆粒不能完全燃燒，造成大量煙塵排放污染,灰渣含炭量嚴重超標。三、鍋爐節(jié)能技術燃煤鍋爐節(jié)能減排無煙氣化燃燒技術，是以具有強化燃燒功能技術的核心主件——多功能助燃芯板(見附圖多功能助燃芯板)做主體。多功能助燃芯板采用高分子合成技術與高介質相匹配，采用高耐火材料為載體固化而成，它具有在常溫下耐壓強度40Mpa以上，使用溫度在1000℃以上高耐火度。在燃煤燃燒過程中，當爐膛溫度上升到350oC以上時、多功能助燃芯板開始起理化反應,釋放氧增加爐內的熱氧化效應，給爐膛內燃煤助燃。燃煤中的大多數物質著火溫度在500℃左右，硫著著火溫度630℃，碳的著火溫度~800℃左右。含有特殊介質的助燃芯板在充分工作的狀態(tài)下，強化新煤燃煤基質，激發(fā)燃燒動力場，優(yōu)化了主燃區(qū)燃煤條件。煤在燃燒過程中產生的混和煙氣污染物，大部分被作為燃料,被多功能助燃芯板引射、吸附，形成饋壓勢漩流循環(huán)燃燒。使可燃物在助燃芯板作用下，充分燃盡在爐膛內，并實現了顯著的高效燃燒和潔凈排放的效果。一種鍋爐自動化節(jié)能控制系統(tǒng)(專利技術)：對鍋爐設備中的引風機、鼓風機、爐排、水泵共四臺較大型電動機采用相應容量的能控制改變電機轉速的變頻器啟動控制。并將鍋爐蒸汽輸出口的壓力表替換成帶壓力檢測傳感器的壓力表，同時將鍋爐原水位表改裝成水位檢測傳感器裝置。并在控制柜中加裝可編程序控制器。將壓力給定值和水位給定值根據用戶要求提前寫入可編程序控制器，由壓力傳感器和水位傳感器檢測到的信號回饋給可編程序控制器后，進行運算、比較，然后輸出頻率信號，合理控制各個電機的轉速，達到引風、鼓風、爐排、水泵電機的同步調節(jié)，進而達到輸出恒定的氣壓值并節(jié)約能源的目的鍋爐節(jié)能是一種技術。它可以提高鍋爐的熱效率，能夠使鍋爐的熱效率達到70%-80%，可以節(jié)煤10%-15%?；驹硎前迅咝虏牧霞夹g、燃燒技術和鍋爐綜合技術有機結合在一起，通過一系列物理、化學變化，使燃燒煤達到強化燃燒，充分燃燒，完全燃燒的一種全新的燃燒方式。這種技術已經得到了國家和用戶的認可。節(jié)能效率舉例以10噸鍋爐24小時節(jié)煤為例一小時每蒸噸設計煤耗量最低為150公斤10噸爐每小時耗煤為：150公斤×10=1500公斤=1.5噸一晝夜24小時耗煤量為：1.5噸×24=36噸按節(jié)煤率10%計算：36噸×10%=3.6噸(一晝夜)生產爐一年運行天數按300天計算，另60天為停爐修理時間，一年節(jié)煤3.6×300=1080噸。以遼、吉、黑東北地區(qū)為例煤價取600元每噸，節(jié)煤1080噸×600元/噸=64.8萬元；取暖爐一個采暖期按150天計算：50×3.6噸=540噸540噸×600元/噸=32.4萬元結論：無論是生產爐還是采暖爐，不到一個采暖期就能收回改造投資。十一、膜法制氧是鍋爐節(jié)能的理想選擇統(tǒng)計顯示，工業(yè)鍋爐采用富氧助燃技術，節(jié)能率可以達到5％－20%，燃煤鍋爐節(jié)煤率可以達到10%以上，并可提高鍋爐出力10%以上。目前，我國在用工業(yè)鍋爐的裝機總量約為55.3萬臺，其中近85%是燃煤鍋爐，每年要“吃掉”全國原煤產量的三分之一。如果在用的工業(yè)鍋爐有50%采用膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝置，年可節(jié)煤0.28億噸煤(節(jié)煤率按10%計)年可節(jié)資金140億元人民幣(煤價按500元/噸計)。目前，富氧燃燒作為一種新興的燃燒技術在世界上受到高度重視，美國、韓國等國要求其國內新增工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐不得用普通空氣助燃，必須全部采用富氧助燃裝置。打開電源，3分鐘后氧氣就源源而來，有了充足的氧氣供應，鍋爐內的火苗更加旺盛，且可實現節(jié)能一成以上，達到這一效果的核心技術竟然就是一張高分子原料膜！數據顯示，研制開發(fā)的膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝置能使燃煤鍋爐的效率提高5％－人類缺氧就要呼吸困難甚至窒息，鍋爐缺氧則熱效率低下。正常情況下，空氣中氧氣的含量為21％、氮氣的含量為78％，對于人類呼吸來說這樣的比例已經足夠，但對于鍋爐燃燒來說并非最佳比例。常規(guī)燃燒中空氣僅有21%的氧氣參與燃燒，而78%的氮氣則要吸收大量燃燒反應放出的熱量，并作為煙氣排出，造成環(huán)境污染和能源浪費。試驗結果表明，只有當空氣中氧氣的含量達到28％－30％的時候，鍋爐才可以達到最佳的燃燒效率。這種情況下，增加空氣中的氧氣含量來助燃即富氧燃燒是提高鍋爐效率的有效途徑。膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝置正是為鍋爐提供一種富氧燃燒的環(huán)境。這種裝置就像在鍋爐和外部空氣之間樹了一個“篩子”(高分子原料膜)，在壓力差的作用下使空氣中的氧氣優(yōu)先通過，從而提高鍋爐內氧氣的含量，可以加快燃燒速度與促進燃燒完全、減少燃燒后的排氣量、增加熱量利用率，大幅提高鍋爐燃燒的效率。十二、膜法富氧技術在燃煤鍋爐上的應用氣體膜分離技術是利用滲透的原理,即分子通過膜向化學勢降低的方向運動.首先運動至膜的外表面層上,并溶解于膜中,然后在膜的內部擴散至膜的內表面層解吸.其推動力為膜兩側的該氣體分壓差.由于混合氣體中不同組分的氣體通過薄膜時的速度不同,從而達到氣體分離,回收提純氣體的目的.目前,國內已成功地將膜法富氧助燃節(jié)能技術應用于有色金屬冶煉、玻璃池爐節(jié)能、化鐵爐和鑄造爐節(jié)能等方面,并取得了提高產品質量、節(jié)約能源、改善環(huán)境的效果.其節(jié)能率一般在10%~16%[1,2].1膜法富氧技術的節(jié)能機理提高火焰溫度因氮氣量減少,空氣量及煙氣量均顯著減少,故火焰溫度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高,但富氧濃度不宜過高,國內外的研究均表明,氧氣的體積分數在28%左右時最佳.因為氧濃度增加時火焰溫度增加較少,而制氧投資則猛增。加快燃燒速度與促進燃燒完全燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大,如H2在純氧中的燃燒速度是在空氣中的412倍,用富氧助燃,不僅提高燃燒強度,加快燃燒速度,獲得較好的熱傳導.同時,溫度提高后,有利于燃燒反應,促進燃燒完全。降低燃料的燃點溫度燃料的燃點溫度不是常數,如CO在空氣中的燃點為609℃,而在純氧中的燃點僅為388℃,所以用富氧助燃能提高火焰強度和增加釋放熱量等。減少燃燒后的排氣量用普通空氣助燃,占體積4/5的N2不參加助燃,且?guī)ё叽罅繜崮?如用富氧助燃,燃燒后的排氣量減少,從而提高了燃燒效率。增加熱量利用率富氧助燃對熱量的利用率有所提高,如用普通空氣助燃,當加熱溫度為1300℃時,其可利用的熱量為42%,而用26%的富氧空氣助燃時,可利用熱量為56%,且氧濃度越高,加熱溫度越高,所增加的比例越大,因此節(jié)能效果就越好。降低空氣過剩系數富氧助燃可適當降低空氣的過剩系數,這樣,燃料消耗就相應減少,從而節(jié)約能源。2工藝流程及主要設備工藝流程膜法富氧助燃裝置工藝流程,如圖1所示空氣→空氣凈化器→通風機→富氧發(fā)生器→富氧空氣真空泵→汽水分離器→脫濕罐→穩(wěn)壓罐→增壓風機→富氧預熱器→二、三風室→富氧均化→噴入爐內富氧燃燒區(qū)空氣經空氣凈化器除去大于10μm的灰塵后由通風機送至富氧發(fā)生器,形成含氧體積分數為28%~30%的富氧空氣,由水環(huán)式真空泵抽取后經汽水分離器、脫濕罐和穩(wěn)壓罐,脫除氣體中的水分,由增壓風機將富氧空氣增壓至3000~4500Pa,進入富氧預熱器,該預熱器安裝于鍋爐空預器和省煤器之間的煙道內富氧空氣加熱至大于80℃后分為兩路:一路通入爐排下面的二、三風室,由導風器、富氧均化噴頭在橫向均勻地高速噴入爐內煤層進入爐膛,使該燃燒區(qū)內的火焰溫度升高,并增強火焰剛性;另一路富氧空氣由后拱前端,通過具有擴散角的“富氧高溫噴嘴”噴入火焰上部,使火焰中的未完全燃燒物達到完全燃燒,可獲得消煙除塵、提高火焰溫度的效果.上述兩路富氧空氣均由閥門加以適當控制[3].技術指標和參數富氧濃度富氧流量循環(huán)水量系統(tǒng)阻力150~200m3/h%<50L/min<800Pa電耗0.07~0.12kW·h/Nm3(富氧空氣)主要設備1)膜裝置由空氣均配箱、卷式膜組件、真空均分器和外殼等組成.LTV-PS型富氧膜,結構為直徑200mm×1000mm卷式組件。2)設備型號與技術指標見表1.表1設備型號與技術指標設備名稱型號風量/(m3·h-1)風壓/Pa轉速/(r·min-1)功率/kW電機型號通風機DWT-512A280049002900515Y132S1-2增壓風機DWT-419A200460628401.5Y90S-2水環(huán)式真空泵SK-1272080009701.85Y200L1-63)空氣凈化器直徑500mm,阻力<300Pa,除去大于10μm的灰塵。4)富氧預熱器直徑500mm,厚度50mm,共6組.3鍋爐簡介膜分離富氧助燃節(jié)能裝置首次應用于我廠WGC20/3182-Ⅰ型燃煤蒸汽鍋爐,其結構系SHL型雙鍋筒橫置式,采用自然循環(huán),上下鍋筒之間布置鍋爐管束,爐膛出口與管束之間布置過熱器,尾部豎井布置省煤器和空氣預熱器,燃燒設備采用加煤斗配正轉的鱗式爐蓖.鍋爐主要技術指標列于表2.鍋爐輔機規(guī)范見表3.表2鍋爐主要技術指標額定蒸發(fā)量20t/h爐蓖有效面積2415m2出口壓力3182MPa燃燒室容積8812m2出口溫度450℃費斯頓管1715m2給水溫度104℃水冷壁管面積82m2排煙溫度158℃過熱器換熱面積216m2空氣預熱溫度116℃省煤氣換熱面積243m2水壓試驗壓力514MPa空預器換熱面積343m2使用燃料煙煤燃燒方式加煤斗鏈條爐額定效率80%燃料低位發(fā)熱量19904kJ/kg表3鍋爐輔機規(guī)范輔機名稱型號風量/(m3·h-1)風壓/Pa轉速/(r·min-1)功率/kW電機型號GD~2472145030Y200L-4YD~1716145075Y280S-4給水泵DG25-50×1125(流量)550(揚程m)290090Y280M-24安裝調試富氧發(fā)生站富氧發(fā)生站由通風機、富氧發(fā)生器、真空泵、汽水分離器組成.通風機和真空泵裝在混凝土基礎上,靜止設備可安裝于18#槽鋼制作的支架,使整個發(fā)生站形成雙層布置,達到結構緊湊的效