膜法富氧強化燃燒技術

一、富氧燃燒的基本概念：

進入鍋爐內燃料中的可燃質與空氣中的氧氣發生氧化反應，實現燃料的燃燒?？諝庵型ǔ：?1％的氧氣，若通過提高助燃空氣中氧氣濃度所完成的燃燒過程稱為富氧燃燒。富氧燃燒是一項高效燃燒技術，更是一項燃煤最有效的強化燃燒技術。隨著制氧技術的發展，尤其是膜法制氧技術的開發應用，降低了小容量制氧成本。富氧燃燒技術應用于工業鍋爐和工業窯爐，可取得顯著的節能減排效果。

二、富氧強化燃燒機理及應用效果：

（1）提高火焰溫度　用富氧空氣取代全部或部分供燃燒的空氣時，可以減少空氣總量，使空氣中占70％以上不參與燃燒的氮氣相應減少，這就減少了這部分氮氣的吸熱。另外隨著氧氣濃度的增加，強化了氧化反應，從而提高了火焰溫度，增強了輻射傳熱效果。氧濃度在26％～30％為提高火焰溫度的最佳值，而這也正是膜法制氧的氧濃度范圍。膜法制氧可以減少資金的投入，運行經濟且可以獲得最佳的燃燒效果。

（2）降低燃料著火溫度，提高燃燒速度，促進完全燃燒　燃料的燃點溫度不是一個常數，隨燃燒條件變化而變化，隨著助燃氣體中氧濃度的增加，燃料著火溫度降低。同時燃料在富氧環境下燃燒速度和燃燒強度顯著提高，有利于燃料的燃盡，降低灰渣可燃物，并從根本上消除燃燒黑煙污染。

（3）降低空氣系數，減少排煙量　利用富氧空氣可以減少空氣總量即降低空氣系數。用普通空氣助燃時，約占4/5的氮氣不但不參加燃燒反應，而且還要吸收熱量加熱到排煙溫度，增大排煙熱損失。用富氧空氣助燃，氮氣量減少，排煙量相應減少。使用含氧量為27％的富氧空氣燃燒，與氧濃度為21％的空氣燃燒比較，空氣系數α=1時，煙氣體積減小20％，富氧燃燒技術可有效降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率。

（4）膜法富氧助燃技術適用于包括燃氣、燃油、燃煤的所有工業鍋爐，它既能提高劣質燃料的應用范圍，又能充分發揮優質燃料的性能。如用26.7％富氧空氣燃燒褐煤，所得到的理論燃燒溫度T與普通空氣燃燒重油得到的T相當，說明應用富氧空氣燃煤可代替用空氣燒油，開辟了一條燃油的替代途徑，具有重要意義。

三、富氧燃燒的種類:

富氧空氣中氧的濃度不同，可以分為工業全氧燃燒，氧氣濃度達95％；低濃度富氧燃燒，氧氣濃度在26％～30％。兩種方式在工業生產中均有應用，但從制氧、鍋爐設備改造費用等因素綜合效益考慮，采用膜法局部富氧助燃技術最為有利。

局部富氧燃燒技術，一般是把燃燒所需全部空氣量1％～3％的富氧空氣，用于對改善燃燒最為有效的部位，也就是把好鋼用在刀刃上。

四、膜法富氧制備工藝及設備:

1. 工業制氧方法

（1）深冷法（低溫法）　安全性好，噪聲低，技術成熟，產氧濃度高，可同時生產氧氣和氮氣。但制備系統復雜，產量調節性差，適用于較大生產規模，生產量低時成本偏高。

（2）變壓吸附法（PSA法）　利用分子篩生產氧氣，方法簡單，可靠性高，產量調節性好，適用于中等生產規模、氧氣濃度小于95％的場合。

（3）膜法分離法　設備簡單，操作方便、安全、啟動快，不污染環境，生產規?？尚】芍?，損益少，應用靈活，工業發達國家稱之為“資源的創造性技術”。當氧濃度在30％左右，生產規模小于15000m3（標況）/h時，膜法投資、維修及操作費用之和僅是深冷法和PSA法的2/3～3/4，而且規模越小膜法越經濟。

2.膜法局部增氧助燃技術

①膜法富氧技術原理是利用空氣中的氧氣和氮氣透過高分子膜時的滲透速率不同制氧的。各種氣體在高分子膜的透過速率由難至易依次為：氮氣、甲烷、一氧化碳、氬氣、氧氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、水蒸氣?？梢娧鯕鉂B透速率高，易通過；而氮氣滲透速率最低，不易通過。在壓力差的驅動下，空氣通過高分子膜后，在低壓側將氧氣富集起來，可獲得富氧份額達27％～30％的富氧氣體。

②膜法富氧氣體的制備有正壓法和負壓法兩種。工業鍋爐系統多采用負壓法，典型工藝流程如下圖所示?？諝饨涍^過濾器除去大于10μm的灰塵后，由風機（全壓為1～5kPa，風量約為富氧空氣量的7～10倍）送入膜富氧分離裝置，利用真空泵產生的壓差，使氧氣在膜的低壓側富集成為富氧空氣，高壓側的富氮氣體排空。富氧空氣經汽水分離和除濕處理，之后經穩壓系統并預熱后（應大于100℃）經富氧噴嘴送入爐膛中。因富氧氣體所占空氣量的比例有限，故將其以最佳的方式（速度、分布）送入爐內最需要的地方，是實現經濟、有效地富氧強化燃燒的基本原則。

③富氧空氣通過布置在爐膛不同位置的富氧噴嘴，以二次風的形式送入，構成α型燃燒、四角燃燒、推遲燃燒和分級燃燒，分別適用于煤粉爐、拋煤機爐、沸騰爐、循環流化床爐和鏈條爐等。

五、膜法富氧燃燒技術應用實例：

①南陽油田一臺4t/h燃煤鍋爐應用膜法富氧燃燒技術，平均節煤率29.7％，熱效率平均提高15.96％，最高17.44％，平均負荷提高17.69％，蒸汽壓力提高39％。

②江西阜寧化肥廠，1998年6月在國內首次將膜法富氧燃燒技術應用于20t/h燃煤蒸汽鍋爐，配用富氧空氣量為200m3（標況）/h。經測試爐膛溫度提高了90℃，空氣系數下降0.3，灰渣含碳量下降5.32個百分點，排煙林格曼黑度小于1級，熱效率提高11.04％，已穩定運行近10年，綜合效益十分顯著。

③1995年，濟南某醫院在4t/h燃煤鍋爐上應用膜法富氧燃燒技術，自行安裝、調試設備，配用富氧空氣量為50m3（標況）/h，結果不僅解決了排煙污染問題，而且平均節煤14％以上。

④瓦軸集團2001年在兩臺35t/h拋煤機鍋爐上應用膜法富氧燃燒技術，富氧空氣中氧濃度為27％～30％，壓頭1000～1200Pa，10只噴嘴布置在兩側墻，出口流速60～90m/s。經測試，排煙林格曼黑度由3～4級降低到1級以下，結束了10年冒黑煙被罰款的歷史。鍋爐熱效率達到75.62％，較應用前提高了9.35個百分點，且出力增加，可達額定負荷。