環(huán)保在線APP
環(huán)保在線手機站
環(huán)保在線小程序
微信公眾號
大連普瑞科爾制造有限公司作者
膜分離富氧技術在拋煤機爐上的應用
李卓
（大連普瑞科爾制造有限公司，遼寧大連 ）
（大連普瑞科爾制造有限公司，遼寧大連 ）
摘 要：本文對膜法富氧助燃技術的節(jié)能機理作了簡要闡述，并介紹了膜法富氧技術及裝置在拋煤機爐的運行情況，實際應用表明，拋煤機爐使用膜法富氧技術將助燃空氣含氧量提高后，排煙的林格曼黑度達到1級以下，節(jié)煤率達到10.14%，獲得顯著的綜合效益，半年即可收回投資。
關鍵詞：膜法富氧；富氧助燃；拋煤機爐；林格曼黑度；節(jié)煤率
關鍵詞：膜法富氧；富氧助燃；拋煤機爐；林格曼黑度；節(jié)煤率
Application of Membrane Oxygen-enriched Combustion Technology
in cast coal stove
LI Zhuo
（Dalian Puricle Products Co.Ltd. Dalian 116025, China）
Abstract: Introducing membrane’s principle of making oxygen-enriched air, osmotic membrane and oxygen-enriched technology is used in cast coal stove, developing the enriched-oxygen burning technology. Industrial application show that when the oxygen content of air has been increased with the osmotic membrane and enriched-oxygen technology Ringelmann numbers have been below one grade , the saving coal ratio has been reached 10.14% and the investments has been taken back only in half a year.
Key words: osmotic membrane and oxygen-enriched; oxygen-enriched burning technology; cast coal stove; Ringelmann numbers; saving coal ratio
Key words: osmotic membrane and oxygen-enriched; oxygen-enriched burning technology; cast coal stove; Ringelmann numbers; saving coal ratio
1、概述
膜富氧技術是上七十年代興起的用高分子膜將濃度為20.9%的空氣制成氧濃度較高的富氧空氣的新技術。
普通空氣只含氧20.9%，在燃燒過程中，近80%的不助燃的氮氣吸收了大量的熱能并于廢氣中排掉，同時在高溫下生成氮氧化物，造成環(huán)境污染。采用富氧空氣助燃能克服或減輕這些問題。如燃燒一公斤重油需要12.2Nm3普通空氣，如果采用30%濃度的富氧空氣則只需要8.5Nm3，所產生的氮氧化物減少40%。因此大大提高了燃燒效率，減輕了污染；同時，在高溫熔爐中使用富氧空氣，火焰溫度升高，燃燒速度加快，火焰強度加大，提高了火焰輻射和對流傳導，提高了燃燒質量，提高產品質量和生產率。
氣體膜分離技術的原理[1]是在壓力驅動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面的吸附能力以及在膜內溶解-擴散上的差異來進行分離的?，F(xiàn)在作為成熟的工藝技術，廣泛用于許多氣體的分離、提濃工藝。它的主要優(yōu)點是無相變，能耗低，裝置規(guī)模根據(jù)處理量的要求可大可小，而且設備簡單，操作方便，運行可靠性高，膜的壽命可達數(shù)年，無噪聲，清潔生產。
2、膜富氧技術
2.1 膜富氧機理
膜法富氧是利用空氣中各組分透過高分子有機膜時的滲透速率不同，在壓力差驅動下，空氣中氧氣優(yōu)先通過膜而得到富氧空氣。見圖1：
2.2 膜及膜組件
目前，應用在富氧助燃領域的膜分離器主要為螺旋卷式膜組件，結構如圖2所示。原料氣流過膜的外表面，容易滲透的氧氣優(yōu)先透過膜富集在膜的滲透側，通過中心多孔管流出膜分離器，成為富氧空氣（含氧28~30%）。
圖2 大連普瑞科爾制造有限公司產品
2.3 工藝流程
空氣富氧助燃的流程[2]大體相同，主要設備包括空氣過濾器、風機、富氧膜分離器、真空泵、空氣脫濕、穩(wěn)壓、預熱和噴嘴等，其中膜裝置的大小、產氣量和富氧濃度需要根據(jù)不同的爐型設定。
圖3 富氧助燃技術工藝流程示意圖
如圖3，流程說明：空氣進入風機1后，進入膜分離裝置，以真空泵提供的壓力差為驅動力，氧氣優(yōu)先滲透通過膜組件，得到富氧空氣（含氧28~30%），該富氧空氣經過氣液分離器脫出部分水分，再通過脫濕器*脫出其中的水蒸氣，經風機2穩(wěn)壓后，送到預熱器預熱，zui后通過噴嘴進入鍋爐實現(xiàn)助燃。
利用選擇性滲透膜分離空氣中氧、氮，過程推動力是膜兩側的組分分壓差，對于不同場合，可選用正壓操作或負壓操作，當用負壓操作時，不需配備壓力容器，真空泵只將產物從一側抽出，能耗較少；當使用正壓操作時，將進料空氣壓縮，一般壓差較大產氣量高，但能耗提高。至于選擇何種工藝路線和方法，要根據(jù)用戶的實際情況確定。
2.4 膜分離富氧技術的節(jié)能機理
(1)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(shù)在28％左右時*。因為氧濃度增加時火焰溫度增加較少，而制氧投資則猛增。
(2)加快燃燒速度，促進燃燒*
燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大，如N2在純氧中的燃燒速度是在空氣中的4.2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。
(3)降低燃料的燃點溫度
燃料的燃點溫度不是常數(shù)，如CO在空氣中的燃點為609℃，在純氧中的燃點為388℃，所以用富氧助燃能提高火焰強度，增加釋放熱量等。
(4)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。
(5)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)能效果越好。
(6)降低空氣過剩系數(shù)
富氧助燃可適當降低空氣的過剩系數(shù)，這樣，燃料消耗就相應減少，從而節(jié)約能源。[3]
3.膜法富氧在拋煤機鍋爐的應用實例
3.1拋煤機鍋爐
拋煤機鍋爐[4、5]是除了鏈條鍋爐之外的第二大類工業(yè)鍋爐，zui小的10噸/時，zui大的可達75噸/時，由于著火條件好、燃燒強度高、煤種適應性廣、起爐產汽快、負荷調整迅速和反應快等特點，上世紀九十年代前上的比較多。但它燃燒效率低、煤耗高、煙塵濃度高、特別是黑煙嚴重，林格曼黑度一般在2-4級，嚴重地污染環(huán)境。在人們對環(huán)保越來越重視的今天，排煙黑度超標就成為拋煤機鍋爐zui大的缺點，是亟待解決的核心問題，而黑煙是由未燃盡的飛灰中的殘?zhí)己蛽]發(fā)分在缺氧氣氛下生成的游離碳造成的。
造成鍋爐冒黑煙、熱效率偏低等原因主要有以下幾個方面：
(1) 拋煤機爐為開式爐膛，由于懸浮燃燒的需要，爐膛結構比較高大，燃煤主要依靠爐膛輻射加熱和引燃，爐膛后半部主燃區(qū)的熱量不能通過對流傳到前部，爐膛水冷度相對較大，造成燃燒熱強度和爐膛溫度偏低，火焰中心溫度一般只有1000 - 1100 ℃。
(2) 二次風布置不當，煙氣仍有“短路”。二次風量前后分配不盡合理(前大后小)，主燃區(qū)二次風量偏小；二次風(前、后)流速及擴散角不合理，難以覆蓋和鎖住煙氣，揮發(fā)分和飛灰在爐內不能充分二次燃燒。
(3) 細煤屑在爐膛內懸浮燃燒的效果不好。爐膛內很少產生氣流旋渦，擾動混合情況較差，煙氣中未燃物在爐內停留時間短，懸浮燃燒條件不足，因此造成大量細煤屑及揮發(fā)分來不及燃燒就飛出爐膛。
(4) 爐排層燃燃燒狀況不佳，燃盡段過短，爐渣含碳量高。
(1) 拋煤機爐為開式爐膛，由于懸浮燃燒的需要，爐膛結構比較高大，燃煤主要依靠爐膛輻射加熱和引燃，爐膛后半部主燃區(qū)的熱量不能通過對流傳到前部，爐膛水冷度相對較大，造成燃燒熱強度和爐膛溫度偏低，火焰中心溫度一般只有1000 - 1100 ℃。
(2) 二次風布置不當，煙氣仍有“短路”。二次風量前后分配不盡合理(前大后小)，主燃區(qū)二次風量偏小；二次風(前、后)流速及擴散角不合理，難以覆蓋和鎖住煙氣，揮發(fā)分和飛灰在爐內不能充分二次燃燒。
(3) 細煤屑在爐膛內懸浮燃燒的效果不好。爐膛內很少產生氣流旋渦，擾動混合情況較差，煙氣中未燃物在爐內停留時間短，懸浮燃燒條件不足，因此造成大量細煤屑及揮發(fā)分來不及燃燒就飛出爐膛。
(4) 爐排層燃燃燒狀況不佳，燃盡段過短，爐渣含碳量高。
除了鍋爐自身的原因以外，也有運行管理方面和煤質方面的原因，如煤質不好、顆粒度不合適、鍋爐系統(tǒng)漏風、當煤種變化時相應控制調節(jié)不當?shù)?。總之，冒黑煙的主要原因是燃燒不充分導致未燃物逸出爐外，所以要*污染，必須從燃燒方面下功夫，如果燃燒充分了，自然就不冒黑煙，鍋爐效率也隨之提高。
3.2膜富氧用于45t/h拋煤機爐的運行情況
對于拋煤機鍋爐采用局部增氧助燃技術是比較理想的。大連普瑞科爾制造有限公司膜法富氧技術及裝置居國內乃至世界水平，2005年濟南鋼鐵股份有限公司*煉鐵廠采用我公司的膜分離產品和膜分離工藝，建成了世界上目前zui大規(guī)模的膜法富氧助燃裝置。我公司膜法富氧技術及裝置應用于黑龍江華潤酒精工藝有限公司1#~3#45t/h拋煤機爐后，運行穩(wěn)定，其運行期間部分測試數(shù)據(jù)如下表1
表1：測試數(shù)據(jù)
時間 | 發(fā)熱量 | 噸煤產汽 | 標煤產汽 |
富氧前 | 18.830 | 4.270 | 4.939 |
富氧后 | 19.76 | 4.937 | 5.440 |
節(jié)煤率 | 15.63 | 10.14 |
3.3膜富氧用于45t/h拋煤機爐的綜合效益分析
3.3.1環(huán)保效益
2004年黑龍江華潤酒精工藝有限公司采用我公司膜法富氧技術及設備進行“增氧助燃”節(jié)能消煙項目改造工程，該技術用于1#~3#45t/h拋煤機爐，運行至今，在鍋爐負荷45t/h狀態(tài)下，林格曼黑度可從平均2級多降到1級以下，煙塵量可降低三分之一左右，如圖5，原來的黑煙變成了符合環(huán)保要求的白色輕煙，取得了理想的環(huán)保效果。
3.3.2經濟效益
1. 增加成本
（1） 富氧裝置耗電能費用
電機總功率（KW） | 負載率 （%） | 小時耗電量（度） | 電價 （元/度） | 費用增加 （元/小時） |
167.7 | 80 | 131.16 | 0.50 | 67.08 |
裝置年電耗：67.08×24×30×11=531,273.6元
（2） 設備折舊費用（設備折舊按10年）
年折舊：2,100,000.00×10%=210,000.00元
（3） 人員工資、日常維修費
年人員工資：4人×12×500.00=24,000.00元
年日常維護：12×1000=12,000.00元
2. 節(jié)煤效益
（1） 節(jié)煤率（標煤）=10.14%
（2） 三臺爐一年投富氧后鍋爐節(jié)煤費用
按照全年三臺爐消耗原煤191712噸，煤單價260元/噸。
節(jié)煤費用：191712×10.14%×260元=5,054,295.168元
3. 改造效益測算
三臺爐一年投富氧后鍋爐節(jié)約費用：
5,054,295.168-531,273.6-210,000.00-24,000.00-12,000.00=4,277,021.568元
投資回收期為：
210,000.00（設備）+77,000.00（設備、電氣安裝及耗材）+8,200.00（土建）/4,277,021.568=0.51年（186天）
4. 總結
經過一年的實際生產應用，大連普瑞科爾制造有限公司的膜法富氧技術充分顯示出在拋煤機爐富氧助燃的*性和運行穩(wěn)定性，并取得了顯著的環(huán)保和經濟效益。
參考文獻：
[1]陳勇等. 氣體膜分離技術與應用. [M]. 化學工業(yè)出版社，2004，144~162.
[2]王從厚等. 膜法富氧技術應用專題篇. [M]. 分離信息薈萃，2001，30~34.
[3]張海濤. 工業(yè)鍋爐膜法富氧燃燒技術探討. [J]. 節(jié)能，1992，（6）：12~15.
[4]方壽奇. 膜法富氧技術在燃煤鍋爐上的應用. [J]. 膜科學與技術，2001，21（3）：46~49.
[5]沈光林等. 膜法富氧局部增氧助燃技術及其在各種鍋爐和窯爐中的應用研究. [J]. 膜科學與技術，1998，18（2）：50~53.
[6]楊福隆等. 熱風爐富氧燃燒技術的開發(fā)與應用. [J].山東冶金，2005年第5期.
[7]朱長明. 大慶開發(fā)區(qū)三春節(jié)能技術有限公司提供工程驗收資料. 2005，3.
下一篇：如何選擇更好的疏水閥？
全年征稿/資訊合作
聯(lián)系郵箱：hbzhan@vip.qq.com
- 版權與免責聲明
- 1、凡本網注明"來源：環(huán)保在線"的所有作品，版權均屬于環(huán)保在線，轉載請必須注明環(huán)保在線，http://www.niunang.cn。違反者本網將追究相關法律責任。
- 2、企業(yè)發(fā)布的公司新聞、技術文章、資料下載等內容，如涉及侵權、違規(guī)遭投訴的，一律由發(fā)布企業(yè)自行承擔責任，本網有權刪除內容并追溯責任。
- 3、本網轉載并注明自其它來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點或證實其內容的真實性，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時，必須保留本網注明的作品來源，并自負版權等法律責任。
- 4、如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內與本網聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
環(huán)保在線官微
環(huán)保在線APP
環(huán)保在線小程序