膜法富氧助燃技术论证及工程应用

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膜法富氧用于工业锅炉助燃的安全性分析

膜法富氧用于工业锅炉助燃的安全性分析随着工业化进程的不断加快，工业锅炉作为工业生产中必不可少的设备已经得到广泛应用。

然而，锅炉燃烧过程中产生的废气排放不仅会直接影响环境质量，同时还会导致能量的大量浪费。

为了解决这个问题，许多厂家研发出了各种各样的锅炉附属设备，其中富氧助燃器也成为了一种常见的选择。

本文将就膜法富氧在工业锅炉助燃过程中的安全性问题进行分析。

膜法富氧技术简介膜法富氧技术是现代化工生产中最为成熟的新型化学工艺之一，其主要原理是利用高压透氧膜分离技术将技术氧气分离出来，将其应用于燃烧过程中。

利用膜法富氧技术助燃，可以提高锅炉燃烧效率，减少氮氧化物排放量，同时还能节约能源。

此外，膜法富氧技术还能实现燃料适应性强，使用方便等诸多优点。

膜法富氧技术的优势在工业生产中使用膜法富氧技术，具有以下几个优势：燃烧效率高膜法富氧技术能够提高燃烧氧气的浓度，使得燃烧过程中的氧与燃料反应更加完全，从而有效提升了燃烧效率。

降低氮氧化物排放量由于燃烧过程中氧的浓度提高了，所以每个燃料分子反应时所需要的氧气就更少了，从而减少了燃烧产生的氮氧化物的排放。

节约能源使用膜法富氧技术可以提高燃烧效率，减少了废气中的残余氧气浓度，从而降低了冷凝水的排放量。

燃料适应性强膜法富氧技术可以适应多种燃料，包括天然气、工业尾气、煤炭等不同的燃料，具有广泛的适应性。

无污染膜法富氧技术在使用过程中，仅仅是把氧气从空气中分离出来，而没有其它有害气体排放，对于环境是非常友好的技术。

膜法富氧技术在工业锅炉助燃中的应用膜法富氧技术在锅炉中的应用主要是通过安装富氧助燃器的方式实现的。

与传统的助燃器相比，富氧助燃器能够提供更高浓度的氧气，进一步提高锅炉的燃烧效率和节约能源，并且污染排放更少。

然而，膜法富氧技术并不是万无一失的。

在实际应用中，如果出现漏氧现象，就存在一定的安全隐患：打火、爆燃如果富氧助燃器中氧气泄漏，当氧气与燃料直接接触时，就会产生打火和爆燃的危险。

膜法富氧局部增氧助燃技术及其在抛煤机锅炉中的应用

资～引。
２富氧助燃技术节能和减少污染机理
２１燃烧速度．
膜法富氧技术设备简单，当得到的氧浓度在３左右０，９６时，技术的投资仅为深冷法和ＰＡ法的２３３４该Ｓ／～／，被称为资源的创造性技术［。１］富氧助燃，般分为整体富氧和局部增氧两种，一前
［关键词］膜法富氧；部增氧助燃；煤机锅炉；局抛燃烧；条炉链
［中图分类号＂Ｋ２．］２９６２Ｔ
［文献标识码］Ａ
［文章编号２０２３６（０６０ — ０９０１０ — ３４２０２０４ — ３Ｊ
链条炉、煤机炉、粉炉、烧炉、热炉和热媒炉抛煤焚加
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‘
氧助燃能提高火焰强度，使燃料释放热量增加，能获并得较好的热传导，对热量的利用率会有所提高。２４气体不完全燃烧损失和排烟损失．
进入炉膛的冷空气量过多，炉膛温度要下降，当炉
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增加而显著提高。
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３煤燃点及热量利用率．
燃料的燃点温度不是常数，Ｃ在空气中的燃如Ｏ
点为６９℃ ，０而在纯氧中的燃点仅为３８℃ ，以用富８所
部增氧助燃技术的有机结合。目前，该技术已应用于各种燃料和大多数炉窑，马蹄焰窑、火焰窑、炉、如横油

富氧燃烧技术及工业应用

一．富氧简介及方式富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量≥21%。

现有的富氧方式主要有：(1)增压增氧方式增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为20 95%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。

(2)制氧机制氧方式制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。

在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。

平时我们所见的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。

第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩空气的压力在1ＭＰａ以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。

膜制氧方法的原理可参见文献。

第三种是ＰＳＡ分子筛制氧方法,ＰＳＡ分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,ＰＳＡ氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。

(3)化学制氧方式化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。

使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。

一般用氯酸钾(分子式是ＫＣｌＯ3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(ＭｎＯ2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。

氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。

氧立得就是利用这种原理制氧的。

二．富氧燃烧用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。

加热炉富氧助燃系统应用

加热炉富氧助燃系统应用摘要：石油炼化企业的加氢装置中加热炉是反应系统中的重要设备，航煤加氢进料加热炉自开工以来已经运行28年之久，航煤加氢反应进料加热炉热效率低，不能满足工艺需求，成为装置生产瓶颈问题；加热炉设计陈旧，本体不具备优化改造条件。

因此，该设备部分的改造意义重大,本文主要结介绍系统改造目的、内容，系统主要控制方案，系统配置及改造前后对比。

关键字：膜法局部富氧控制系统改造1.引言加氢装置中加热炉是反应系统中的重要设备，航煤加氢反应进料加热炉热效率低，不能满足工艺需求，成为装置生产瓶颈问题；加热炉设计陈旧，本体不具备优化改造条件。

设备设计技术落后，炉体漏风腐蚀严重，尤其装置改开航煤加氢之后，出入口温差达50℃，炉膛温度达700℃以上（控制指标≤800℃），炉管壁温度经常超标（指标≤450℃），炉膛正压，火嘴燃烧效果差，调节弹性小，加热炉处于超负荷运行状态；无余热回收系统，加热炉排烟温度达到210℃以上，热效率全公司排名最后；燃料气消耗量大，是导致装置能耗高的主要因素。

针对航煤加氢加热炉的现状，提出了对其加热系统择机改造，以保证设备长周期平稳运行。

2.改造概述2.1富氧助燃系统介绍利用空气中各组分透过高分子分离膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，将空气中的氧气富集来获得富氧空气的技术称为膜法富氧技术。

而通过膜法富氧技术来获得富氧空气的装置称为膜法富氧系统。

目前，氧气的制备主要有液化空气的精馏(深冷法)、使用各种吸附剂进行变压吸附(PSA法或VPSA法)和利用气体对高分子膜的渗透性能不同进行分离（膜法）。

由于膜法设备简单、操作方便、质量稳定和安全、起动快、投资少、能耗低、不污染环境、规模可小可中等优点，它在制备富氧方面的应用正在迅速增长，并正在取代其他高成本且操作不方便的分离技术。

工业发达国家称膜法富氧技术为“资源的创造性技术”，它是第三代最具发展应用前景的气体分离技术。

膜法富氧在6000 Nm3/h以下（可配500吨以下的各种锅炉）和富氧浓度在30%左右时的能耗、运行费用等均比较经济！膜法富氧局部增氧助燃集成系统，一般采用负压操作：经过高效空气过滤器除去＞0.3µ灰尘的空气由通风机送入膜富氧发生器进行分离，其中富氮从富氧发生器的上部排出，而富氧由真空泵抽出送往加热炉。

大连理工大学科技成果——膜法富氧设备及富氧助燃技术

大连理工大学科技成果——膜法富氧设备及富氧助燃技术一、产品和技术简介膜法富氧系利用空气中各组分透过膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，使空气中的氧气优先通过膜来得到的。

当氧浓度在30%左右，流量小于20000NM3/h时，膜法投资、维修及操作费用之和仅为深冷法和PSA法的五分之四到百分之九十五左右，而且规模越小，膜法越经济。

此外，膜法设备简单、操作方便和安全、起动快、规模可小可中、不污染环境、节能效果显着、用途广等，工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。

我们从1986年起就一直从事国家“七.五”和“八.五”重点科技攻关项目:富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究。

有关应用成果通过了中国科学院和北京市人民政府组织的联合鉴定，被确认为国家“八.五”新技术重点推广项目和1991年度国家级新产品，还被原化工部确认为定点生产企业。

特别是开发出“局部增氧”、“对称燃烧”和“梯度燃烧”等高新专利技术，系国际领先：使用富氧量一般仅为所需空气量的0.5-15%，而原来进风量和引风量均明显降低等，经济效益和社会效益十分显着。

二、应用范围富氧应用非常广泛，如各种燃油、燃气、燃煤窑炉、工业锅炉、加热炉、焚烧炉、热媒炉、冶炼炉、造气炉和催化裂化、脱硫、废水处理、柴油机等的助燃节能和环保、富氧医疗保健和高原增氧等领域，涉及石化、化工、医药、轻工、电力、建材、冶金、煤炭、交通运输和水产养殖等行业。

有一定的化工技术力量。

三、获得的专利等知识产权情况我们从1986年起就一直从事国家“七.五”和“八.五”重点科技攻关项目:富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究。

四、规模与投资取决于生产规模。

五、提供技术的程度和合作方式可以提供富氧组件、装置、助燃技术和整个工程。

负责工程流程设计、设备布置设计、工艺配管设计、配电系统设计；负责工程设备的安装调试；提供设备安装、维护、操作说明书；负责对用户的技术培训，实现交钥匙工程，提供持久不断创新的膜技术支持。

膜法制氧富氧燃烧技术推广应用刻不容缓--访烟台华盛燃烧设备工程有限公司董事长姜政华

膜法制氧富氧燃烧技术推广应用刻不容缓--访烟台华盛燃烧设备工程有限公司董事长姜政华魏东【期刊名称】《化工管理》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】3页(P59-61)【作者】魏东【作者单位】【正文语种】中文关于膜法富氧燃烧技术及其相关话题，记者近日专访了烟台华盛燃烧设备工程有限公司董事长姜政华。

记者：我们知道，膜法制氧技术兴起于20世纪70年代，总的来说是起源于美国，兴起在德国，发展在日本；实际上，我国多年来也已经在一些小型工业锅炉和工业炉窑上实施，并且取得了成功。

但为什么经过几十年推进却没能在国内大面积的推广呢？姜政华：这是一个值得探讨的问题。

1983年美国康宁公司率先应用在燃烧领域，在熔化炉采用全富燃烧技术并成功。

几十年来国内外研究机构对富氧燃烧技术和节能效果、污染物减排效果、燃烧和传热特点开展了一系列的理论计算和试验，取得了较好的效果。

富氧燃烧技术发达国家将其称为“资源的创造性技术”。

我国大连物化研究所、天邦膜技术国家工程研究中心多年来在国内30多台小型工业锅炉和工业炉窑上实施了富氧助燃技术，平均节能10.6％。

不仅节能还减少了烟尘排放，也获得了成功。

国内外的研究成果表明富氧燃烧技术，目前有三种技术，分别是深冷空分技术、变压吸附制氧技术、膜法制氧技术。

深冷空分技术始于1903年，高炉炼钢主要采用（深冷法）富氧喷煤技术，已有将近一个世纪的历史，综合节能效益非常显著。

至今是钢铁厂标配的主流工艺技术，现建钢厂必建制氧车间。

变压吸附制氧技术发明于1958年，20世纪70年代应用在燃烧领域。

20世纪90年代我国把高炉富氧喷煤作为发展钢铁工业节能降耗的重点改造项目，在冶金行业推广使用。

实践表明，膜法制氧是成熟的技术，特别是对回转窑需要大流量富氧空气，膜法制氧是最安全、投资量少，且安装简单，操作方便灵活，使用寿命长，维修费用低，为我国工业炉窑应用膜法制氧开辟出一条全新的道路。

但为什么几十年来在我国没有大面积的推广呢？主要原因有：对富氧燃烧技术在一定的层面上还没有引起国家足够的重视，在富氧燃烧技术试验资金投入不足，在燃烧领域里一直是以空气燃烧为主，而且所有的大专院校在燃烧领域没有开设有关富氧燃烧技术课程，在技工学校也没有开设富氧燃烧技术的培训课程，所有的司炉工和操窑者都是以空气助燃技术培训出来的，而是由富氧燃烧设备的研究者承担了上述的任务，设备调试成功后，研究者一离开，节能效果就出现反复，有的试验成功了，论文发表了，资金使用完了，设备就停用了，造成了富氧燃烧技术推广有一定的困难。

膜法富氧助燃技术论证及工程应用

程中，富氧空气的含氧量应 ≤４％。０
３０５０３０００
２０５０＝２０００１００５
／
过滤器：要求除去空气中的灰尘（粒径＞ｍ）；
鼓风机：克服系统阻力，鼓风量为设计富氧空气量的７１倍；～５膜装置：由空气均配箱、卷式膜组件、真空均分器等组成；
早在２０年前，工业发达国家就已广泛使用气体分离膜生产膜销售额为３０万美元，１９已达１００至９２年．５亿美元，年平均增
长率为４．％。２７１本以膜法富氧技术助燃，３取得了显著成效。由国家资助的
且规模逐年扩大。据资料显示，９２１８年世界气体分离证及应用的膜法富氧助燃技术经过实践证明经取得了良好的经富氧空气，【关键词】膜法富氧；燃烧技术；锅炉热效率
助燃系统工艺流程示意如下：空气
燃烧温度增加。这种影响当 ‘％≤４ｏｏ时非常显著，ｏ ‘％＞４０时逐渐减弱。这是因为富氧程度过大，温度过高，燃烧产物的离解度增加，相对增加了燃烧产物的体积，又遏制了燃烧温度的增加，见图
３其中，表示考虑燃烧产物的离解时的理论温度。）（ｔ。因此在工
梁世川，景树马
（胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司，山东东营２７０）５００
【摘要】空气中氧气的含量对燃烧过程影响极大，但考虑到提高合氧量成本太高，以，所普通富氧助燃方式难以普及。文章中论
济效益，节约了能源。

膜分离法富氧助燃技术用于水泥窑的探讨

燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如Ｈ：在纯氧中的燃烧速度是在空气中的４２倍，．用富氧助燃。不仅
程中，不能助燃的氮气吸收了大量的热量在废气中排掉，造成了能源浪费和损失。这样，用膜法产生的富氧空气（氧含量为２％一０）７３％来代替普通空气，参与燃料燃烧、助燃，从而起到节能降耗、增效，消烟除尘，提高煅烧能力之目的。氧浓度在３％左右，规模小于１０ｍ３。膜法富氧投０５００Ｎ／ｈ时资、维修及操作费用最低，而且规模越小。膜法富氧越经济
ＰＡＳ — — 一深冷法・
制氧能力（方，）标时
— —
◆一卷式膜 ——Ｉｌ一中空膜＋＿
应溅少，从而．ｌ圣源。勺
图１各种制氧方法比较（已换算成氧浓度为３％）０
３水泥窑现状分析
中国是水泥大国。０４年２０
１膜分离富氧技术简介
气体膜分离技术是利用渗透的原理。即分子通过膜向化学势降低的方向运动。首先运动至膜的外表层上，并溶解于
膜中，然后在膜的内部扩散至膜的内表面层解吸。其推动力量减少。空气量及烟气量均显著减少，火焰温故度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高。国内外的研究均表明。氧气的体积比例占总体积的２％左右时最佳。因８
收稿日期：０６— ３— ０２００２
作者简介：史伟华（９８）男。１７一。山西太原人，０１２０年毕业

膜法富氧局部增氧助燃集成技术及装置

１３．３
０３％２３
１４５．８
０．３９
０２％２０
２０８．１
０．８９
Ｏ３％２３
１９２．６
０．７１
比
氧投资等费用猛增，综合效益反而下降。
１膜法产生富氧的原理
‘ 富氧膜由复合高分子材料制成。在压力差驱动下，气中各组分透过膜时的渗透速率不同。空气空中的氧（快气）先通过膜，而在膜的渗透侧得到优从
因富氧空气中氮气含量减少，总空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度随着燃烧空气中氧气比
例的增加而显著提高，烟黑度则显著降低。但富排氧浓度不宜过高，一般富氧浓度在２ —３％时为最６３佳。因为富氧浓度再高时，焰温度增加较少，制火而
气在空气中的燃烧速度最大可能为２０ｍｓ在纯８ｃ／，氧中为１７ｃｓ是在空气中的４２，１５ｍ／，．倍天然气则
高达１．，氧助燃，仅能使火焰变短，高燃Ｏ７倍富不提
烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由
擒薹：燃煤锅炉太部分存在着燃烧不充分的同起。既不节的青濠也污鞭王境。Ｉ增加成本。：一直未得到解决。局部富氧
王不能彻底将螓份燃尽。可提高锅炉燕鼓丰的５但％左右。烃与西安新竹实业有限ｔ任公司试验。得了良好的鼓Байду номын сангаас 获
果。

膜法富氧助燃技术

（）富氧膜的结构。富氧膜是由有机高分子材１料制成的薄膜。富氧膜共有３层结构，一是无纺布支撑层，二是多孔支撑层，三是由聚砜／橡胶组硅成的高选择性分离层。原料气流过膜的外表面，易
渗透的氧气优先透过富氧膜，形成富氧空气。
摘要：《抗（）震压力表（Ｊ（耐ＪＧ石
油）３ — １９）检定规程（称原标准）２９４》简
污染。
（）膜法富氧装置工艺结构。目前膜法富氧技２术主要有两种工艺流程，即正压法和负压法，油田加热炉一般采用负压法工艺。膜法富氧装置主要由膜法富氧器、鼓风机、真空泵、气水分离器、脱水装置、富氧喷嘴构成。空气被水环真空泵抽吸后，透过富氧膜发生器，一部分形成富氮空气被放掉，
浓度有很大关系，尤其对于液体、气体燃料，提高
氧气浓度可以大大提高燃烧反应速度，进而提高燃烧强度。燃料在空气中的燃烧速度与在纯氧中的燃烧速度差别很大，如天然气在纯氧中的燃烧速度是空气中的Ｉ．ｏ２倍左右。用富氧助燃，不仅能提高火焰温度，而且还提高了燃烧速度，获得较好的热传导，使燃烧反应更加完全，从根本上消除了
油气田地面工程第２９卷第７期（００７２１．）
９９
ｄｉ１．９９ｊｉｓ．０６６９．０００．６ｏ：０３６／．ｓｎ１０ — ８６２１．７０６

膜法富氧助燃技术用于锅炉节能减排改造

某一部位（燃油和燃气锅炉），使富氧喷嘴处在最需氧的地方；（３）富氧喷咀可以是一套，也可以是几套。

根据炉型、炉况和燃料等来优化确定；（４）锅炉本身基本不改动，仅通过加富氧来强化燃烧．使燃料尽可能在炉膛内用比较少的氧气完全及时的燃烧；（５）膜法富氧助燃装置不管采用正压操作系统或负压操作系统，其操作都比较简单，有关设备带自动控制或自动报警，还可以和锅炉连锁等，没有任何不安全因素。

４膜法富氧助燃主要技术参数１）富氧浓度：２３％～３０％（采用卷式组件时，最高可达３１％）：２）富氧流量：０．０４—５０，０００Ｎｍ３／ｈ：３）占地面积：一５ｍ２／（３００Ｎｍ３／ｈ富氧空气，正压法占地面积更小）：４）耗电：０．０５—０．１５ｋＷ／Ｎｍ３富氧空气；５）膜组件寿命１０年左右，而且免维护，终身优质服务；６）节能一般在２％一３０％之间，对炉窑和产品无任何副作用。

而且炉龄延长、稳定炉况、产品产量和质量均有所提高，烟气排放达标，投资回收期通常一年左右。

５适用范围膜法富氧助燃技术适用于各种锅炉和所有燃料。

对于发电锅炉，包括煤粉炉和循环流化床锅炉等，一般适用于１８０吨以下，热效率小于９０％的锅炉。

燃煤锅炉节能工程充分燃烧，显著改善环境状况，烟气排放全部优于国家环保标准（采用富氧前曾不同程度地冒黑烟）。

投资回收期一般在一年左右。

１）南阳油田４吨燃煤锅炉２００６年９月在南阳油田４吨燃煤锅炉上应用，采用的是局部增氧对称燃烧等技术，经中石化河南分公司节能监测站对比测试，平均节煤２９．７４％，热效率平均提高１５．９６个百分点，最高达１７．４４个百分点。

平均负荷提高１７．６９％，蒸汽压力提高３９％，炉渣可燃物含量下降５３．９％，排烟处ＣＯ下降９６．４％，固体未完全燃烧热损失下降４８．５％等。

（见图２）项目总投资１６万元。

节能效果：该项目节煤４２０吨／年，节约资金至少２０万元／年。

投资回收期小于０．８年。

６典型案例与效益分析膜法富氧局部增氧助燃技术在燃油、燃煤和燃气等炉窑上已经使用数十家，社会效益和经济效益均十分显著：平均节约燃料１０．９％，增产９．２％，产图２富氧助燃装置在４Ｔ／ｈ燃煤锅炉上应用品质量均有提高，窑炉寿命也相应延长，由于燃料ｓ州喘：基嚣芝方ｓＨＡＮＧＨ川ＥＮＥＲＧＹｙ，１２００８年第２期一。

膜法富氧局部助燃技术在煤粉锅炉上的应用研究

２ＳｈｏｆＥｅｇｃｅｃｎｎｉｅｒｇ，Ｃｎｒｌｏｔｉｅｓｔ．ｃｏｌｎｒｙＳｉｎｅａｄＥｇｎｅｉｏｎｅｔｕｈＵｎｖｒｉａＳｙ，
Ｃａｇｈ１０３，ｈｎ）ｈｎｓａ０８Ｃｉａ４
维普资讯
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文章编号：０４８７（０７ｏ４１０ —７４２０）４
工
业
锅
炉
２００７年第４期（总第１４期）０
膜法富氧局部助燃技术在煤粉锅炉上的应用研究
黄忠朗，孑民张家元周，
（．１中铝公司河南分公司热力厂，州４０４；郑５０１２中南大学能源科学与动力工程学院，沙４０８）．长１０３
ＨＵＧｈｎ．ｎＺＡＮＺｏｇ１ｇ，ＨＯＵＪｅｒｉＺａｉ．ｎ，ＨＡＮＧＪａｙａａｉ．ｕｎ（．ｈｒｌｏｅｌｎ，ｅａｒｎｈｏｈｌ，Ｚｅｇｈｕ４０４，ｈｎ；１ＴｅｍａＰｗｒａｔＨｎｎＢａｃｆａｃｈｎｚｏ５０ＣｉＰＣｏ１ａ
Ｏ前言
四角切圆煤粉燃烧方式以其在燃烧组织上的优
点，已成为了我国煤粉锅炉普遍采用的一种燃烧方
粉锅炉急需解决以下几方面的问题：
式，随着浓淡燃烧、分级燃烧及富氧燃烧等先进技术
摘要：对１０ｔｈ煤粉动力锅炉，用膜法富氧技术，针５／利首次进行了局部增氧助燃技术应第一作者：忠朗黄

富氧燃烧技术在油田燃气锅炉的应用

富氧燃烧技术在油田燃气锅炉的应用作者：胡鑫斌来源：《科技创新导报》 2011年第13期胡鑫斌（长江大学机械工程学院湖北荆州 434023）摘要：膜法富氧助燃技术的应用非常广泛，本文主要介绍一下该技术在青海油田燃气锅炉节能改造上的应用效果。

关键词：燃气锅炉膜法富氧节能环保中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0000-001 前言青海油田地处平均海拔3000米的青藏高原，空气中氧含量仅为16%左右，其锅炉效率远低于国内油田平均值，能耗情况严重。

锅炉的节能须从两个方面解决：一是燃烧效率，二是传热效率。

富富氧助燃技术因其具有提高火焰温度、延长炉窑寿命、提高燃烧效率、清洁生产等优点，近年来在国内外得到了广泛应用。

2 工作原理膜法富氧技术是根据高分子复合膜渗透的原理，利用空气中各组分的渗透速率不同，使空气中氧和氮分子在压力差驱动下透过富氧膜，由于富氧膜的特性是氧分子比氮分子透过率大，在膜低压一侧收集富氧空气，收集后气体中的富氧含量为25%－30%。

富氧燃烧技术具有以下几个优势：1)提高火焰强度及温度：燃烧时氧气浓度加大，可使燃烧速度加快、火焰强度提高，增强了火焰辐射传热和对流传热，使热量利用率增加，从而提高系统效率。

图1 天然气燃烧温度随氧浓度的变化曲2)降低燃料的燃点温度，增大了燃料选择范围：燃料的燃点温度不是常数,富氧燃烧显著降低了燃料燃点温度，变宽了燃料的选择范围。

3)减少烟气排放量，降低空气过剩系数，减轻了环境污染：富氧燃烧减少了助燃气体中的N2等不可助燃气体的量，从而减少了烟气排放量和NOx的排放，降低了过剩空气系数，减少了有害气体的排放，利于环境保护。

4)延长锅炉使用寿命：加入富氧空气可减少燃料消耗，因而降低了散热损失,并能延长锅炉的寿命。

3 安全性与经济效益分析安全性分析具体实施方案是要改炉而不是改锅，增氧助燃是强化燃烧而不是改动受热面，所以该工艺的安装不改变锅炉的原有结构和工作状态，仅预热系统和氧气喷嘴与锅炉接触，对锅炉的性能和安全无任何影响。

膜法富氧局部增氧助燃技术及其在各种锅炉和窑炉中的应用研究_沈光林

膜法富氧局部增氧助燃技术及其在各种锅炉和窑炉中的应用研究沈光林(中国科学院大连化学物理研究所,大连　116023)刘丁建林(江苏石油勘探局石油工程技术研究院,扬州　225261)李玉林(江苏省阜宁富氧节能环保工程有限公司,盐城　224400)摘　要　膜法富氧局部增氧助燃技术及装置已十分成熟,可用于各种窑炉,如锅炉、加热炉和窑等.如用于玻璃窑炉时,不但平均节约燃料11.8%,增产10.2%,而且玻璃质量提高,窑炉寿命延长,烟尘排放达标等,一般3～11个月就能收回全部投资,故具有显著的社会效益和经济效益.关键词　膜法富氧　局部增氧　助燃　窑炉　节能　环保分类号　TQ028　TK17　TK12　X51 膜法富氧技术,系指利用空气中各组分透过高分子膜时的渗透速率不同,在压力差驱动下,将空气中的氧气富集来获得富氧空气的技术.和深冷法、PSA 法相比,膜法具有设备简单、操作方便和安全、起动快、规模可小可中、不污染环境、投资少、节能效果显著、用途广等.近年来已引起国内外的关注,是一项热门的重要科研及开发项目[1～5].它在制备富氧方面的应用正在迅速增长,并正在取代其他高成本且操作不方便的分离技术[2].工业发达国家称之为“资源的创造性技术”[3].据文献[4]报道:1982年世界气体分离膜销售量为三百万美元,而1992年猛增到一亿零五百万美元,平均年增长率为42.7%.中科院大连化物所自1986年起就开始了卷式富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究,并成功研制了“LTV -PS 富氧膜,用直径100mm ×1000mm 卷式组件及装置Ⅰ型”,1990年成功地用于玻璃窑炉助燃技术,被确认为国家“八五”新技术重点推广项目,膜法富氧助燃装置还被评为1991年度国家级新产品,并多次获国际博览会和展览会金奖等.富氧助燃,一般分为整体富氧和局部富氧两种,前者系指全用富氧来燃烧,所需投资非常大,后者则用约占所需普通空气量的1%～3%的富氧来助燃,故投资要少得多.局部增氧助燃技术包括“局部增氧”、“梯度燃烧”和“对称燃烧”等高新技术,正如同怎样加钢于刀刃上一样.膜法富氧局部增氧助燃技术是膜法富氧技术和局部增氧助燃技术等的有机结合.本文首先介绍膜法富氧局部增氧助燃技术用于燃油、燃煤及燃气锅炉上的一般工艺流程,然后研究其节能和根治污染的机理,最后介绍膜法富氧局部增氧助燃技术在国内外的应用进展.1　工艺流程对于大多数助燃系统,一般推荐使用负压操作收稿日期:1997-11-10第一作者:男,39岁,硕士,副研究员,课题组长第18卷　第2期膜　科　学　与　技　术V o1.18　No .21998年4月M EM BRAN E SCI EN CE AN D T ECHNO LOG Y Apr .1998流程,由于能耗较低,前处理简单,操作方便和安全,仅机/泵需日常维护,总投资较少等优点,有关流程示意图如图1.经过多年的应用和不断完善,该流程已日趋成熟,并且获得了发明专利.空气→过滤器→通风机→膜装量真空系统富氧空气脱湿系统→稳压系统→增压机→预热系统→喷嘴→窑炉图1　助燃系统流程示意图其中,过滤器:根据通风机量选取,有关指标为:可除去>10μm 的灰尘,阻力<0.980665kPa ;通风机:全压为2～9kPa ,风量约为富氧空气量的7～15倍;膜装置:由空气均配箱、卷式膜组件、真空均分器和外壳等组成;真空系统:包括真空泵和汽水分离器、调节阀、真空表等.真空泵要求在-66～76kPa 范围内有较大的抽气速率;脱湿系统:由L 型多孔气体混合器、水位调节显示器、除雾罩、进水脱湿箱和水位自动控制报警器等组成;稳压系统:由稳压罐、百叶挡板和放水阀等组成;增压机:风量比富氧量稍微大一些(一般不超过10%为宜),风压根据炉子和管路要求,一般在0.981～1.96kPa 之间;预热系统:要求阻力<0.490kPa ,富氧空气预热后温度应大于80℃;富氧喷嘴:与窑炉和燃料种类等匹配;脱湿系统、稳压系统、预热系统和富氧喷嘴根据炉型设计定做.2　膜法富氧局部增氧助燃技术用于节能和根治污染的机理[5～15]2.1　提高火焰温度因氮气量减少,空气量及烟气量均显著减少,故火焰温度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高.但富氧浓度不宜过高,国内外研究均表明[6～7],富氧浓度在28%左右时为最佳,而这也正是膜法富氧的最佳浓度范围,因为氧浓度较高时,火焰温度增加较少,而制氧投资等费用猛增.2.2　加快燃烧速度,促进燃烧完全,从而根治污染燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大,如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4.2倍,天然气则高达10.7倍左右,故用富氧助燃,不仅能提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,而且由于温度提高了,将有利于燃烧反应完全,从而从根本上消除污染.2.3　降低燃料的燃点温度燃料的燃点温度不是常数,如CO 在空气中为609℃,在纯氧中仅388℃,所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放热量等.2.4　减少燃烧后的排气量用普通空气助燃,约4/5的氮气不但不参与助燃,还要带走大量的热量.如用富氧助燃,氮气量要减少,故燃烧后的排气量亦减少,从而能提高燃烧效率等.2.5　增加热量利用率富氧助燃,对热量的利用率会有所提高,如用普通空气助燃,当加热温度为1300℃时,其可利用的热量为42%,而用26%(体积分数,以下同)的富氧空气助燃时可利用热量为56%,增加33%,而且富氧浓度越大,加热温度越高,所增加的比例就越明显,因此节能效果就越好.2.6　降低空气过剩系数用富氧代替空气助燃,可适当降低空气的过剩系数,这样,燃料消耗就相应减少,从而节约能源.日本节能中心技术部长小西二郎在工业窑炉节能措施中,着重于降低空气过剩系数的研究.如他在一台热处理炉中经多次试验,将空气过剩系数从1.7降到1.2,平均节能达13.3%.3　膜法富氧用于助燃进展[1～15]膜法富氧用于助燃,对所有燃料(包括气体、液体和固体)和绝大多数工业窑炉如锅炉、加热炉等均实用.既能提高劣质燃料的应用范围,又能充分发挥优质燃料的性能,如用26.7%的富氧空气燃烧褐煤或用21.8%的富氧空气燃烧无烟煤所得到的理论燃烧温度T 与用普通空气燃烧重油得到的T 相当,说明用富氧烧煤可代替用空气烧油,这在我国煤多油少的情况下特别具有重要意义.下面分别介绍国内外膜法富氧用于助燃的进展.3.1　国外膜法富氧助燃进展早在80年代初,许多发达国家都投入了大量人力物力来研究膜法富氧技术,特别是日本,其通产省就资助组织了旭硝子等七家公司和研究所参加的第2期沈光林等:膜法富氧局部增氧助燃技术及其在各种锅炉和窑炉中的应用研究·51　·“膜法富氧燃烧技术研究组”.由于能源紧张,日本先后有近20家公司推出膜法富氧装置.该国曾在以气、油、煤为燃料的不同场合进行了富氧应用试验,得出如下结论:用23%的富氧助燃可节能10%～25%;用25%的富氧助燃可节能20%～40%;用27%的富氧助燃则节能高达30%～50%等.联邦德国在一座马蹄型蓄炉上用27%的富氧试验,使熔化率增加56.2%,能耗则下降20%,而熔化温度提高了100℃.瑞典、英国、德国在滚轧和铝熔炉装置上采用膜法富氧浓度25%～27%,节约燃料12%～28%,而原设备生产率提高17%～39%,美国WOLVERINE铜冶炼厂,采用29%的膜法富氧可节约燃料大于30%.文献[9～10]均报道:用30%的富氧助燃时可节约大约40%的天然气.此外前苏联、英国、法国、捷克等国均有膜法富氧用于助燃的报道.值得一提的是国外绝大部分用的是整体增氧来助燃,即所需空气全用富氧空气来代替,投资非常大,故国外还没有推广应用.还需说明的是国外已出现“全氧”,即用100%的纯氧来助燃,目的是消除氮氧化物.国内也有人想用“全氧”,但我们认为除非特殊领域非用不可一般锅炉使用很不现实.下面以10t燃煤锅炉为例来说明,如用我们的高新技术,仅需配富氧约140Nm3/h(标方/时),配电约13kW,占地约5m2,总投资才十五六万元,一般8至9个月就能收回全部投资.若用“全氧”来替代,需2500Nm3/h,配电约1700kW,占地约300m2,投资至少一千多万元.除非是特殊工艺需要,否则是决不能使用的.3.2　国内膜法富氧助燃进展早在1989年我国科学家就创造性地开发出“局部增氧”、“梯度燃烧”和“对称燃烧”等高新技术即局部增氧助燃技术.使用富氧量仅为所需空气量的1%～3%,而原来鼓风量和引风量均要下降20%～50%,这里包括机泵的选择和匹配,膜装置的优化组合,循环水的自动调节、控制和报警,常压富氧空气的除湿,富氧系统的稳压和增压,预热器和富氧喷嘴的设计、加工、安装和调试等关键技术,哪个环节出问题都会影响综合效果.经过8年多的不断完善,有关技术和系统等均已十分成熟,目前已推广20余家,包括燃油、燃煤和燃气窑炉,社会效益和经济效益十分显著.平均节约燃料11.8%,增产10.2%,产品质量均有提高,窑炉寿命也相应延长.由于燃料充分燃烧,显著改善环境状况,不少单位用富氧前曾因冒黑烟受到过环保部门的黄牌警告或罚款.用富氧后烟气排放全部低于国家环保标准,一般半年左右就能收回全部投资.表1是膜法富氧局部增氧助燃装置在北京玻璃六厂一号池炉运行五个月后的测试结果.表1　北京玻璃六厂一号炉试验结果测试项目有富氧助燃无富氧助燃差　值燃油耗量/kg·t-1130.13152.87-22.74熔化池火、空间温度/℃1660　1560　+100　烟气排气温度/℃320393-73全炉效率/%46.5538.65+7.95热损失/kJ·h-137490184858556-1109538玻璃熔化率/t·m-2·d-12.11.80.3玻璃质量等级B-C烟气排放标准低于国家排放标准冒黑烟增产率/%16.67节能率/%15对于工业锅炉,亦可使用膜法富氧局部增氧助燃技术,1997年10月13日在江苏油田的4t燃油锅炉上成功地进行了富氧节能试验,仅用40Nm3/h 的富氧空气.由江苏油田节能监测站监测,平均吨蒸汽节油为16.64%,通富氧后炉膛温度提高了约50℃,全炉热效率提高8.3个百分点,而且烟囱基本不冒黑烟.我们还分别在4t燃煤锅炉和30吨燃油锅炉上试验.前者是济南传染病医院的4t链条炉,仅用富氧量60Nm3/h,当时上富氧主要是解决排烟污染,用户根据我们提供的流程自行安装和调试,平均节煤在15%以上,烟气排放达标.后者是大连油脂化学厂,配富氧量约为300Nm3/h,设备于1996年1月末安装完毕,因当时没装重油流量计,仅做了初步试验.通富氧后烟囱黑烟立即消失,风机风门关闭1/3,蒸汽流量从28t/h增加到31t/h,而油压从2.1MPa降到1.9M Pa.本想春节后进行验收,后因市政府要求该厂动迁而搁浅.据文献[16]介绍,全国年产原油约140M t,每吨原油的总耗能约600MJ,其中1/3能耗用于原油蒸馏的加热炉,故全国每年仅炼油一项耗能相当于8Mt重油,若用我们的膜法富氧燃烧节能装置及技术来助燃,每年不仅能节约数亿元的燃料,而且能消除污染和延长炉龄等.　·52　·膜　科　学　与　技　术　第18卷目前我国的富氧燃烧节能装置及技术均已十分成熟,并均受专利保护,在应用方面亦取得不少进展,相信不久的将来膜法富氧燃烧节能技术及装置在各种燃油、燃煤和燃气锅炉、加热炉及窑炉等的应用方面将取得更大的经济效益和社会效益.参考文献1　王学松.膜分离技术及其应用.北京:科学出版社,1994.68～982　Weber W F ,Bowman W .M embranes replacing other sepa -ration technologies Chem Eng Prog ,1986,82(11):23～283　孙本惠.应用膜技术的经济效益.化工新型材料,1994,22(10):1～64　朱长乐,朱长铨,刘茉娥.化学工程手册:第18篇.薄膜过程.北京:化学工业出版社,1987.7～855　沈光林,李新培,赵宝泉.膜法富氧用于助燃的理论研究.膜科学与技术,1994,14(3):47～536　卫德沛.膜法富氧燃烧节能技术———在玻璃熔炉上的应用.中国日用玻璃协会,1993.87　毛月波,祝明星,刘益芳,等.富氧在有色冶炼中的应用.北京:冶金工业出版社,1988.4～3298　Sulpizio T E .O xy gen enrichment ———marke ts and processeconomics .In :1985Membrane T echnology /P lanning Con -ference .Cambridge :M assachusetts Oct ,1985.209　Kimura S G ,Bro wall W R .M embrane oxy gen enrichmentⅠ.Demonstration of membrane oxyg en enrichment fo r nat -ural g as combustion .J M embrane Sci ,1986,62:71～7910　Baker R W ,Cussller E L ,Ey kamp W ,et al .M embraneseparation systems :recent development .A nd future direc -tions .U S A .N oyes Data Corporation ,1991.207～24111　V onesh F A J R ,Watts C W .Fuel savings with o xygen en -richment for fo rging furnaces :Ⅱ.Industrial Heating ,1984,16～3512　张海涛.工业锅炉膜法富氧燃烧技术探讨.节能,1992(6):12～1513　钱锦棠.膜式富氧化燃烧系统.化工新型材料,1985,13(9):11～1514　沈光林.膜法富氧技术用于节能研究.化工进展,1996(5):45～4715　沈光林.膜法富氧技术及其应用研究.化工进展,1996(5):45～4716　中国炼油技术编委会.中国炼油技术.北京:中国石油出版社,1991.70～666Technology for the oxygen enrichment by membrane and the local increasing -oxygen supporting -combustion and its use in various furnacesShen Guanglin(Dalian Institute of Chemical Phy sics ,the Chinese Academy of Sciences ,Dalian 116023)Liu S u ,Ding Jianlin(Institute of Petroleum Engineering ,Jiangsu Petroleum Exploratio n Bureau ,Jiangsu Yangzhou 225261)Li Y ulin(Jiangsu Funing Rich Ox ygen Consevation of Energy &Environmental Protection Corp .,Yancheng 224400)A bstract Technology for membrane oxygen enrichment and local increasing -oxygen suppo rting -combustion has very matured and can been used various furnaces e .g .boilers ,kilns ,heating furnaces .For example ,w hen it is used for glass melting furnace ,it can not only reduce fuel consumption by 11.8%,increase the output of products by 10.2%,but also improve the quality of products ,prolong furnace life ,reduce atmospheric contaimination fo r environmental pro tection ,the all capital outlays are recouped usually in 3～11months ,and social and economical benefits are bo th notable .Key words membrane oxy gen -enriched air local increasing -oxygen suppo rting combustion furances en -ergy -saving environmental protection第2期沈光林等:膜法富氧局部增氧助燃技术及其在各种锅炉和窑炉中的应用研究·53　·。

膜法富氧空气的安全输送和吹送6-7

膜法富氧用于工业锅炉助燃的安全性分析膜富氧技术是国际上七十年代兴起的用高分子膜将浓度为20.9%的空气制成氧浓度较高的富氧空气的新技术。

普通空气只含氧20.9%，在燃烧过程中，近80%的不助燃的氮气吸收了大量的热能并于废气中排掉，这一部分热损失使能源无谓消耗。

同时在高温下生成氮氧化物，造成环境污染。

采用富氧空气助燃能克服或减轻这些问题。

如燃烧一公斤重油需要12.2Nm3普通空气，如果采用30%浓度的富氧空气则只需要8.5Nm3，所产生的氮氧化物减少40%。

因此大大提高了燃烧效率，减轻了污染；同时，在高温熔炉中使用富氧空气，火焰温度升高，燃烧速度加快，火焰强度加大，提高了火焰辐射和对流传导，提高了燃烧质量，提高产品质量和生产率。

气体膜分离技术的原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异来进行分离的。

现在作为成熟的工艺技术，广泛用于许多气体的分离、提浓工艺。

它的主要优点是无相变，能耗低，装置规模根据处理量的要求可大可小，而且设备简单，操作方便，运行可靠性高，膜的寿命可达数年，无噪声，清洁生产。

下面针对氧气在工业应用中的安全性进行说明和分析，以验证膜法富氧工业助燃的安全可靠性：1．压缩纯氧及其危险性（膜法富氧为~30%低纯度低压氧）在标准状态下，氧气是一种无色、无味、无臭的活性气体，其分子式为O2密度为1．43kg／m3，比空气稍重(空气密度为1．29k8／m3)；在－183℃时，氧变成淡蓝色的液体；在－219℃时，就凝成淡蓝色雪状的固体。

国内经常发生输氧管道着火事故，其燃烧多始于管路或管件内部，尤其是减压阀、截止阀、弯头、三通或四通、法兰连接等管件处。

当其因某种原因被引燃后，首先管壁的某处被高热的火焰烧穿，高压氧气流夹带火舌从孔口喷出，引起管道呈白热状态的更炽热的燃烧。

同时，常在氧气流喷出之际，发生爆炸似的响声，此响声常被误认为发生爆炸。

其实只不过是伴随金属火灾而产生的管道破裂，并在压力下气体喷出的燃烧现象。

膜法富氧技术的应用及研究进展

膜法富氧技术的应用及研究进展孙丽杰;朱敬宏;陈李荔【摘要】膜法富氧技术操作方便、节能、环保，是气体分离膜研究的热点之一，随着全球性的节能环保工作的开展，膜法富氧技术正日益得到广泛的重视。

本文简要介绍了膜法富氧在化工、医疗保健等领域的应用并对膜法富氧技术的未来发展方向进行了初步探讨。

%The membrane technology of oxygen enrichment was easy to operate , energy saving and environmental protection, which was a hotspot of gas separation membrane.The membrane technology of oxygen enrichment was paid more and more attention by the development of energy sources saving and environment protection.The application of membrane technology for oxygen enrichment in the fields of chemical industry , medical care , etc.was introduced and its development trends were also discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】2页(P22-23)【关键词】膜法富氧;助燃;医疗保健【作者】孙丽杰;朱敬宏;陈李荔【作者单位】杭州天蓝环保工程设计有限公司，浙江杭州 311215;浙江天蓝环保技术股份有限公司，浙江杭州 311215;浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8膜法富氧技术是通过膜将空气中的氧气富集起来获得富氧空气的技术，它以节能、无污染及操作方便等优点引起了人们的极大关注，从理论上来讲，凡需要空气之处均可以用富氧来代替［1］，目前氧气的耗量仅次于硫酸，为世界第二大化学品。