富氧燃烧的主要环境影响因素概述

对于燃用含硫燃料的普通工业炉窑来说，一方面采 用富氧燃烧的节能量很大，如本文前面所述，大都在 ２０％以上，因此由于减少燃料消耗带来的二氧化硫减排 也是很可观的。另一方面，对于燃用的单位燃料，由于 烟气量的减少相应提高了烟气中二氧化硫的浓度，一定 程度上也有利于烟气中硫的脱除或回收。
２ 富氧燃烧对二氧化硫排放的影响 在有色金属冶炼工业，传统的火法冶金，采用空气 冶炼含硫精矿时，产生大量难以经济回收的低浓度ＳＯ２ 烟气，直接排到大气中，加剧了环境的酸雨污染。采用 富氧燃烧强化冶炼，由于有效减少了烟气量，可以提高 烟气中 ＳＯ２浓度，有利于 ＳＯ２的经济回收。因此，从减 少烟气量和提高ＳＯ２浓度的角度来说，采用富氧燃烧是 有益于环境的。表１给出了鼓风炉炼铜工艺中采用富氧 燃烧技术的结果对比。从富氧熔炼和空气熔炼对比可以 看出，烟气中的 ＳＯ２浓度提高了近一倍。表 ２ 给出了富 氧燃烧在有色冶炼上的应用效果。通过采用富氧燃烧技 术，不但显著提高生产能力，降低燃料消耗，而且烟气 中的 ＳＯ２浓度也平均提高了 ２倍。
◆ 节能环保技术 ◆
富氧燃烧的
摘要：主要从粉尘、二氧化硫和氮氧化物的排放等方 面讨论了富氧燃烧的应用对环境的影响。采用富氧燃 烧技术有利于减少与控制粉尘和二氧化硫的排放，但 会明显增加氮氧化物的排放。因此如何控制氮氧化物 排放是富氧燃烧技术面临的一个必须解决的问题。 关键词：富氧燃烧；排放；环境影响
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◆ 节能环保技术 ◆
采用富氧，每年平均节省焦炭４２万ｔ。对于天然气与燃 料油等含氢量较高的相对清洁燃料，采用富氧助燃还可 以提高烟气中的水蒸气含量，有利于采用冷凝式潜热回 收系统，显著提高设备热效率。由此可见采用富氧燃烧 的节能效果是很明显的。在节能的同时，也有利于从源 头上大量减少粉尘的产生和排放。
脱除燃烧产生的 ＮＯＸ，使烟气排放符合环保要求；另 一 方面是研究如何控制燃烧过程中的 ＮＯＸ 产生，采用的 方法有烟气再循环、欠氧燃烧、分级燃烧和水蒸气喷射 等，也是燃烧学科在各国比较受关注的研究领域。
４ 结论 采用富氧燃烧除了提高生产率和节能以外，还有利 于减少和控制粉尘和二氧化硫的排放，但会明显增加氮 氧化物的排放。因此为了推广富氧燃烧技术和保护环 境，需要深入研究富氧燃烧时氮氧化物的产生机理，寻 找有效控制措施。■
于一定的燃料消耗量，提高助燃空气中的氧气体积比
值，即使只有百分之几，燃烧所需的理论空气量也会显
著减少。例如将氧气体积比 提高到 ３０％，则所需要的
理论空气量降低为原来的 ７０％，也就是说空气量减少了
３０％，这样就可以选用较小的风机。从除尘角度来说，在
总尘量不变的情况下，由于空气量的减少导致烟气量减
少，烟气中粉尘浓度增大，有利于除尘收集，同时除尘
设备的体积也可以相应减小。
采用富氧燃烧后单位燃料的理论烟气的减少量ΔＶ ０ ｙ
可以按下式计算：
ΔＶ
０
ｙ
＝
０．８０６１Ｖ
０ Ｏ２
１ － ０．２１
１
（２）
上面的讨论是针对一定的燃料消耗量进行的，实际 上采用富氧燃烧后，由于燃料燃烧更加完全，减少了以 粉尘形式排放的 Ｃ 粒等除尘器难以收集的可吸入颗粒 物，再加上炉内换热的增强，排烟损失的减少等节能因 素，燃烧消耗量也会显著降低。据介绍，日本将 ２３％ 的 富氧用于化铁炉，节能高达 ２６．７％；美国在铸造炉上使 用 ２３％～２４％ 的富氧，平均节能 ４４％；国内的武汉钢厂
１ 富Байду номын сангаас燃烧对粉尘排放的影响
采用富氧燃烧后排放烟气的一个主要变化是烟气中
的氮气量大量减少，这是因为助燃空气中氧气含量增
加，由此导致显著减少助燃气体量。设燃烧所需的理论
空气量为
Ｖ
０
，理论氧气量为
Ｖ０ Ｏ２
，当空气中的氧气浓度
为 ，应有以下等式：
Ｖ
０
＝
Ｖ
０ Ｏ２
（１）
图 １示出了理论空气比（富氧空气的理论空气量与 普通空气的理论空气量之比）随助燃空气中氧气含量的 变化情况。在一般的锅炉计算中 值取 ２１％。根据公式 （１），对实际的燃烧设备来说，在确定的运行工况下，对
酒精制造业是国民经济主要的基础原料产业之一， 应用于酿酒、化工、橡胶、油漆涂料、电子、照相胶片、 医药、香料、化妆品、合成燃料等行业。目前我国酒精 生产企业已达９００多家，遍布全国各地，我国酒精生产 以发酵法为主，８０％左右的酒精都用淀粉质原料生产， １５％左右的酒精以糖蜜为原料生产。不论是淀粉为原料 还是以糖蜜为原料，最终都要用蒸馏的工艺将酒精提 出，而蒸馏粗塔排出的废醪液若未经过处理，对环境的 污染很大，不能不引起高度重视。
３．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨１５０００１）
摘要：再沸器是一种能将发酵法酒精生产中粗塔排出的废水（ 俗称废醪液） 热量充分回收的无运行成本的废热回用设备，它的应用充分体现节能和环 保，符合清洁生产要求，酒精制造业应大力推行再沸器的应用。 关键词：酒精制造业；再沸器；节能；环保；清洁生产
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１ 酒精制造业是高能耗、高污染行业 目前酒精一般采用固定化酵母、连续发酵后的成熟
醪进入粗塔用蒸汽直接加热升温生产，再进入醛 塔和精塔，进行脱醛和去杂后即生产出酒精。目前 云南省约８０余家蔗糖厂都生产糖蜜酒精，滇南一 带也有企业利用当地淀粉（如薯类）生产淀粉酒 精。在酒精生产过程中能耗大，污染大，其主要特 点是： １．１ 高污染 根据理论计算和实际测定，每生产一吨糖蜜酒 精排出废醪液约 １３～１５ｍ３，这种废醪液ｐ Ｈ ３．５～ ４．３（若采用无酸发酵，ｐ Ｈ值将升高），温度约 １０５℃，ＣＯＤｃｒ 为 ８～１２ 万 ｍｇ／Ｌ，锤度为 ９～ １３０°ＢＸ， 治理难度较大，淀粉酒精废醪液的污染
３１．６ ３２．３
５３
前苏联高硫铜镍矿沸腾焙烧 ２６
７６
前苏联锌精矿沸腾焙烧
３１
３７．１
５５
澳大利亚铅鼓风炉熔炼
２３
２８．３
平均
３０．５
４３．５ ２００．６
４２．６
３ 富氧燃烧对氮氧化物排放的影响 烟气中的氮氧化物一般是指 ＮＯ 和 ＮＯ２，统称 ＮＯＸ， 其中 ＮＯ 是无色无臭的，而 ＮＯ２是有刺激性气味的红棕 色气体。燃烧过程中产生的 ＮＯＸ主要是 ＮＯ，在大气中 它和 Ｏ３（１０～１００ｐｐｂ）反应，很快被氧化为 ＮＯ２。ＮＯ２ 可 以和空气中的水蒸气反应形成酸雨，破坏环境。在城市 地区，环境中的ＮＯ２浓度即使很低（１０～１００ｐｐｂ），也会危 害人体。因为对 ＮＯＸ的危害认识不足，直到近些年才逐 渐 开 始 限 制 其 排 放 。日 本 、欧 美 等 国 在 上 个 世 纪 ７０ 年 代开始对ＮＯＸ排放进行限制，之后又陆续颁布了更为严 格的排放标准。中国于 １９９９ 年颁布的《锅炉大气污染 物排放标准 ＧＢＰＢ３－１９９９》也首次对锅炉的 ＮＯＸ 排放 进行了限制。可以预计ＮＯＸ的产生和排放问题将受到工 矿企业和研究机构越来越大的重视。 热工设备中因燃料燃烧而产生并排向大气的氮氧化 物一般按下式计算： Ｑ ＝［ＮＯ χ］× Ｖｙ × １０ （３） －６ ＮＯ χ——烟气中氮氧化物的浓度，ｍｇ／Ｎｍ３； Ｖｙ ——排放的烟气量，Ｎｍ３／ｈ。 由于富氧燃烧的节能效果，在能源需求量不变的条 件下，因为燃料消耗量降低而导致氮氧化物的减排；其 次由于烟气量的减少也可以减少氮氧化物的排放。 另一方面，由于富氧燃烧的火焰温度高，导致火焰 中热力型氮氧化物产生量大量增加。据介绍，对于甲烷 燃料来说，氧气浓度３０％时燃烧产生的氮氧化物浓度是 普通空气燃烧的３倍，而氧气浓度８０％时产生的氮氧化 物浓度则为普通空气燃烧的１００倍，即使氧气浓度达到 ９９％时燃烧产物中的氮氧化物浓度也是普通空气燃烧的 ７倍，而即使不考虑过量空气，烟气量最多只能降低为 普 通 空 气 燃 烧 的 １／４ 左 右 。因 此 根 据 式（ ３），从 总体来 看，在工业窑炉上采用富氧燃烧技术，排放的氮氧化物 总量是成倍增加的。 为了控制富氧燃烧过程产生的ＮＯＸ排放，目前主要 从两个方面着手进行研究。一方面是考虑如何从烟气中
表１ 鼓风炉炼铜采用富氧前后的指标对比
指标
单位 富氧熔炼
空气熔炼
富氧浓度
％
２７．６３
２１
精矿含铜
％
１７．２５
２２．３
焦率
％
６．０８
１０．２
粗铜产量
％
６０．７
５６．８
脱硫率
％
５５．３
４３
烟气 ＳＯ 浓度
％
７．５３
３．７９
２
硫酸产量
％
２０１
１５４
表２ 使用富氧强化各种冶炼过程的结果
冶炼方法
富氧 浓度 ％
参考文献： ［１］ 沈光林．膜法富氧的应用进展．现代化工．１９９７（１２）：１０～１２． ［２］ 容銮恩等．电站锅炉原理．北京：中国电力出版社，１９９７：７３ ～７５． ［３］ 徐凤琼．富氧在冶金中的应用进展．云南冶金．１９９９（２）：３１～ ３５． ［４］ 沈光林．膜法富氧技术用于节能研究．节能．１９９６（９）：２８～３０． ［５］ ［日］新井纪南，等．燃烧生成物的发生与抑制技术．北京：科 学出版社，２００１，３３～３７． ［６］ 王廷籍．玻璃熔窑的ＮＯｘ排放和富氧燃烧．中国建材科技． １９９６（４）： １～４．
27 月刊·2004.No.5
JIE NENG YU HUAN BAO / JIE NENG HUAN BAO JI SHU
酒精制造业清洁生产技术
——再沸器的应用
张逸庭 １，李文岗 １，李永斌 ２，陶宏光 ２，吴志方 ２，张 巍 ３
（１．云南省环科所清洁生产中心，云南 昆明６５００３４； ２．云南省元阳糖厂，云南 元阳南沙６６２４００；
主要环境影响因素概述
刘庆才，陈淑荣
（中国科学院广州能源研究所，广东 广州 ５１０６４０）
从理论上说，助燃用空气中的氧气含量高于普通空 气的氧气含量时，燃烧就可以叫做富氧燃烧。富氧燃烧 具有显著提高燃烧效率和高温火焰的特点，但由于制氧 成本的问题，其应用受到限制。随着制氧方法的进步， 尤其是富氧膜技术的进展，富氧燃烧技术近 ２０ 年来逐 渐推广，工业领域主要应用在有色金属的冶炼、玻璃窑 炉中玻璃的熔化、化铁炉和铸造炉、内燃机的增氧燃 烧、煤气发生炉等。此外，富氧燃烧还可以应用于生物 质利用、废气物焚烧、低热值可燃气的利用。 与普通的空气燃烧相比，富氧燃烧技术除了可以节 约能源以外，对环境的影响方面也具有不同特点。其中 既有有利的一面，也有不利的一面。由于环境污染涵盖 的范围广泛，难以一一述及，因此本文主要从较为常见 的粉尘、二氧化硫、氮氧化物的排放等三个方面来讨论 富氧燃烧对环境的影响。
节能 ％
ＳＯ 浓度 ２ 提高 ％
生产能力 提高 ％
前苏联铜鼓风炉熔炼
２７．３
２８．８
１５４
３７
前苏联镍鼓风炉熔炼
２４．５ １７．０ ４２．９
２２．３
诺兰达炼铜法熔炼
３０．５
７２．７
７２０
６７
前苏联生精矿铜反射熔炼炉 ４０
２４．５ １８７
１４．３
日本足尾闪速熔炼炉
４１
８５．５ ６２．７
２５
中国白银炼铜法