1、膜法富氧助燃技术与应用膜法富氧助燃技术与应用 w 前言w 富氧助燃技术原理w 富氧助燃在窑炉上的运用原理w 富氧助燃在玻璃窑炉上的应用 w 富氧助燃在煤气发生炉中的应用w 富氧助燃在其它行业中的应用w 富氧助燃与节煤剂在煤粉炉中应用方案w 膜法富氧膜法富氧技术技术w 膜法富氧与传统制氧技术比较前前 言言 工业锅炉和窑炉工业锅炉和窑炉所需能源绝大部份来自化石燃料，所需能源绝大部份来自化石燃料，如煤、石油制品及天然气等，随着世界经济的发展，如煤、石油制品及天然气等，随着世界经济的发展，能源短缺，乃至能源危机已使煤碳、石油价格不断上能源短缺，乃至能源危机已使煤碳、石油价格不断上涨涨.企业特别是燃料消
2、耗大户因日日高企的能源价格企业特别是燃料消耗大户因日日高企的能源价格而不断减利已成为企业发展中面临的重要难题而不断减利已成为企业发展中面临的重要难题;同时，同时，不断增加的化石燃料燃烧中的排放对全球的人类生存不断增加的化石燃料燃烧中的排放对全球的人类生存环境造成严重污染，因此采用新技术与新工艺，提高环境造成严重污染，因此采用新技术与新工艺，提高燃料使用效率，既可降低企业运行成本，同时了减少燃料使用效率，既可降低企业运行成本，同时了减少了环境污染了环境污染,已成为企业追求的重要目标。已成为企业追求的重要目标。富氧助燃技术原理富氧助燃技术原理 w 燃烧过程燃烧过程 无论固体燃料还是液体气体燃料的燃
3、烧发热过程都无论固体燃料还是液体气体燃料的燃烧发热过程都需用大量的氧气助燃，其中主要可燃成份燃烧过程化学需用大量的氧气助燃，其中主要可燃成份燃烧过程化学方程式如下方程式如下,提高这些反应式中提高这些反应式中O2的含量无疑可以促进的含量无疑可以促进燃烧过程充分完成，提高燃料的使用效率燃烧过程充分完成，提高燃料的使用效率.CO2=CO2 2H2O2=2H2O SO2=SO2 CmHn(mn/4)O2=mCO2n/2H2O 2COO2=2CO2 2H2S3O2=2H2O2SO2 富氧助燃技术原理富氧助燃技术原理w 火焰理论温度与助燃气中氧含量的关系火焰理论温度与助燃气中氧含量的关系 助燃空气增加助燃
4、空气增加O O2的浓度使得燃烧过程的浓度使得燃烧过程速度加快进而提高燃速度加快进而提高燃烧的温度，使得到能烧的温度，使得到能量的品级得到大大的量的品级得到大大的提高。图一给出了天提高。图一给出了天然气燃烧过程中火焰然气燃烧过程中火焰理论温度与助燃气中理论温度与助燃气中氧含量的关系曲线。氧含量的关系曲线。富氧助燃技术原理富氧助燃技术原理w 富氧浓度富氧浓度 优化优化 燃烧的理论与实践告诉我们，不同温度下的能量，其使用效率是不同的，温度越高，能量的使用价值越高，反之价值越低。从图（1）中可看出以下重要的两点：1.助燃空气中氧含量越高，燃烧的火焰温度越高。2.空气中氧含量增加初期燃烧温度剧烈增加，而
5、随着氧气浓度的进一步增加，燃烧温度增长迅速减缓，随着氧气含量再增加反而使火焰温度处于饱和状态。我们可以得出结论，应用富氧助燃可大大提高燃烧温度，随着富氧空气中氧浓度的增加，火焰温度迅速上升，其温度上升最快的一段发生在氧浓度增加初期即氧浓度由21增加到30的过程中。富氧燃烧在锅富氧燃烧在锅/窑炉上的运用原理窑炉上的运用原理 w 燃烧过程的主要热交换形式燃烧过程的主要热交换形式 热传导热传导 q=(Tf-Tp)对流对流 q=k(Tf-Tp)辐射辐射 q=(Tf 4-Tp 4)其中其中Tf火焰温度，火焰温度，Tp产品温度，产品温度，、k、分别为分别为传导、对流与辐射换热系数传导、对流与辐射换热系数。
6、富氧燃烧在窑炉上的运用原理富氧燃烧在窑炉上的运用原理w 辐射换热是玻璃窑换热的关键辐射换热是玻璃窑换热的关键 通过向窑炉内引入富氧助燃可以有效地提高燃烧温度，从而强化传热。由于玻璃窑炉内产品的熔解温度很高，窑炉内的换热主要是依靠辐射来完成的，传导与对流的单位换热量是与烟气温度和产品温度的温差(Tf-Tp)的一次方成正比，而且烟气与产品的传导与对流换热系数又很低，而辐射而辐射换热量是与烟气和产品温度的四次方的差成正比换热量是与烟气和产品温度的四次方的差成正比。因此，富氧助燃提高了火焰温度使得窑内本已经占据传热统治地位的辐射换热得到大大加强。因此随助燃空气中氧浓度的增加，燃烧温度得以提高，产品在窑
7、内吸收了更多热量，排出烟气带走的热量就减少，从而使利燃烧过程更加有效。实际应用中只要提高助燃空气氧含量只要提高助燃空气氧含量1 1个百分点，可提高个百分点，可提高烟温烟温7070，可提高换热效率，可提高换热效率1212以上。以上。富氧助燃在玻璃窑炉上的应用富氧助燃在玻璃窑炉上的应用 w 预混式富氧助燃预混式富氧助燃 图(2)如图如图(2)(2)所示，将所示，将富氧注入燃烧助燃空气富氧注入燃烧助燃空气的主风管，并进而与燃的主风管，并进而与燃料混合输入窑炉内燃烧。料混合输入窑炉内燃烧。这种方式助燃一致地提这种方式助燃一致地提高了整个燃烧过程的温高了整个燃烧过程的温度，特别适用于蓄热式度，特别适用于
8、蓄热式窑炉上。窑炉上。富氧助燃在玻璃窑炉上的应用富氧助燃在玻璃窑炉上的应用 氧枪局部富氧助燃不是将富氧枪局部富氧助燃不是将富氧混入助燃空气而是用氧枪将氧混入助燃空气而是用氧枪将富氧直接输送到火焰的下部以富氧直接输送到火焰的下部以助燃。这是最经济的一种助燃助燃。这是最经济的一种助燃方式，富氧与燃料在传热最需方式，富氧与燃料在传热最需要的部位混合燃烧，也就是在要的部位混合燃烧，也就是在燃烧空间的贫氧区即火焰的下燃烧空间的贫氧区即火焰的下部，靠近玻璃液的上方混合燃部，靠近玻璃液的上方混合燃烧，在些部位火焰的温度对传烧，在些部位火焰的温度对传递到玻璃液的热量影响最大，递到玻璃液的热量影响最大，从而最大
9、限度的发挥了富氧的从而最大限度的发挥了富氧的效能。效能。火焰底部吹氧助燃火焰底部吹氧助燃应用实例（1-浮法窑）区间 项目无富氧阶段 逐注富氧阶段一期 二期富氧调试阶段一期 二期富氧稳定阶段起止日期7月1-13日7月14-19 7月203031/7-4/8 5-9/810-20/8富氧投入量m3/h边安装边投入至安装完毕1610-20981496-2345玻璃液熔化量t/d 401 402 405405.16 406410燃油消耗量Kg/d 76525.1 76104.8 76275.175865.2 75709.875928.8单 耗 kg/kg 190.835 189.315 188.336
10、187.248 186.477185.192正平衡热效率%30.21 30.37 30.5330.71 30.8331.05应用实例（1-烟气分析）工 况测试数据总数送富氧空气前 35送富氧空气后 24烟气成分 项目含量 数 组成 前二项 量 比例 组成比例数 组成 前二项量 比例 组成比例 一 氧 化 碳00.1-0.40.4-0.915 14.2917 48.57 62.8610 28.573 8.5710 41.6713 54.16 95.831 4.170 0空气过剩系数1.11.1-1.21.21-1.31.31-1.51.512 5.713 8.57 14.289 25.71 15
11、 42.866 17.143 12.512 50.0 62.52 8.333 12.54 16.67富氧在煤气发生炉中的应用富氧在煤气发生炉中的应用w 46-52%氧浓度在化肥行业煤气炉应用，可实现单炉连续产气，产量增加一倍；缺点是一次投资大、工艺改造多；w 22-24%氧浓度的开发应用，在保留原间歇造气工艺基础上，使产能增加。效果-投资回收期小于半年。混合煤气发生炉富氧气化混合煤气发生炉富氧气化（23-25%氧浓度）氧浓度）条件 指标加氧不加氧差值CO(%)36.8 29.3+7.5CO2(%)6.4 3.5+2.9H2(%)22.4 13.6+8.8煤气热值（千卡/标米3）1945 148
12、6+459富氧在煤气发生炉中的应用富氧在煤气发生炉中的应用富氧浓度%富 氧温度 干煤气成分（V%）煤气热值千卡/标米395%O2耗量M3/m3煤气CO2CmH nO2H2CH4CON221424.00.60.212.82.726.653.11450023587.00.60.216.42.530.842.51657.50.014924.4665.00.60.218.12.629.643.91673.50.026826.6646.40.60.216.72.530.043.61636.50.045富氧在其它行业中的应用富氧在其它行业中的应用w 有色冶金（铜矿冶炼），30-40%氧浓度，效果：节能20
13、%，增产20%。w 高炉炼铁：增加煤量，降低焦炭量，同时增加生铁产量。每增加1%氧浓度，可提高炉温70度。富氧与节煤剂在煤粉炉中应用方案富氧与节煤剂在煤粉炉中应用方案膜法富氧膜法富氧技术技术w 膜分离原理膜分离原理w 膜法富氧装置基本原理膜法富氧装置基本原理 w 富氧装置的结构组成富氧装置的结构组成 w 膜法富氧技术的优势膜法富氧技术的优势膜分离原理膜分离原理 膜分离空分技术是八十年代国外新兴的高科膜分离空分技术是八十年代国外新兴的高科技技术，属高分子材料科学，膜分离技术是利技技术，属高分子材料科学，膜分离技术是利用具有特殊选择分离性的有机高分子和无机材用具有特殊选择分离性的有机高分子和无机材
14、料形成不同形态结构的膜，在一定驱动力作用料形成不同形态结构的膜，在一定驱动力作用下，使双元或多元组份因透过膜的速率不同而下，使双元或多元组份因透过膜的速率不同而达到分离或特定组份富集的目的。达到分离或特定组份富集的目的。卷式富氧膜元件w 膜元件结构各种气体渗透速率各种气体渗透速率 气体膜分离是利用气体膜分离是利用有机膜对某些气体组分有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分的特性，以达到气体分离和纯化的目的。其渗离和纯化的目的。其渗透机理，为气体分子在透机理，为气体分子在压力作用下，首先在膜压力作用下，首先在膜的高压侧接触，然后是的高压侧接触，然后是吸附、
15、溶解、扩散、脱吸附、溶解、扩散、脱溶、逸出。通过非多孔溶、逸出。通过非多孔膜的气体迁移是根据溶膜的气体迁移是根据溶解扩散的机制进行的。解扩散的机制进行的。膜法富氧设备膜法富氧设备膜法富氧装置基本原理膜法富氧装置基本原理 膜法富氧技术是利用高分子复合膜对不同物膜法富氧技术是利用高分子复合膜对不同物质有选择性渗透的原理，采用对氧具有高渗透性质有选择性渗透的原理，采用对氧具有高渗透性能的复合膜能的复合膜富氧复合膜。在常温、低压下，富氧复合膜。在常温、低压下，空气从膜高压侧流向低压侧时，空气中氧和氮分空气从膜高压侧流向低压侧时，空气中氧和氮分子在压力差驱动下透过富氧膜。由于富氧膜的特子在压力差驱动下透
16、过富氧膜。由于富氧膜的特性是有选择地让氧分子比氮分子透过率大，结果性是有选择地让氧分子比氮分子透过率大，结果在膜低压一侧收集到的空气中氧气浓度增加，使在膜低压一侧收集到的空气中氧气浓度增加，使空气中含氧浓度从空气中含氧浓度从209富集到富集到30以上。以上。富氧装置的结构组成富氧装置的结构组成 w 空气净化和输送单元空气净化和输送单元 此单元主要设备有空气过滤器和鼓风机。其作用是使自然空气净化，并为通过富氧膜的空气增压。w 富氧膜组件单元富氧膜组件单元 此单元是富氧装置的核心，主要设备有空气分配箱、富氧膜组件和富氧空气收集管。其作用是净化空气通过富氧膜组件高压一测，在膜两侧压力差驱动下，部分氧和氮透过富氧膜被收集成富氧空气，其余部分即少氧空气被排放。膜法富氧技术的优势膜法富氧技术的优势w 投资省投资省w 运行费用低运行费用低 w 安全可靠安全可靠 w 几乎免维护几乎免维护 w 无人自动化操作无人自动化操作 膜法富氧与传统制氧技术比较膜法富氧与传统制氧技术比较
