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1、膜法富氧助燃节能技术的试验应用大港油田分公司一、概述在油气生产、处理和输送过程中，为了使原油能够在管线中流动，就要加压和加热。为此，除要消耗电能外，还要消耗大量的燃料。以大港油田分公司为例，现有各类加热炉 322 台，每年消耗的原油和天然气折合 33.1 万吨标准煤，占总能耗的三分之一，节能潜力较大。多年来，除采取应用高效加热炉、更换高效节能燃烧器、合理匹配风机、调整管网布局等措施之外，又开拓思路，探索改进燃烧、提高炉效的新途径，引进试验膜法富氧助燃节能技术，取得了明显成效。膜法富氧助燃技术是当今世界竞相发展的新技术，被国家列为重点攻关项目。中科院大连化学物理研究所研发的“LTVPS 富膜”
2、，于 1988 年通过了由中国科学院和北京市人民政府联合组织的技术鉴定，并被确定为国家新技术推广项目。目前，已广泛用于石油、化工、电子、冶金、医疗、玻璃仪器制造和环境保护等领域，该技术被认为是一种先进、经济、高效、节能、低资源消耗的洁净技术。二、技术原理膜法富氧助燃节能技术是一个技术体系，主要包括膜法富氧气体分离技术、富氧发生器以及用于生产实践的富氧助燃装置等。膜法富氧气体分离技术，是把一种气体通过采取相应的措施，使之分离、富集、浓缩、纯化和净化，来满足生产需要的一种高新技术。一般讲，一切气体对所有高分子膜，在一定压力下都具有渗透通过的能力，其过程是：气体分子首先被吸附并溶解于膜的高压侧表面，
3、然后向低压侧表面渗透、扩散再分离解吸出来，即所谓的“溶解扩散解吸机理。依据上述原理，借助空气中各元素在膜中渗透能力（由大到小依次为 H2、He、CO2、O2、Ar、CO、CH4、N2）不同这一特性，根据需要选择适当的膜，制成专一富集“某”种气体的发生器。富氧发生器仅是其中的一种应用，它是专为提高空气中氧气浓度而设计的装置。首先把“富氧膜”制成膜组件，再根据不同富氧空气需要量，选用适当数量的膜组件，组装成富氧空气量大小不一的膜法富氧发生器。而富氧助燃装置：是把膜法富氧发生器与加热炉（或锅炉、窑炉）燃烧器结合在一起，给炉膛进行局部有效增氧助燃等多项技术的综合，它包括膜法富氧发生器、富氧空气喷嘴、工
4、艺管汇等。三、技术特点1、提高火焰温度，增加热量利用率由于富氧空气的参与，氮气含量相对减少，相应减少废气吸热量。据有关资料介绍，火焰温度随空气中氧气含量的增加而显著提高，当使用一般空气炉膛加热温度为 1300时，可以利用的热量仅为 42%，而用 28%最佳经济浓度的富氧空气进行助燃时，可利用的热量高达 56%，热量利用率提高了 33%。给炉膛局部增加富氧空气，目的就是集中提高该燃烧区空气中氧气浓度百分比，达到提高炉膛火焰温度和热量利用率的目的。2、改进燃烧，减少污染燃料在一般空气与在纯氧中燃烧速度相差甚大，如天然气在纯氧中比在空气中的燃烧速度高达 10.7 倍，因此富氧助燃，不仅提高燃烧强度，
5、还能加快燃烧速度，更有利于燃烧反应完全，可以改善排烟质量，减少未燃物质对环境的污染。3、降低燃料点燃温度、增加热量释放燃料的燃点温度在一定条件下不是常数。如 CO 在空气中为 609，而在纯氧中仅为 388。富氧助燃就是利用这一现象，将少量的富氧空气，集中地供给火嘴燃料刚刚雾化（或固体燃料刚刚汽化）喷出点燃部位，使该区氧气量骤然增加，可以起到降低燃料点燃温度，提前点燃，相对延长燃料在炉膛中燃烧时间，增加燃料释放热量的作用。4、降低空气过剩系数，增加热量利用率炉膛燃烧完全，降低了空气过剩系数。据有关资料介绍：日本节能中心在工业窑炉节能措施中，着重于降低空气过剩系数的研究，他们在一台热处理炉中经多
6、次试验，将空气过剩系数从 1.7 降到 1.2，降低 29.4%,平均节能达 13.3%。我们试验炉子的实测结果是烟囱排烟处过剩空气系数，普遍降低 1214%左右。四、节能效果测试大港油田分公司从 1999 年开始对膜法富氧助燃技术进行试验应用，使用的是大港油田分公司石油统计工作站与大连国力节能环保工程技术有限公司合作研制开发的膜法富氧技术及配套装置。该技术通过膜法富氧发生器，利用水循环真空泵形成负压，经过一级分离可以把氧气浓度提高到 30%以上（做助燃用的最佳经济浓度为 28%） ，单套装置富氧空气发生量可达 10000Nm3/h。近两年来，我油田将该技术及配套装置分别用于孔大站、羊大站、外
7、输站和港骅公司锅炉房共四个地方，委托天津市节能监测站进行了现场测试。现场观察燃烧火焰白亮，不冒黑烟，加热炉（锅炉）运行稳定。在含氧量由 21%增加到 28%后，加热炉供热温度比安装富氧装置前平均提高了 2.5%；空气过剩系数降低平均了 12.5%；炉效平均提高了 3.5%，燃料节约率平均为 11.93%。测试结果见附表。五、经济效益分析以孔大站、羊大站和外输站三个站为例，三个站年消耗燃料 17077 吨，膜法富氧助燃技术装置投产后，年合计节省烧油量 1861 吨。按目前国际油价每桶26 美元计算，折合每吨原油人民币为 1575 元，全年可创造节约价值 293 万元。由于增加了富氧装置，每年增加
8、耗电量 51 万千瓦时，电费支出 23.5 万元；增加耗水量 1903 米3，水费支出 0.19 万元；不可预见机械维修费每年、每套最高1 万元，全年生产费用支出共计 26.69 万元。三套装置一次性总投资为 139 万元，第一年建设与生产费用总计 165.69 万元。当年即可回收投资，投入产出比达到 1.77，7 个月即可全部回收投资。六适用范围及结论 该技术应用的范围较广，从炉型上看可以适用于加热炉和锅炉；从对加热炉使用的燃烧器分析，可以适用全自动、半自动、转杯、燃油或燃气式；从燃料结构看，可以适用于燃油、燃气、燃煤三种类型燃料。通过两年来的应用实践可以看出，该膜法富氧助燃技术成熟、装置结构简单、 安装简便、安全可靠，是加热炉、锅炉改进燃烧，提高效率，降低成本的有效技术措施，可以推广使用。
