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1、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 膜法富氧技术 w 膜法富氧与传统制氧技术比较前 言工业锅炉和窑炉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 ，能源短缺，乃至能源危机已使煤碳、石油价格不断 上涨. 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; 同 时，不断增加的化石燃料燃烧中的排放对全球的人类 生存环境造成严重污染，因此采用新
2、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 减少了环境污染, 已成为企业追求的重要目标。 富氧助燃技术原理 w 燃烧过程 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 方程式如下,提高这些反应式中O2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 .CO2=CO22H2O2=2H2OSO2=SO2CmHn(mn/4)O2=mCO2n/2H2O2COO2=2CO22H2S3O2=2H2O2SO2 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助燃空气增加O2 的浓度使得燃烧过程 速度加快进而提高燃 烧的温度，
3、使得到能 量的品级得到大大的 提高。图一给出了天 然气燃烧过程中火焰 理论温度与助燃气中 氧含量的关系曲线。 富氧助燃技术原理w 富氧浓度 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
4、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/窑炉上的运用原理 w 燃烧过程的主要热交换形式 热传导 q=(Tf-Tp)对流 q= k (Tf-Tp)辐射 q=(Tf 4 -Tp 4) 其中Tf火焰温度，Tp产品温度，、k、分别为传导、对流与辐射换热系数。 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
5、辐 射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1个百分点，可提 高烟温70，可提高换热效率12以上。 富氧助燃在玻璃窑炉上的应用 w 预混式富氧助燃 图(2) 如图(2)所示，将 富氧注入燃烧助燃空气 的主风管，并进而与燃 料混合输入窑炉内燃烧 。这种方式助燃一致地 提高了整个燃烧过程的 温度，特别适用于蓄热 式窑炉上。 富氧助燃在玻璃窑炉上的应
6、用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 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 方式，富氧与燃料在传热最需 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 部，靠近玻璃液的上方混合燃 烧，在些部位火焰的温度对传 递到玻璃液的热量影响最大， 从而最大限度的发挥了富氧的 效能。 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
7、-2345玻璃液熔化量 t/d401 402 405405.16 406410燃油消耗量 Kg/d76525.1 76104.8 76275.175865.2 75709.875928.8单 耗 kg/kg 190.835 189.315 188.336187.248 186.477185.192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0 0.1-0.4 0.4-0.9 15 1
8、4.29 17 48.57 62.86 10 28.57 3 8.5710 41.67 13 54.16 95.83 1 4.17 0 0空气 过剩 系数1.1 1.1-1.2 1.21-1.3 1.31-1.5 1.512 5.71 3 8.57 14.28 9 25.71 15 42.86 6 17.143 12.5 12 50.0 62.5 2 8.33 3 12.5 4 16.67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
9、增加。效果-投 资回收期小于半年。混合煤气发生炉富氧气化（ 23-25%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 1486 +459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. 50.014 924.
10、4665.00.60.218.12.629.643.91673. 50.026 826.6646.40.60.216.72.530.043.61636. 50.045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%，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膜法富氧技术w 膜分离原理 w 膜法富氧装置基本原理 w 富氧装置的结构组成 w 膜法富氧技术的优势膜分离原理 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 用具有特殊选择分
11、离性的有机高分子和无机材 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 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 气体膜分离是利用 有机膜对某些气体组分 具有选择性渗透和扩散 的特性，以达到气体分 离和纯化的目的。其渗 透机理，为气体分子在 压力作用下，首先在膜 的高压侧接触，然后是 吸附、溶解、扩散、脱 溶、逸出。通过非多孔 膜的气体迁移是根据溶 解扩散的机制进行的 。膜法富氧设备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 质有选择性渗透的原理，采用对氧具有高渗透性 能的复合膜富氧复合膜。在常温、低压
12、下， 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 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 空气中含氧浓度从209富集到30以上。 富氧装置的结构组成 w 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 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w 投资省 w 运行费用低 w 安全可靠 w 几乎免维护 w 无人自动化操作 膜法富氧与传统制氧技术比较
