膜法富氧助燃技術在工業鍋爐節能減排中的運用

■張志強

國投晉城熱電有限公司

1 前言

膜法富氧主要是結合空氣當中不同組分在透過高分子膜的時候相應滲透速率存在的差異性，并使空氣當中氧氣受到壓力差的驅動，優先通過高分子膜，以此得到氧氣流量以及濃度都非常穩定的富氧氣體。在工業鍋爐領域應用膜法富氧助燃技術，能夠促使燃料燃燒的更加充分，并對火焰燃燒特性實現優化，熱量利用率更高而損失更低，不僅有效節約了燃料，還降低了各種污染物排放量，對節能減排具有重要意義。

2 膜法富氧助燃技術在工業鍋爐節能減排中運用的機理

2.1 促使火焰輻射熱、溫度以及黑度有效提高，并使排煙黑度顯著降低

膜法富氧助燃技術在實際使用當中，燃料使用量更少，且污染排放更低。通過富氧助燃，能夠大量減少氮氣量，并進一步降低了煙氣量和空氣量，工業鍋爐當中能夠提升其三原子氣體量，通過三原子氣體強大的輻射作用，能夠促使火焰黑度以及火焰溫度在氧氣含量不斷增加過程中普遍提高，不過這個過程中要避免富氧濃度過高[1]。綜合考慮電耗、制氧等相關經濟成本，通常將富氧濃度控制在27%至32%之間，如果富氧濃度超過的這個范圍，火焰溫度雖然會有所增加，但是增加量相對較少，浪費制氧投資，不利于綜合效益的增長。

2.2 促使燃燒速度更快、更完全，以此減少污染

在工業鍋爐當中應用膜法富氧助燃技術，會有效降低氮氣量，促使燃燒反應當中反應物濃度有效提高，活化分析相應碰撞的有效次數也大大增加，這種狀態下，燃燒速度將大大加快，能夠使燃燒反應更加完全，燃料使用量有效降低，具有較大的節約能源意義。

2.3 燃點溫度可以降低

工業鍋爐當中使用的燃料其燃點溫度并不是固定的常數，其燃點溫度和測試方法、燃燒狀況、環境溫度以及受熱溫度等都存在一定聯系。結合相關調查分析，發現空氣環境下的燃料相比純氧條件下其燃點溫度更高，比如空氣環境下的一氧化碳其著火點溫度是609攝氏度，而純氧空間下的一氧化碳著火點只有388攝氏度。因此，在工業鍋爐當中應用膜法富氧助燃技術能夠促使火焰強度有效提高，并提升熱量釋放量等。

2.4 煙氣量有效減少

工業鍋爐運行當中，如果通過普通空氣進行助燃，那么空氣當中大約80%的氮氣不僅不能有效的推進助燃，還會將大量熱量帶走。而通過膜法富氧助燃技術進行助燃，有效降低了氮氣含量，這樣能夠有效促進助燃，且燃料在燃燒之后，相比普通燃燒其煙氣量大大降低，促使熱效率得到有效提高。

2.5 熱量利用率更高

在工業鍋爐當中利用膜法富氧助燃技術，能夠有效提升熱量實際利用效率。如果通過普通空氣進行助燃，那么在加熱溫度達到1300攝氏度的時候，實際能夠利用的熱量只有42%，但是如果通過26%富氧空氣實現助燃操作，此時能夠被利用的熱量能夠達到56%，相比空氣助燃熱量利用率增長了33%[2]。同時，加熱溫度也會隨著富氧濃度的不斷加大而逐步提高，在富氧濃度不斷增加過程中，加熱溫度能夠得到更加顯著的提高，這樣能夠有效達到節能效果。

2.6 空氣過剩系數更低

在工業鍋爐當中運用膜法富氧助燃技術，能夠通過局部增加含氧量達到更佳的助燃效果，這種情況下空氣當中過剩系數將顯著降低。空氣過剩系數越高，則煙氣量也會越大，同時燃料實際發熱值也會逐漸加大，進而導致空氣過剩系數加大對煙氣量實際影響。

3 工業鍋爐節能減排中應用的膜法富氧助燃技術

3.1 富氧噴嘴

所謂富氧噴嘴，指的是對具有壓力的相應富氧空氣進行有效運輸的相關專業噴嘴，在局部增氧助燃技術當中，屬于應用的關鍵。在工業鍋爐當中應用富氧噴嘴，能夠將富氧添加在對氧氣需求最大的位置，以此在保持鍋爐原有結構基礎上，全面提升鍋爐性能，并保障安全運行。富氧噴嘴是設計位置、材質、形狀以及擴散角等都要結合鍋爐產品性能以及相關參數等進行合理選擇。富氧噴嘴的擴散角通常保持在正負30度范圍內，而結合富氧噴嘴應用環境，一般會選擇耐腐蝕、耐熱的非金屬或者金屬材料，像剛玉、2520以及耐熱鋼管等。

3.2 對稱燃燒

在一般的工業鍋爐當中較為適用運用對稱燃燒技術，尤其在油田系統熱媒爐、注汽爐等圓柱形爐膛且爐壁周圍都布滿了水冷壁管環境當中。在工業鍋爐通過運用對稱燃燒技術，能夠促使爐膛當中的燃料加強燃燒效率，并且火焰溫度也將大大提升，以此全面提升輻射熱[3]。比如在某油田一組熱媒爐當中運用對稱燃燒技術，節油率達到了平均20%還要高，節油量達到了將近3噸/天，并且該技術運用當中排煙全面達標，具有非常突出的綜合效益。

3.3 分級燃燒、推遲燃燒、四角燃燒、S型燃燒和α型燃燒

分級燃燒、推遲燃燒、四角燃燒、S型燃燒和α型燃燒等技術比較適合應用在鏈條爐、循環流化床鍋爐、拋煤機爐、煤粉爐以及沸騰爐等當中，通過在相應鍋爐當中應用這些燃燒技術，能夠促使鍋爐當中原來的火焰特性有效加強，并且確保煙氣以及燃料能夠延長在爐膛當中停留的時間，促使燃燒更加充分，在有效節約燃料的基礎上提高有效熱量。

將膜法富氧助燃技術應用在工業鍋爐當中，能夠有效達到節能減排作用，并全面提升應用領域實際經濟效益以及社會效益。在工業鍋爐當中運用膜法富氧助燃技術，能夠促使火焰溫度更高，過量空氣系數有效降低，燃料燃燒速度更快且更完全，燃燒之后排除的煙氣量有效減少，提高熱量利用率，以此有效達到節約能源并且減少污染排放的作用。

[1]黃永香. 膜法富氧助燃技術在鍋爐上的應用[J]. 廣西節能,2017(3):32-33.

[2]陳鎮南, 湯巍, 黎桂. 工業鍋爐高能耗問題分析及節能減排對策研究[J]. 節能, 2017, 36(4):66-69.