膜法富氧助燃技術(shù)在工業(yè)鍋爐節(jié)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(jié)合空氣當(dāng)中不同組分在透過高分子膜的時候相應(yīng)滲透速率存在的差異性，并使空氣當(dāng)中氧氣受到壓力差的驅(qū)動，優(yōu)先通過高分子膜，以此得到氧氣流量以及濃度都非常穩(wěn)定的富氧氣體。在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域應(yīng)用膜法富氧助燃技術(shù)，能夠促使燃料燃燒的更加充分，并對火焰燃燒特性實現(xiàn)優(yōu)化，熱量利用率更高而損失更低，不僅有效節(jié)約了燃料，還降低了各種污染物排放量，對節(jié)能減排具有重要意義。

2 膜法富氧助燃技術(shù)在工業(yè)鍋爐節(jié)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(shù)在實際使用當(dāng)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(yè)鍋爐當(dāng)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(guān)經(jīng)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(yè)鍋爐當(dāng)中應(yīng)用膜法富氧助燃技術(shù)，會有效降低氮氣量，促使燃燒反應(yīng)當(dāng)中反應(yīng)物濃度有效提高，活化分析相應(yīng)碰撞的有效次數(shù)也大大增加，這種狀態(tài)下，燃燒速度將大大加快，能夠使燃燒反應(yīng)更加完全，燃料使用量有效降低，具有較大的節(jié)約能源意義。

2.3 燃點溫度可以降低

工業(yè)鍋爐當(dāng)中使用的燃料其燃點溫度并不是固定的常數(shù)，其燃點溫度和測試方法、燃燒狀況、環(huán)境溫度以及受熱溫度等都存在一定聯(lián)系。結(jié)合相關(guān)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)空氣環(huán)境下的燃料相比純氧條件下其燃點溫度更高，比如空氣環(huán)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(yè)鍋爐當(dāng)中應(yīng)用膜法富氧助燃技術(shù)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(yè)鍋爐運行當(dāng)中，如果通過普通空氣進行助燃，那么空氣當(dāng)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(shù)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(yè)鍋爐當(dāng)中利用膜法富氧助燃技術(shù)，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(dá)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(xiàn)助燃操作，此時能夠被利用的熱量能夠達(dá)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(dá)到節(jié)能效果。

2.6 空氣過剩系數(shù)更低

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

3 工業(yè)鍋爐節(jié)能減排中應(yīng)用的膜法富氧助燃技術(shù)

3.1 富氧噴嘴

所謂富氧噴嘴，指的是對具有壓力的相應(yīng)富氧空氣進行有效運輸?shù)南嚓P(guān)專業(yè)噴嘴，在局部增氧助燃技術(shù)當(dāng)中，屬于應(yīng)用的關(guān)鍵。在工業(yè)鍋爐當(dāng)中應(yīng)用富氧噴嘴，能夠?qū)⒏谎跆砑釉趯ρ鯕庑枨笞畲蟮奈恢茫源嗽诒３皱仩t原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，全面提升鍋爐性能，并保障安全運行。富氧噴嘴是設(shè)計位置、材質(zhì)、形狀以及擴散角等都要結(jié)合鍋爐產(chǎn)品性能以及相關(guān)參數(shù)等進行合理選擇。富氧噴嘴的擴散角通常保持在正負(fù)30度范圍內(nèi)，而結(jié)合富氧噴嘴應(yīng)用環(huán)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(yè)鍋爐當(dāng)中較為適用運用對稱燃燒技術(shù)，尤其在油田系統(tǒng)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(huán)境當(dāng)中。在工業(yè)鍋爐通過運用對稱燃燒技術(shù)，能夠促使?fàn)t膛當(dāng)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(dāng)中運用對稱燃燒技術(shù)，節(jié)油率達(dá)到了平均20%還要高，節(jié)油量達(dá)到了將近3噸/天，并且該技術(shù)運用當(dāng)中排煙全面達(dá)標(biāo)，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(shù)比較適合應(yīng)用在鏈條爐、循環(huán)流化床鍋爐、拋煤機爐、煤粉爐以及沸騰爐等當(dāng)中，通過在相應(yīng)鍋爐當(dāng)中應(yīng)用這些燃燒技術(shù)，能夠促使鍋爐當(dāng)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(dāng)中停留的時間，促使燃燒更加充分，在有效節(jié)約燃料的基礎(chǔ)上提高有效熱量。

將膜法富氧助燃技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)鍋爐當(dāng)中，能夠有效達(dá)到節(jié)能減排作用，并全面提升應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H經(jīng)濟效益以及社會效益。在工業(yè)鍋爐當(dāng)中運用膜法富氧助燃技術(shù)，能夠促使火焰溫度更高，過量空氣系數(shù)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(dá)到節(jié)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(shù)在鍋爐上的應(yīng)用[J]. 廣西節(jié)能,2017(3):32-33.

[2]陳鎮(zhèn)南, 湯巍, 黎桂. 工業(yè)鍋爐高能耗問題分析及節(jié)能減排對策研究[J]. 節(jié)能, 2017, 36(4):66-69.