膜法富氧助燃技术在工业锅炉节能减排中的运用

■张志强

国投晋城热电有限公司

1 前言

膜法富氧主要是结合空气当中不同组分在透过高分子膜的时候相应渗透速率存在的差异性，并使空气当中氧气受到压力差的驱动，优先通过高分子膜，以此得到氧气流量以及浓度都非常稳定的富氧气体。在工业锅炉领域应用膜法富氧助燃技术，能够促使燃料燃烧的更加充分，并对火焰燃烧特性实现优化，热量利用率更高而损失更低，不仅有效节约了燃料，还降低了各种污染物排放量，对节能减排具有重要意义。

2 膜法富氧助燃技术在工业锅炉节能减排中运用的机理

2.1 促使火焰辐射热、温度以及黑度有效提高，并使排烟黑度显著降低

膜法富氧助燃技术在实际使用当中，燃料使用量更少，且污染排放更低。通过富氧助燃，能够大量减少氮气量，并进一步降低了烟气量和空气量，工业锅炉当中能够提升其三原子气体量，通过三原子气体强大的辐射作用，能够促使火焰黑度以及火焰温度在氧气含量不断增加过程中普遍提高，不过这个过程中要避免富氧浓度过高[1]。综合考虑电耗、制氧等相关经济成本，通常将富氧浓度控制在27%至32%之间，如果富氧浓度超过的这个范围，火焰温度虽然会有所增加，但是增加量相对较少，浪费制氧投资，不利于综合效益的增长。

2.2 促使燃烧速度更快、更完全，以此减少污染

在工业锅炉当中应用膜法富氧助燃技术，会有效降低氮气量，促使燃烧反应当中反应物浓度有效提高，活化分析相应碰撞的有效次数也大大增加，这种状态下，燃烧速度将大大加快，能够使燃烧反应更加完全，燃料使用量有效降低，具有较大的节约能源意义。

2.3 燃点温度可以降低

工业锅炉当中使用的燃料其燃点温度并不是固定的常数，其燃点温度和测试方法、燃烧状况、环境温度以及受热温度等都存在一定联系。结合相关调查分析，发现空气环境下的燃料相比纯氧条件下其燃点温度更高，比如空气环境下的一氧化碳其着火点温度是609摄氏度，而纯氧空间下的一氧化碳着火点只有388摄氏度。因此，在工业锅炉当中应用膜法富氧助燃技术能够促使火焰强度有效提高，并提升热量释放量等。

2.4 烟气量有效减少

工业锅炉运行当中，如果通过普通空气进行助燃，那么空气当中大约80%的氮气不仅不能有效的推进助燃，还会将大量热量带走。而通过膜法富氧助燃技术进行助燃，有效降低了氮气含量，这样能够有效促进助燃，且燃料在燃烧之后，相比普通燃烧其烟气量大大降低，促使热效率得到有效提高。

2.5 热量利用率更高

在工业锅炉当中利用膜法富氧助燃技术，能够有效提升热量实际利用效率。如果通过普通空气进行助燃，那么在加热温度达到1300摄氏度的时候，实际能够利用的热量只有42%，但是如果通过26%富氧空气实现助燃操作，此时能够被利用的热量能够达到56%，相比空气助燃热量利用率增长了33%[2]。同时，加热温度也会随着富氧浓度的不断加大而逐步提高，在富氧浓度不断增加过程中，加热温度能够得到更加显著的提高，这样能够有效达到节能效果。

2.6 空气过剩系数更低

在工业锅炉当中运用膜法富氧助燃技术，能够通过局部增加含氧量达到更佳的助燃效果，这种情况下空气当中过剩系数将显著降低。空气过剩系数越高，则烟气量也会越大，同时燃料实际发热值也会逐渐加大，进而导致空气过剩系数加大对烟气量实际影响。

3 工业锅炉节能减排中应用的膜法富氧助燃技术

3.1 富氧喷嘴

所谓富氧喷嘴，指的是对具有压力的相应富氧空气进行有效运输的相关专业喷嘴，在局部增氧助燃技术当中，属于应用的关键。在工业锅炉当中应用富氧喷嘴，能够将富氧添加在对氧气需求最大的位置，以此在保持锅炉原有结构基础上，全面提升锅炉性能，并保障安全运行。富氧喷嘴是设计位置、材质、形状以及扩散角等都要结合锅炉产品性能以及相关参数等进行合理选择。富氧喷嘴的扩散角通常保持在正负30度范围内，而结合富氧喷嘴应用环境，一般会选择耐腐蚀、耐热的非金属或者金属材料，像刚玉、2520以及耐热钢管等。

3.2 对称燃烧

在一般的工业锅炉当中较为适用运用对称燃烧技术，尤其在油田系统热媒炉、注汽炉等圆柱形炉膛且炉壁周围都布满了水冷壁管环境当中。在工业锅炉通过运用对称燃烧技术，能够促使炉膛当中的燃料加强燃烧效率，并且火焰温度也将大大提升，以此全面提升辐射热[3]。比如在某油田一组热媒炉当中运用对称燃烧技术，节油率达到了平均20%还要高，节油量达到了将近3吨/天，并且该技术运用当中排烟全面达标，具有非常突出的综合效益。

3.3 分级燃烧、推迟燃烧、四角燃烧、S型燃烧和α型燃烧

分级燃烧、推迟燃烧、四角燃烧、S型燃烧和α型燃烧等技术比较适合应用在链条炉、循环流化床锅炉、抛煤机炉、煤粉炉以及沸腾炉等当中，通过在相应锅炉当中应用这些燃烧技术，能够促使锅炉当中原来的火焰特性有效加强，并且确保烟气以及燃料能够延长在炉膛当中停留的时间，促使燃烧更加充分，在有效节约燃料的基础上提高有效热量。

将膜法富氧助燃技术应用在工业锅炉当中，能够有效达到节能减排作用，并全面提升应用领域实际经济效益以及社会效益。在工业锅炉当中运用膜法富氧助燃技术，能够促使火焰温度更高，过量空气系数有效降低，燃料燃烧速度更快且更完全，燃烧之后排除的烟气量有效减少，提高热量利用率，以此有效达到节约能源并且减少污染排放的作用。

[1]黄永香. 膜法富氧助燃技术在锅炉上的应用[J]. 广西节能,2017(3):32-33.

[2]陈镇南, 汤巍, 黎桂. 工业锅炉高能耗问题分析及节能减排对策研究[J]. 节能, 2017, 36(4):66-69.