富氧助燃技术.docx
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富氧助燃技术
5000吨水泥生产线
富氧助燃技术方案
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为制造业提供优异的气体设备和气体技术。
公司通过全体合作者，持续不断的努力和点点滴滴的积累，持续不断的创新高质量的，成本有效的，并且保护环境的产品，来赢得市场地位和领导地位，增加产品的附加值，共同实现创业者、客户和相关价值链，各自合理的目标。
制造标准
全套制氧装置设计制造、安装、检验、试验过程中遵循以下标准规范：
序号
标准
名称
1
国家质量技术监督局
压力容器安全技术监察规程
2
GB150-1998
钢制压力容器
3
GB150-89
钢制压力容器相关标准
4
GB150-89
钢制压力容器标准释义
5
GB191-90
包装储运图示标志
6
GB-4706.1-92
家用和类似用途电器的安全通用要求
7
GB699-88
优质碳素结构钢技术条件
8
GB711-65
碳素结构钢和低合金结构热轧厚钢板和钢带
9
GB1225-76
焊条检验、包装和标志
10
GB6654-86
压力容器用碳素钢及普通低合金钢热轧厚钢板
11
GB10893-89
压缩空气干燥规范与试验
12
GB/T13384-92
机电产品包装通用技术要求
13
GB/T13306-91
标牌
14
GB/T12243-91
弹簧直截荷式安全阀
15
GB/T2624-93
流量测量节流装置
16
GB/T4980-95
容积式空气压缩机，噪音功率级的测定——工程法
17
JB2536-95
压力容器油漆，包装和运输
18
JB/T81-90-94
钢制管法兰垫片标准
19
JB4700-4707-92
压力容器法兰标准
20
JB4730-94
压力容器无损探伤
21
GB/T3277-91
一般压缩空气质量等级
22
JB478-92
钢制压力容器焊接工艺评定
23
HG20592-20635-97
钢制管法兰、垫片、紧固件
24
JB1614-83
锅炉受压力元件焊接接头机械性能检验方法
25
ZBJ73032-73035-89
氟利昂制冷装置用辅助设备型式和基本参数
26
ZBJ73036-73039-89
氟利昂制冷装置用辅助设备技术条件
27
ISO8573.1
压缩空气质量等级
29
JB/T4786-2002
封头标准
30
JB/T6427-2001
变压吸附制氧、制氮设备
富氧助燃环保节能成套技术装置
一、概述
1、富氧助燃技术
富氧助燃是一种最新节能环保技术。
近十几年来，随着环保要求的不断提高以及节约能源的需要，富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃发展，有的国家要求全部新增工业窑炉、工业锅炉不得用普通空气助燃，都得用富氧空气助燃，许多发达国家都投入了大量人力物力来研究富氧技术，特别是日本，其通产省就资助组织了旭硝子等七家公司和研究所参加“富氧燃烧技术研究组”。
，由于能源紧张，日本先后有近二十家公司推出富氧装置。
日本政府决定从1990年起，全部工业炉窑，包括：
大型锅炉、工业用的中型锅炉、取暧用的锅炉、船舶动力装置的锅炉等都不得用普通空气助燃，都应用富氧空气助燃。
日本曾在气、油、煤为燃料的不同场合进行了富氧应用试验，得出如下结论：
用23%的富氧助燃可节能10-25%;用25%的富氧助燃可节能20-40%;用27%的富氧助燃则节能高达30-50%等。
我公司吸取了国内外先理技术的精华，弥补其缺陷，经过全体技术员工的努力研制发明了PSA富氧助燃环保节能成套技术装置，填补了国内空白。
富氧流量范围为10Nm3/h--15000Nm3/h。
PSA富氧局部增氧助燃系统是局部增氧技术和助燃技术两者的有机结合。
局部富氧相对于整体增氧而言投资非常少，且富氧加在炉窑中最需要的地方，使燃料在此能充分及时完全地燃烧，从而供给产品尽可能多的有效热量。
局部增氧助燃技术所配富氧量仅为所需空气量的0.5-15%，而原来炉窑的助燃风量亦显著下降。
富氧助燃，不仅能降低燃料燃点，提高燃烧强度和燃烧效率，加快燃烧速度，获得较好的热传导，从而节约能源;同时，由于温度提高，有利于燃烧反应完全，从而减少污染;具有显著的经济效益和社会效益，通常一年内就能收回全部投资。
能源是国民经济的基础，关系着经济社会的可持续发展。
到2020年，国家要求国内生产总值比2000年翻两番，但能源消费只能翻一番。
依靠科技进步降低能耗、节约能源、降低污染已经成为了亟待解决的问题。
随着经济社会的发展，锅炉设备已广泛应用于现代工业的各个部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一。
从量大面广的这个角度来看，除了电力行业以外的各行各业中运行着的主要是中小型低压锅炉，全国目前计有50多万台。
由于我国是以煤为主的能源结构，燃煤锅炉约占80%。
他们的热效率普遍较低，节能潜力很大，而且排放的大量烟尘和有害气体，严重污染了环境。
针对于这种现状，我公司的“富氧燃烧设备”就是一条提高燃烧效率、节约能源、降低污染的有效途径。
当今世界能源短缺，各类化石能源价格大幅攀升，很多耗能大户企业效益大大降低，严重束缚了企业长远发展，尤其是使用锅炉的企业现象更为明显，因此提高能源利用率、降低能源消耗成为提高企业效益的必然之路。
对于化石能源主要以燃烧利用为主，各类燃烧器发展以日臻成熟，从燃烧方式上提高燃料利用率以很难再有所作为，而从燃烧的反应速率及燃烧程度上仍有很大节能潜力。
一般的燃烧器均以空气为助燃剂，其中占近80%的N2为燃烧的惰性气体，对燃烧起钝化和稀释作用。
如何能够提高助燃剂的氧气含量，成为了提高燃烧效率的一个关键。
而我公司的增氧助燃装备正好可以解决这个问题，提高燃烧效率。
二.富氧燃烧节能特性
1.火焰温度大幅度提高
2007年，我公司与浙江大学环境科学研究所合作，共同完成《锅炉增氧助燃燃烧实验与理论研究》项目。
设计及研制出锅炉增氧助燃燃烧实验台，并在实验台进行了一系列增氧助燃的热工特性及燃烧特性实验。
其实验研究表明当使用常规空气做助燃剂（含氧量21%）时，火焰温度为2200℃；而当助燃气含氧量增加时，火焰温度可大幅增加。
众所周知锅炉的主要传热方式是辐射传热，而锅炉内的温度越高，辐射传热的效率也随之升高。
2.惰性成分的氮气浓度大大降低
空气中氮气约占80%，在燃烧过程中，氮气不参与燃烧，相当于稀释了助燃气氧气浓度，对燃烧起到了钝化的作用，同时在排烟时带走了大量的热。
而辐射传热中以三原子分子为主，氮气为双原子分子辐射传热的效率低下。
采用富氧空气助燃时，降低了氮气含量，使氧气含量相对提高，即使燃烧更加充分，又减少了排烟量，降低了排烟热损失。
三.富氧燃烧环保特性
1.富氧燃烧减少硫化物的排放
煤是我国最主要的能源之一，在一次能源消费量中占75%。
但是煤直接燃烧产生的是引起酸雨的主要原因。
1995年我国超过美国成为世界第一大排放国，每年由于酸雨造成的损失超过1000亿元人民币。
在煤的燃烧过程中，95%以上的硫转化成。
如何清洁高效的利用煤已成为我国面临的主要问题之一。
含硫化合物主要指SO2、SO3和H2S等，其中SO2的来源广、数量最大，是影响和破坏全世界范围大气质量的最主要的气态污染物，而工业生产和生活中的煤燃烧是最大的SO2排放源。
众所周知，在燃煤锅炉上采用富氧助燃过程能有效的提高火焰温度、促进反应完全、提高热量利用率、减少烟气排放量。
与此同时富氧的加入也改变了燃料煤燃烧的方式和条件，对硫化物的形成也有很大的影响。
在煤燃烧时，温度大约在1400℃左右，煤中所含的S和H2S被氧化，生成SO2.同时煤中还含有大量的Mg2+和Ca2+离子化合物，这时候在1400℃和C作催化剂的条件下将发生如下反应：
SO2+Ca2++O2→CaSO4,采用富氧燃烧增加了氧浓度，促使反应向右进行，降低了烟气中的SO2浓度，这样起到了固硫作用。
燃料中较多的灰量，在富氧气氛下具有催化氧化SO2的作用，进而生产SO3，同样引起烟气中SO2浓度降低。
火焰温度越高，氧原子的浓度越大，越有利于于SO2+O2→SO3向正方向进行，使SO2转化成SO3，再用水膜除尘器便可除去SO3，从而降低SO2的排放。
S和H2S与氧气的反应方程式如下：
H2S+O2=H2O+SO2
S+O2=SO2
我们知道控制烟气中硫的排放量，可采用燃料预先脱硫、燃烧中控制脱硫和烟气脱硫三种措施。
综上所述，富氧助燃在提高炉温、促进反应完全、降低能耗的同时，还起到了“燃烧中控制脱硫”的功效，引起烟气中二氧化硫浓度降低，有利于减少与控制二氧化硫污染物的排放，因此具有显著的经济效益和社会效益
2.富氧助燃降低烟气黑度
烟即是固体微粒在尾气中悬浮而成，包括目视不可见及可见的微粒。
碳烟不但污染环境，防碍视线，其中的某些万分进入人体后还可能成为致癌因素。
煤炭在燃烧时，首先是挥发份的析出，当挥发份在局部高温缺氧情况下，经过裂解和聚合会形成碳烟。
碳烟量随过量空气系数的下降而上升。
燃烧与空气混不良、超负荷运转及空气滤清器堵塞等均会产生大量碳烟。
采用富氧空气助燃后，在炉内形成了一个富氧气氛，使挥发份的燃烧更加充分，从而大大减少了游离碳的形成，既提高了燃烧效率，也减少了烟气黑度。
2、富氧燃烧技术用于节能和根治污染的原理。
2.1提高火焰温度和黑度
因氮气量减少，空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热等，如当空气中氧气的浓度为25%时，火焰的黑度经计算为0.2245,增加的程度约6%，同时水泥回转窑燃烧带火焰对物料的辐射传热量提高的程度约为20.4%。
但富氧浓度不宜过高，一般富氧浓度在26-33%时为最佳，因为富氧浓度再高时，火焰温度增加较少，而制氧投资等费用猛增，综合效益反而下降，参见图1富氧浓度与火焰温度及相对效益的关系。
2.2加快燃烧速度，促进燃烧完全，从而根治污染
燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4.2倍，天然气则高达10.7倍左右，故用富氧助燃，不仅能提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由于温度提高了，将有利于燃烧反应完全，从而在根本上消除污染。
2.3降低燃料的燃点温度和燃尽时间
燃料的燃点温度不是一个常数，它与燃烧状况、受热速度、环境温度等有关，如CO在空气中的为609℃，在纯氧中仅388℃,所以用富氧助燃能降低燃料的燃点，提高火焰强度、增加释放热量等。
2.4减少燃烧后的烟气量
用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不助燃，还要带走大量的热量。
如用富氧助燃，氮气量要减少，故燃烧后的排气量亦减少，一般氧浓度每增加1％，烟气量约下降2-4.5%，从而提高燃烧效率等。
2.5增加热量利用率
富氧助燃，对热量的利用率会有所提高，如用普通空气助燃，当炉膛温度为1300℃时，其可利用的热量为42%，而用26%富氧空气助燃时，可利用的热量为56%。
可利用热量增加了33%，而且富氧浓度越大，加快温度越高，所增加的比例就越明显，因此节能效果就越好。
2.6降低空气过剩系数
用富氧代替空气助燃，可适当降低空气过剩系数，这样燃料消耗就相应减少，从而节约能源。
日本节能中心技术部长小西二郎在工业窑炉节能措施中，着重于降低空气过剩系数的研究。
如他在一台热处理炉中经多次试验，将空气过剩系数从1.7降到1.2,平均节能达13.3%。
在我们应用的数套局部增氧助燃系统中，
空气过剩系数一般降低0.2-0.8。
3最佳富氧浓度的确定
国内外的研究均表明，富氧浓度在26-31%时为最佳，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，但随着富氧浓度的不断增加，火焰温度增加不很明显，见图2-富氧浓度与火焰温度的关系
4、锅炉热效率分析
1、锅炉热效率提高：
公式：
η2=100-∑q=〔q2+q3+q4+q5+q6〕
式中：
η2—锅炉反平衡热效率 %
q2—排烟热损失%
q3—气体不完全燃烧热损失%
q4—固体不完全燃烧热损失%
q5—散热损失%
q6—灰渣物理热损失%
从锅炉热平衡热效率公式中可看出，锅炉热效率的高低取决于它的五种热损失的大小，分别是1、排烟损失q2，2、气体不完全燃烧热损失q3，3、固体不完全燃烧热损失q4，4、散热损失q5，5、灰渣物理热损失q6。
其中排烟损失q2和固体不完全燃烧热损失q4，是正转链条锅炉热损失的最大两项，它们之和占总损失的80%以上。
2、排烟热损失q2
公式：
q2=
×100%
式中：
q2—排烟热损失%
Ipr—排烟热焓KJ/kg
I1k—理论冷空气热焓KJ/kg
avr—排烟处空气过剩系数
q4—固体不完全燃烧热损失%
Qr—输入热量KJ/kg
从公式中可看出，排烟热损失q2的大小，取决于排烟温度的高低和排出烟气量的大小，改造后的富氧燃烧锅炉，可减少一次风的风量，使过剩空气系数合理，这样就能减少烟气的大量排出。
烟气带走的热量就大大的降低，排烟热损失就小。
3、气体不完全燃烧热损失q3
公式：
q3=
式中：
q3—气体不完全燃烧热损失%
Vr1—排烟处烟气损失m3/kg
Q4—固体不完全燃烧损失%
Qr—输入热量KJ/kg
H2—烟气中氢气容积百分数%
CH4—烟气中甲烷容积百分数%
CO—烟气中一氧化碳容积百分数%
气体不完全燃烧损失q3，从公式中可看出，主要取决于排烟处烟气容积和可燃气体，改造后的富氧燃烧锅炉，可燃气体得到充分燃烧，炉膛温度高，用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不参与助燃，还要带走大量的热量。
一般氧浓度每增加1%，烟气量约下降2～4.5%，所以气体不完全燃烧损失q3也就小。
从而能提高燃烧效率。
4、固体不完全燃烧热损失q4
公式：
q4=
式中：
q4—固体不完全热损失%
A7—入炉煤灰份%
Qr—输入热量%
afh—炉渣占燃料灰百分比%
a1m—漏煤占燃料灰百分比%
A1z—飞灰占燃料灰百分比%
Cfh—炉渣含碳量%
C1m—漏煤含碳量%
C1z—飞灰含碳量%
固体不完全燃烧损失q4，取决于炉渣、漏煤、飞灰的量和含碳量。
改造后的富氧燃烧锅炉，煤在炉内的着火线与燃尽线都提前。
燃煤在距离挡渣器1米处就燃尽，排除的灰渣含碳可保证在15%以下，如果好煤种（挥发份高、热值高）调节得当，灰渣含碳量可低于10%以下，甚至更低，加上燃烧工况好，炉膛温度高、飞灰中含碳量就大大的降低，因而降低了固体不完全燃烧热损失，提高了锅炉热效率。
5、灰渣物理热损失q6
灰渣物理热损失q6，取决于灰渣温度，改造后的富氧燃烧锅炉，由于炉膛温度高，煤在炉内的着火线与燃尽线都提前，灰渣在炉排上能充分燃烧，燃尽段增长（燃煤在距离挡渣器1米处就燃尽），灰渣温度低。
因此灰渣物理热损失就小，提高了锅炉热效率。
富氧助燃环保节能技术成套装置是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氧快捷、开关方便、无污染等优点。
接上电源即可供氧，可广泛运用。
锅炉系列：
工业燃煤锅炉、蒸汽锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、垃圾焚烧炉。
窑炉系列：
玻璃窑炉、水泥窑、陶瓷窑、金属冶炼炉，以及燃油、燃气发电机组等。
设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。
我公司均设有专门的气体领域应用研究队伍，产品范围广，除了涉及工业气体及装置外，其边缘产品及服务获得了较大的市场份额。
由于能源越来越紧缺、环保要求越来越严格，相信不久的将来变压吸附制氧的富氧助燃技术的应用会越来越广，发展前景十分广阔。
5000Nm3/hPSA-1000制氧技术方案
水泥（窑头风）
客户参数：
窑头一次风量：
99.3m3/min,即99.3×60×0.85=5000Nm3/h
技术指标
1.氧气产量:
≥1000Nm3/h
2.氧气纯度:
≥93±2%
3.氧气出口压力:
15KPa
4.占地面积：
15m×10m
5.与贵公司现有的风机风量混合，氧浓度达到35%±1
两个吸附塔按程序交替工作，即可实现连续分离空气得到产品氧气。
1、装置公用工程的额定配置及消耗
1）、公用工程的额定配置及消耗表
序号
项目
规格要求
单位
装机功率
（KW）
使用情况
备注
1
电
220V50HZ
KWh/h
5
连续
照明、仪表用电
10KV
KWh/h
2201台
连续
鼓风机用
10KV
KWh/h
4001台
连续
真空泵用
380V50HZ
KWh/h
7.51台
连续
仪表用气
2
循环水
30℃，0.3MPa
t/h
5
连续
循环量为10t/h
2）、动力设备装机容量：
AC10KV/380V640KW
AC220V5KW（仪表、照明用电）
3）、供电要求：
1）低压电源:
（交流单相/三相四线制，中心点直接接地）
电压380V±5%频率:
50Hz±0.5Hz
电压220V±5%频率:
50Hz±0.5Hz
4）、仪表空气用量：
1）空压机
BLT-10A功率7.5KW
排气量：
1.0Nm3/min
工作压力：
0.7MPA
2、装置技术特点
1）制氧流程具有开停车速度快（小于20分钟）、操作简单、维护费用低。
2）吸附压力低，流程短，空气温升小，对吸附剂性能影响小，能耗低。
3）我公司特殊的工艺流程，一塔产氧，一塔抽真空，抽真空过程保持连续进行，比传统流程大大地提高了风机和真空泵效率，节能效果明显。
4）采用新型制氧分子筛，可以提高产氧能力和降低耗能，单位耗能可以低于0.54KWh/Nm3；
5）吸附器设计气流分布均匀，可靠的分子筛压紧系统，防止分子筛磨损，大大提高吸附剂使用寿命；
6）采用气动程控阀门，起闭速度快，无故障次数100万以上，密封寿命不小于两年；
7）选用DCS和PLC控制系统，便于设置和监控，以保证装置的长期、稳定、可靠运行；
8）装有数显氧气分析仪，对氧气纯度可长期连续检测；
9）组合撬装式底盘设计，运输安装方便。
一、鼓风系统
鼓风机选用长沙鼓风机厂规格型号：
ARMG-350
（包括空气入口消声器，换热器等）
1
处理气量：
200Nm3/min
2
工作压力：
49Kpa
3
功率：
220KW
4
口径:
DN350
二、真空系统
真空泵规格型号：
ARG-450W
（包括密封水箱、过滤器、流量监控系统等）
1
处理气量：
360m3/min
2
压力：
-53.2Kpa
3
额定功率：
400KW
口径：
DN450
三、切换阀门系统
包括仪表气空压机、压缩空气罐、无热干燥器和空气过滤器等
名称
规格型号
数量
生产厂家
切换蝶阀
DN450
4台
耐莱斯
切换蝶阀
DN400
4台
耐莱斯
切换蝶阀
DN250
4台
耐莱斯
切换蝶阀
DN200
2台
耐莱斯
调节蝶阀
DN80
4台
耐莱斯
四、吸附系统
名称
规格型号
数量
吸附器
VPSA-1000
2台
氧气缓冲罐
CG-30
2台
氧气平衡器
CG-30
2台
分离消音器
￠800mm
2只
换热器
立管式￠800mm
2只
入口过滤器
1000×1000mm
2只
入口缓冲罐
￠1000mm
2只
五、仪控系统：
名称
规格型号
数量
PLC系统
控制柜、电源、PLC控制器、显示仪表、编程软件等（包括温度、压力、流量、纯度显示）
1套
六、电控系统
名称
规格型号
数量
AH1进线柜
KYN28A-12
1只
AH2母线PT柜
KYN28A-12
1只
AH2真空泵启动柜
KYN28A
1只
AH2鼓风机启动柜
KYN28A
1只
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