工業(yè)爐窯富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用實踐

李軍

摘 要：目前在我國工業(yè)爐窯生產(chǎn)領(lǐng)域，仍然存在著大量高能耗，高污染的技術(shù)操作手段，對資源的浪費和環(huán)境的污染造成巨大影響。為了有效緩解傳統(tǒng)爐窯燒制技術(shù)對于環(huán)境和能源帶來的危害，推廣新型節(jié)能環(huán)保的爐窯燒制技術(shù)勢在必行，其中富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛，具有十分光明的發(fā)展前景。文章將對富氧技術(shù)進行系統(tǒng)闡述，以擴大其在爐窯生產(chǎn)中的使用范圍，進一步提高其使用效能。

關(guān)鍵詞：制氧技術(shù)；推廣應(yīng)用；系統(tǒng)改造

1 富氧燃燒技術(shù)作用機理及節(jié)能途徑分析

傳統(tǒng)的爐窯生產(chǎn)技術(shù)多使用煤炭作為燃料來源，其能源消耗量大，在有限的氧氣濃度中難以燃燒充分，造成了能源的極大浪費，生產(chǎn)性價比較低。為了提高工業(yè)爐窯生產(chǎn)效率，富氧燃燒技術(shù)的開發(fā)和推廣無疑為解決能源浪費問題提供了可能性，富氧燃燒技術(shù)具有節(jié)能和環(huán)保的效果，大幅度縮短了爐窯生產(chǎn)的時間，保證爐窯制品的質(zhì)量，更為重要的是，該項技術(shù)通過提高空氣中氧氣的含量從而降低了能耗，提高了能源的利用率。

該技術(shù)的節(jié)能途徑主要體現(xiàn)在如下幾方面：其一，氧氣濃度含量高。該種燃燒技術(shù)使用氧氣替代了傳統(tǒng)空氣作為燃燒媒介，能夠加快燃燒速度，并實現(xiàn)燃料的充分利用；其二，富氧燃燒技術(shù)能夠保持窯內(nèi)溫度在產(chǎn)品加工時間段內(nèi)穩(wěn)定在一定狀態(tài)，持續(xù)進行產(chǎn)品的加工操作，提高產(chǎn)品的性能，同時延長爐窯的使用壽命；其三，該項技術(shù)能夠使燃料徹底的燃燒，降低了煙霧的排放量和濃度，而且還能夠?qū)⑷紵^程中形成的有害氣體循環(huán)利用，明顯降低對周圍環(huán)境的污染。

2 我國爐窯生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展以及應(yīng)用趨勢分析

富氧燃燒技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中較為重要的節(jié)能技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于能源消耗量大的工業(yè)行業(yè)，如鍋爐燃燒，爐窯生產(chǎn)，冶煉工業(yè)等領(lǐng)域。在全球面臨能源危機的今天，各國都在致力于開發(fā)新型節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)，對于我國這樣一個工業(yè)生產(chǎn)大國來講，能源短缺問題直接制約著我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，提高能源利用率，使用節(jié)能生產(chǎn)設(shè)備是保證工業(yè)生產(chǎn)正常運轉(zhuǎn)的重中之重。我國爐窯生產(chǎn)行業(yè)能源消耗量極其可觀，目前在該行業(yè)中主要存在能源燃燒效率低下，溫度控制不當，環(huán)境污染嚴重等問題，為此，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域加大了科研力度，不斷開發(fā)出新型的節(jié)能燃燒技術(shù)。富氧技術(shù)的發(fā)展恰好解決了上述問題，該項技術(shù)在國外得到了非常高的評價，被其稱作能源的再生技術(shù)，我國在爐窯生產(chǎn)過程中也嘗試使用這種新技術(shù)，并取得了初步的效果，但這項技術(shù)的推廣過程由于受到了一些條件的限制，目前并不能大規(guī)模的被工業(yè)企業(yè)所用，仍需要對技術(shù)環(huán)節(jié)進行進一步地改進和完善。

3 常用的制氧方法和制氧技術(shù)介紹

制氧方法的操作原理主要是通過化學或物理方法將空氣中的氧氣進行分離和收集，以此來提高氧氣單位面積的濃度。目前主要的制氧技術(shù)包括壓縮抽取法，冷凝法以及蒸汽膜分離法。壓縮抽取法是對空氣進行分層壓縮處理，根據(jù)氮氣和氧氣的性質(zhì)不同，對氮氣進行優(yōu)先吸收，以達到獲取純氧的目的。冷凝法是通過降低氣體表面溫度，實現(xiàn)氣體的液化處理，由于空氣中的氮分子沸點較低，因此較氧氣分子而言率先蒸發(fā)出去，進而將液化氧氣分子單獨分離出來。上述兩種制氧方法雖然普及范圍廣泛，但由于其技術(shù)操作成本高，實施起來具有一定的難度。蒸汽膜分離法屬于較為新興的制氧技術(shù)，因其操作方法簡單易行，成本低廉，受到企業(yè)的廣泛認可。該種方法是通過利用空氣中各種氣體元素的凝固點不同，導(dǎo)致蒸汽膜吸附的先后順序存在差異，進而達到氧氣分離的目的。膜分離技術(shù)具有其獨特的技術(shù)優(yōu)勢：首先，操作難度低，而且不需要復(fù)雜的處理設(shè)備，操作流程也較為簡單；其次，在進行氣體分離過程中，不會改變氣體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，保證制氧的效果；再次，在能源短缺的情況下，該項技術(shù)可以有效提高制氧的效率，實現(xiàn)能源的替代性效果。

4 富氧燃燒技術(shù)的實際推廣和應(yīng)用

膜法富氧燃燒技術(shù)的推廣應(yīng)用歷經(jīng)數(shù)十年，雖然公眾認可這一節(jié)能技術(shù)，但其推廣應(yīng)用效果卻不甚理想。近年來，為了了解和把握富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵點，采用膜法制氧富氧技術(shù)在全真工業(yè)爐窯上進行了大量的實際模擬氣體燃料的富氧燃燒應(yīng)用研究工作。

4.1 系統(tǒng)改造時應(yīng)注意的問題

該技術(shù)改造在不影響企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件下實施。技術(shù)改造及設(shè)備安裝過程中不影響企業(yè)正常生產(chǎn)；改造中不改變爐窯主體結(jié)構(gòu)，改造所需的專用富氧供風系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相對獨立，系統(tǒng)啟動或停運都不能給原生產(chǎn)工藝帶來影響或造成生產(chǎn)損失。改造以促進燃料燃燒完全、減少系統(tǒng)整體排煙量、減少系統(tǒng)熱損失為目的。保證原生產(chǎn)工藝溫度、工藝時間、工藝曲線、生產(chǎn)產(chǎn)量、加工件產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。

4.2 選用科學合理的系統(tǒng)改造技術(shù)

該技改項目采用的是無損工藝改造，改造以不影響現(xiàn)有生產(chǎn)工藝為主，富氧燃燒與正常供空氣燃燒之間可以隨意切換。改造工藝選擇膜法制氧工藝。增設(shè)系統(tǒng)助燃風局部富氧配風系統(tǒng)，送風氧氣濃度選擇26%～30%。為適應(yīng)富氧配風節(jié)能技術(shù)改造需要，同時改進現(xiàn)有燃燒器燒嘴，但改造需要在整體管路系統(tǒng)安裝完成后，在得到企業(yè)對節(jié)能效果初步認可的的前提下逐一、按順序的對燃燒器燒嘴實施更換。為了驗證改造效果，企業(yè)專門對改造前的燃氣消耗流量做了標記和記錄，同時實施改造項目前后也約請北京市節(jié)能環(huán)保中心對爐窯系統(tǒng)進行了改造前后的熱工測試。

4.3 在進行系統(tǒng)改造設(shè)計時應(yīng)注意的原則

4.3.1 富氧供氣方式設(shè)計為局部式，保證燃料氣體與富氧氣體的最佳預(yù)混效果，發(fā)揮富氧氣體最大優(yōu)勢；根據(jù)設(shè)備平均使用燃氣消耗量，決定選擇富氧氣體膜組件的規(guī)格及富氧供氣濃度。根據(jù)燃氣供氣壓力，設(shè)定富氧氣體供氣壓力計流量。

4.3.2 根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)計整個系統(tǒng)工藝流程及系統(tǒng)布局。為了保證系統(tǒng)布置科學合理，設(shè)備系統(tǒng)選擇集中式一體化結(jié)構(gòu)，設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功能全；保證在使用現(xiàn)場僅需將供氣管路按照設(shè)計聯(lián)接好即可使用。

4.3.3 注意爐窯燃燒氣氛工藝要求，優(yōu)化富氧供氣方式，改造燒嘴結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，保證富氧氣體與燃料氣體的混合均勻，發(fā)揮富氧氣體最大優(yōu)勢。適應(yīng)富氧燃燒技術(shù)要求，注重解決膜法制氧帶來的含氣“汽”量大，氣候溫度適應(yīng)|生差異、設(shè)備保護等問題。

4.4 改造后的系統(tǒng)功能檢驗

按照歷年同期生產(chǎn)情況記錄，實施富氧節(jié)能技術(shù)改造后，節(jié)能效果顯著，單臺爐窯平均每天節(jié)省燃氣1000m3以上。經(jīng)過北京市節(jié)能檢測管理中心檢測，項目綜合節(jié)能率達到12%以上。由于采用了富氧專用燃燒器，爐窯外壁溫度明顯降低。工人作業(yè)環(huán)境得到明顯改變，同時有助于延長爐窯設(shè)備本身的使用壽命。

5 結(jié)束語

富氧爐窯燒制技術(shù)不但大大提高了氧氣的利用率，而且更為重要的是通過氧氣的充足供應(yīng)，極大地提高了爐窯內(nèi)部燒制的溫度，使熱能在短時間之內(nèi)迅速聚集，縮短了爐窯加工的時間，提高了資源的利用率。對于富氧技術(shù)的改進，可以通過改變其設(shè)備結(jié)構(gòu)，控制燒制環(huán)境，變化燃燒氣體比例等途徑來實現(xiàn)，從而進一步提高富氧技術(shù)加工的效果，使這種環(huán)保節(jié)能的加工方法進一步得到推廣和使用。

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