局部增氧助燃技术应用节能环保的新进展

文 尹中升 沈光林 天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司

局部增氧助燃技术应用节能环保的新进展

文/尹中升 沈光林 天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司

1 引言

因为能源越来越紧缺，而且环保要求也越来越严格，所以近年来局部增氧助燃技术在节能环保方面的应用也越来越广泛。这是一种适用于各种窑炉的专用富氧喷嘴和“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”等与窑炉、产品和燃料匹配的高新集成技术。该技术不仅避免了整体增氧副作用多、投资巨大等缺点，而且所配富氧量非常少，仅为所需助燃风量的1%～5%,原来炉窑的鼓/引风量均显著下降。其核心是通过专用富氧喷嘴把高品质富氧送到产品最需要的位置,使燃料在此能充分及时完全地燃烧,同时供给的助燃风量又相对小，从而能传递给产品尽可能多的有效热量，达到节能环保等目的。

目前作者开发的局部增氧助燃技术已取得4件授权专利。有关装置品种齐全，可配套相当于1000吨锅炉以下的各种窑炉，主要有撬装式、集装箱式、现场组合式、户外型、防爆型、手动、半自动、全自动及连锁型，完全能满足节能环保方面的各种需求。该技术已经在国内外的30种窑炉中成功应用，平均节能10.6%，不仅累计给用户节省了数亿元人民币，而且延长炉龄，减少烟尘排放。

本文主要介绍该技术在节能环保方面的应用案例、进展情况和发展前景。

2 局部富氧助炮灰技术案例

案例1：

2007年3月，北京工业大学的一台2吨燃柴油锅炉应用了增氧“对称燃烧”技术,该炉没用富氧前的热效率已经高达89.1%，设计富氧量仅为助燃风量的3.5%左右，富氧预热器放置在烟道内，2组专用富氧喷嘴对称布置在燃烧器两侧。使用后经北京质量技术监督局节能监测站对比测试，平均节油6.1%,正平衡热效率高达94.5%，排烟处三原子含量提高了4.5%，氧含量下降0.5个百分点，CO下降了51.8%，排烟温度下降了95℃等。

表1 二加氢主副加热炉使用富氧前后性能对比

表2 三加氢主副加热炉使用富氧前后性能对比

案例2：

2006年9月，南阳油田4吨燃煤锅炉采用了局部增氧“S型燃烧”等集成技术，所配富氧量仅占助燃风量的1.5%左右，富氧通过安装在煤炉省煤器上方烟道里的富氧预热器预热后，由2组错开布置在锅炉前后拱两侧的专用富氧喷嘴直接送到炉膛的火焰中心强化燃烧。经中石化河南分公司节能监测站对比测试，平均节煤率高达29.74%，热效率平均提高15.96个百分点，最高达17.44个百分点。平均负荷提高18.39%，蒸汽压力提高39%，炉渣可燃物含量下降53.9%,排烟处三原子提高了2.1个百分点，CO下降96.4%，固体没完全燃烧热损失下降48.5%等，空气过剩系数下降26.9%，综合效益十分明显，投资回收期不到一年。

案例3：

2009年，齐鲁石化腈纶厂的废水焚烧炉成功采用膜法富氧局部增氧燃烧技术，采用的是“对称燃烧”集成技术：不仅净节能18.3%，而且炉子的清理周期由过去的3个月延长到5个月左右，同时CO、CO2、NOX和粉尘分别下降71.4%、21.5%、54%和44.7%。用户通过验收认为该技术值得在同类炉上推广应用，因此第二年又在该司烯烃厂的四台芳烃加热炉上应用，采用“一拖四”工艺，即一套膜法富氧助燃装置同时带4台炉，既减少投资，又方便管理，设计富氧量仅占助燃风量的3%左右。膜法富氧助燃设备是全自动户外防爆连锁型，富氧预热器是采用耐高温不锈钢管现场焊接布置在炉底部,并用耐火材料进行保温。这些加热炉均没有鼓/引风机，自然进风。通过膜法富氧装置生产的富氧经过富氧预热器预热到150℃左右后，由24组均布在每个加热炉的12个燃气燃烧器附近总体对称分布的专用富氧喷嘴，这些喷嘴根据各个燃烧器燃烧状态和火焰特性确定相应的安装角度，把富氧送到产品最需要的地方，达到最佳的节能环保目的。在富氧助燃设备运行正常后对加热炉进行了综合优化，包括进风挡板、排烟挡板及炉压的优化匹配，然后进行了考核标定。芳烃加热炉主要由二加氢主副加热炉和三加氢主副加热炉组成，标定结果参见表1和表2。从表1可以看出，二加氢主副加热炉平均节能12.75%，排烟温度平均下降39.23℃；从表2可以看出，三加氢主副加热炉平均节能13.87%，排烟温度平均下降18.1℃。而且富氧装置操作简单、方便并且是全自动控制，601和701加氢加热炉运行更稳定。于2011年7月通过了齐鲁石化科技部组织的验收，并建议在同类装置上推广应用，投资回收期大概一年左右。

案例4：

2011年作者首次把膜法富氧局部增氧“对称燃烧”集成技术用于中石油大港石化的大型立式减压加热炉上, 该炉已用了陶瓷涂层技术,设计富氧量仅占助燃风量3%左右，膜法富氧助燃设备是全自动户外防爆连锁型，可以无人化操作，根据加热炉运行情况自动开停。富氧预热器采用耐高温不锈钢管现场焊接，布置在加热炉的底部,并用耐火材料保温好，专用富氧喷嘴一共有24组，分别与燃烧器及产品加热管对称布置。膜法富氧助燃设备自运行以来非常稳定，不需专人看管。为了确保减压炉生产正常稳定和安全运行，鼓/引风机开度慢慢调小，每次仅下降1%左右。经过10天左右的调试，鼓风机开度由原来的50%下降到40%左右，引风机开度由原来的75%下降到58%左右，排烟氧含量平均从4.55%优化到2.97%，下降了34.7%，CO平均下降了93%。经用户采集DCS数据对比，平均节气率为5.95%,使用富氧后加热炉平均反平衡热效率为90.9%，提高了1.2%，而且减压炉运行更加稳定，具有明显的节能环保效益，投资回收期大概一年左右。

案例5：

2007年12月，作者研发的全自动户外防爆连锁型膜法富氧对称燃烧系统在大庆油田三厂燃天然气双燃烧器加热炉上使用（见图1），该炉没有鼓/引风机，自然进风。设计富氧量占助燃风量的3%左右。现场主要改造内容如下：在加热炉烟道上开2个孔安装富氧预热器，在2个燃烧器周围对称开4个孔安装专用富氧喷嘴、富氧装置放置在炉前燃烧室内，从富氧预热器出来到富氧喷嘴的富氧管路全部保温，调试时仅把风量、炉压和烟囱的排烟挡板开度等优化到最佳即可，调整后一般不需要再调节。经中国石油天然气集团公司油田节能监测中心检测：平均节气12.3%，排烟处三原子提高了1.5个百分点，氧含量下降了2.8个百分点，CO下降81.1%,负荷提高了3.3%，正平衡热效率提高了13.88%，排烟温度下降35℃，经受了-40℃的低温考验。

图1 大庆油田全自动户外防爆型富氧助燃设备及富氧喷嘴

表3 膜富氧助燃装置投用前后标定指标对比

中国石油天然气集团公司油田节能监测中心的测试结果评价认为，此装置具备如下特点：

①流程简单、占用空间小、操作容易、实用性强。

②利用烟气余热将入炉富氧空气加热，使入炉冷空气相对较少，有效的减少了热量损失。

③加热炉运行平稳，排烟处烟气成分相对稳定，不忽高忽低，燃烧状态好。

④测试表明：该装置具有一定的节能效果，能够使加热炉降低能耗，实现经济运行。

案例6：

图2 触摸屏显示膜法富氧助燃系统工艺流程现场照片

局部增氧助燃技术在油田注汽炉上使用的比较多，至今已用十多台，包括燃油、燃煤和燃气的，主要用于辽河油田和胜利油田，新疆油田也计划实施。2003年7月在胜利油田孤岛采油厂的一台23t样板注汽炉上使用了局部增氧对称燃烧技术及系统, 所配富氧量仅占助燃风量的1%左右，富氧通过安装在注汽炉烟道里的富氧预热器预热后由2套对称布置在燃烧器两侧的专用富氧喷嘴直接送到炉膛的火焰中心强化燃烧。该炉由于使用了多项其它节能技术,上富氧前的热效率已经高达87.68%,经胜利石油管理局能源监测站检测,使用局部增氧对称燃烧技术后蒸汽压力提高了0.8MPa,蒸汽温度提高了15℃，负荷提高了4.1%，正平衡热效率高达92.28%,提高了5.25%，排烟处氧含量下降了1.3个百分点，CO2提高了0.9个百分点，CO下降89.9%，排烟温度下降21.5℃，具有明显的节能环保效果，投资回收期大概一年左右。

案例7：

2011年初作者为大连泽鑫电站辅机设备有限公司提供技术支撑，在黄泥川锅炉房58MW燃煤热水锅炉上实施了膜法富氧局部增氧“S型燃烧”集成技术，设计富氧量大概占助燃风量的1.5%左右。现场设备参见图2，占地10m2左右，非常紧凑，其中卷式富氧膜组件放置在真空泵上方的矩形富氧发生器里，高效空气过滤系统放置在室外，电控为全自动。由于该炉没有省煤器和空气预热器，所以列管式富氧预热器只能放置在烟道尾部，专用富氧喷嘴十几组交错布置在煤炉前后拱之间的侧墙上。膜富氧助燃装置用于58MW燃煤热水锅炉试运行非常稳定。正常运行一周后进行了使用富氧前后72h节能环保测试对比标定，从表3可以看出,平均节煤率为5.4%，达到了设计指标大于3.5%的效果，同时相当于CO2排放降低了5.4%；平均排烟温度下降了18.9℃；锅炉平均热效率提高4.5个百分点；平均排烟氧含量下降2.59个百分点，明显降低了排烟热损失；此外CO、NOX和烟尘排放分别下降了83.3%、14.6%和16.4%。不仅节能、减排效果明显，而且炉况更加稳定。

3 结束语

从文中7组典型应用案例可以看出，使用局部增氧助燃技术均具有明显的节能环保效益，而且富氧设备投资成本低、系统操作简单、运行可靠，不改动锅炉或窑炉本体。新老烧煤、油、气的锅炉、窑炉均能进行节能改造，并且设备适应面非常广，在节能环保和节约资源方面具有广阔的应用前景。