工业炉窑富氧燃烧技术的应用实践

李军

摘 要：目前在我国工业炉窑生产领域，仍然存在著大量高能耗，高污染的技术操作手段，对资源的浪费和环境的污染造成巨大影响。为了有效缓解传统炉窑烧制技术对于环境和能源带来的危害，推广新型节能环保的炉窑烧制技术势在必行，其中富氧燃烧技术的应用尤为广泛，具有十分光明的发展前景。文章将对富氧技术进行系统阐述，以扩大其在炉窑生产中的使用范围，进一步提高其使用效能。

关键词：制氧技术；推广应用；系统改造

1 富氧燃烧技术作用机理及节能途径分析

传统的炉窑生产技术多使用煤炭作为燃料来源，其能源消耗量大，在有限的氧气浓度中难以燃烧充分，造成了能源的极大浪费，生产性价比较低。为了提高工业炉窑生产效率，富氧燃烧技术的开发和推广无疑为解决能源浪费问题提供了可能性，富氧燃烧技术具有节能和环保的效果，大幅度缩短了炉窑生产的时间，保证炉窑制品的质量，更为重要的是，该项技术通过提高空气中氧气的含量从而降低了能耗，提高了能源的利用率。

该技术的节能途径主要体现在如下几方面：其一，氧气浓度含量高。该种燃烧技术使用氧气替代了传统空气作为燃烧媒介，能够加快燃烧速度，并实现燃料的充分利用；其二，富氧燃烧技术能够保持窑内温度在产品加工时间段内稳定在一定状态，持续进行产品的加工操作，提高产品的性能，同时延长炉窑的使用寿命；其三，该项技术能够使燃料彻底的燃烧，降低了烟雾的排放量和浓度，而且还能够将燃烧过程中形成的有害气体循环利用，明显降低对周围环境的污染。

2 我国炉窑生产技术发展以及应用趋势分析

富氧燃烧技术是工业生产中较为重要的节能技术之一，广泛应用于能源消耗量大的工业行业，如锅炉燃烧，炉窑生产，冶炼工业等领域。在全球面临能源危机的今天，各国都在致力于开发新型节能生产技术，对于我国这样一个工业生产大国来讲，能源短缺问题直接制约着我国工业生产的发展，提高能源利用率，使用节能生产设备是保证工业生产正常运转的重中之重。我国炉窑生产行业能源消耗量极其可观，目前在该行业中主要存在能源燃烧效率低下，温度控制不当，环境污染严重等问题，为此，工业生产领域加大了科研力度，不断开发出新型的节能燃烧技术。富氧技术的发展恰好解决了上述问题，该项技术在国外得到了非常高的评价，被其称作能源的再生技术，我国在炉窑生产过程中也尝试使用这种新技术，并取得了初步的效果，但这项技术的推广过程由于受到了一些条件的限制，目前并不能大规模的被工业企业所用，仍需要对技术环节进行进一步地改进和完善。

3 常用的制氧方法和制氧技术介绍

制氧方法的操作原理主要是通过化学或物理方法将空气中的氧气进行分离和收集，以此来提高氧气单位面积的浓度。目前主要的制氧技术包括压缩抽取法，冷凝法以及蒸汽膜分离法。压缩抽取法是对空气进行分层压缩处理，根据氮气和氧气的性质不同，对氮气进行优先吸收，以达到获取纯氧的目的。冷凝法是通过降低气体表面温度，实现气体的液化处理，由于空气中的氮分子沸点较低，因此较氧气分子而言率先蒸发出去，进而将液化氧气分子单独分离出来。上述两种制氧方法虽然普及范围广泛，但由于其技术操作成本高，实施起来具有一定的难度。蒸汽膜分离法属于较为新兴的制氧技术，因其操作方法简单易行，成本低廉，受到企业的广泛认可。该种方法是通过利用空气中各种气体元素的凝固点不同，导致蒸汽膜吸附的先后顺序存在差异，进而达到氧气分离的目的。膜分离技术具有其独特的技术优势：首先，操作难度低，而且不需要复杂的处理设备，操作流程也较为简单；其次，在进行气体分离过程中，不会改变气体的性质和结构，保证制氧的效果；再次，在能源短缺的情况下，该项技术可以有效提高制氧的效率，实现能源的替代性效果。

4 富氧燃烧技术的实际推广和应用

膜法富氧燃烧技术的推广应用历经数十年，虽然公众认可这一节能技术，但其推广应用效果却不甚理想。近年来，为了了解和把握富氧燃烧技术的应用关键点，采用膜法制氧富氧技术在全真工业炉窑上进行了大量的实际模拟气体燃料的富氧燃烧应用研究工作。

4.1 系统改造时应注意的问题

该技术改造在不影响企业现有生产条件下实施。技术改造及设备安装过程中不影响企业正常生产；改造中不改变炉窑主体结构，改造所需的专用富氧供风系统和控制系统相对独立，系统启动或停运都不能给原生产工艺带来影响或造成生产损失。改造以促进燃料燃烧完全、减少系统整体排烟量、减少系统热损失为目的。保证原生产工艺温度、工艺时间、工艺曲线、生产产量、加工件产品质量不受影响。

4.2 选用科学合理的系统改造技术

该技改项目采用的是无损工艺改造，改造以不影响现有生产工艺为主，富氧燃烧与正常供空气燃烧之间可以随意切换。改造工艺选择膜法制氧工艺。增设系统助燃风局部富氧配风系统，送风氧气浓度选择26%～30%。为适应富氧配风节能技术改造需要，同时改进现有燃烧器烧嘴，但改造需要在整体管路系统安装完成后，在得到企业对节能效果初步认可的的前提下逐一、按顺序的对燃烧器烧嘴实施更换。为了验证改造效果，企业专门对改造前的燃气消耗流量做了标记和记录，同时实施改造项目前后也约请北京市节能环保中心对炉窑系统进行了改造前后的热工测试。

4.3 在进行系统改造设计时应注意的原则

4.3.1 富氧供气方式设计为局部式，保证燃料气体与富氧气体的最佳预混效果，发挥富氧气体最大优势；根据设备平均使用燃气消耗量，决定选择富氧气体膜组件的规格及富氧供气浓度。根据燃气供气压力，设定富氧气体供气压力计流量。

4.3.2 根据现场实际情况设计整个系统工艺流程及系统布局。为了保证系统布置科学合理，设备系统选择集中式一体化结构，设备系统结构紧凑、功能全；保证在使用现场仅需将供气管路按照设计联接好即可使用。

4.3.3 注意炉窑燃烧气氛工艺要求，优化富氧供气方式，改造烧嘴结构和材质，保证富氧气体与燃料气体的混合均匀，发挥富氧气体最大优势。适应富氧燃烧技术要求，注重解决膜法制氧带来的含气“汽”量大，气候温度适应|生差异、设备保护等问题。

4.4 改造后的系统功能检验

按照历年同期生产情况记录，实施富氧节能技术改造后，节能效果显著，单台炉窑平均每天节省燃气1000m3以上。经过北京市节能检测管理中心检测，项目综合节能率达到12%以上。由于采用了富氧专用燃烧器，炉窑外壁温度明显降低。工人作业环境得到明显改变，同时有助于延长炉窑设备本身的使用寿命。

5 结束语

富氧炉窑烧制技术不但大大提高了氧气的利用率，而且更为重要的是通过氧气的充足供应，极大地提高了炉窑内部烧制的温度，使热能在短时间之内迅速聚集，缩短了炉窑加工的时间，提高了资源的利用率。对于富氧技术的改进，可以通过改变其设备结构，控制烧制环境，变化燃烧气体比例等途径来实现，从而进一步提高富氧技术加工的效果，使这种环保节能的加工方法进一步得到推广和使用。

参考文献

[1]张郁，翟强.燃气锅炉使用富氧燃烧初探[J].冶金能源，2012（3）：35-36.

[2]沈光林.制约局部增氧助燃技术在节能减排中应用的因数分析[J].节能，2013（3）：8-10.

[3]路宁，孙鹤，刘新华.富氧燃烧技术应用探讨[J].节能，2012（6）：38-40.