文 尹中升 沈光林 天邦膜技術國家工程研究中心有限責任公司

局部增氧助燃技術應用節(jié)能環(huán)保的新進展

文/尹中升 沈光林 天邦膜技術國家工程研究中心有限責任公司

1 引言

因為能源越來越緊缺，而且環(huán)保要求也越來越嚴格，所以近年來局部增氧助燃技術在節(jié)能環(huán)保方面的應用也越來越廣泛。這是一種適用于各種窯爐的專用富氧噴嘴和“對稱燃燒”、“α型燃燒”、“S型燃燒”等與窯爐、產(chǎn)品和燃料匹配的高新集成技術。該技術不僅避免了整體增氧副作用多、投資巨大等缺點，而且所配富氧量非常少，僅為所需助燃風量的1%～5%,原來爐窯的鼓/引風量均顯著下降。其核心是通過專用富氧噴嘴把高品質富氧送到產(chǎn)品最需要的位置,使燃料在此能充分及時完全地燃燒,同時供給的助燃風量又相對小，從而能傳遞給產(chǎn)品盡可能多的有效熱量，達到節(jié)能環(huán)保等目的。

目前作者開發(fā)的局部增氧助燃技術已取得4件授權專利。有關裝置品種齊全，可配套相當于1000噸鍋爐以下的各種窯爐，主要有撬裝式、集裝箱式、現(xiàn)場組合式、戶外型、防爆型、手動、半自動、全自動及連鎖型，完全能滿足節(jié)能環(huán)保方面的各種需求。該技術已經(jīng)在國內外的30種窯爐中成功應用，平均節(jié)能10.6%，不僅累計給用戶節(jié)省了數(shù)億元人民幣，而且延長爐齡，減少煙塵排放。

本文主要介紹該技術在節(jié)能環(huán)保方面的應用案例、進展情況和發(fā)展前景。

2 局部富氧助炮灰技術案例

案例1：

2007年3月，北京工業(yè)大學的一臺2噸燃柴油鍋爐應用了增氧“對稱燃燒”技術,該爐沒用富氧前的熱效率已經(jīng)高達89.1%，設計富氧量僅為助燃風量的3.5%左右，富氧預熱器放置在煙道內，2組專用富氧噴嘴對稱布置在燃燒器兩側。使用后經(jīng)北京質量技術監(jiān)督局節(jié)能監(jiān)測站對比測試，平均節(jié)油6.1%,正平衡熱效率高達94.5%，排煙處三原子含量提高了4.5%，氧含量下降0.5個百分點，CO下降了51.8%，排煙溫度下降了95℃等。

表1 二加氫主副加熱爐使用富氧前后性能對比

表2 三加氫主副加熱爐使用富氧前后性能對比

案例2：

2006年9月，南陽油田4噸燃煤鍋爐采用了局部增氧“S型燃燒”等集成技術，所配富氧量僅占助燃風量的1.5%左右，富氧通過安裝在煤爐省煤器上方煙道里的富氧預熱器預熱后，由2組錯開布置在鍋爐前后拱兩側的專用富氧噴嘴直接送到爐膛的火焰中心強化燃燒。經(jīng)中石化河南分公司節(jié)能監(jiān)測站對比測試，平均節(jié)煤率高達29.74%，熱效率平均提高15.96個百分點，最高達17.44個百分點。平均負荷提高18.39%，蒸汽壓力提高39%，爐渣可燃物含量下降53.9%,排煙處三原子提高了2.1個百分點，CO下降96.4%，固體沒完全燃燒熱損失下降48.5%等，空氣過剩系數(shù)下降26.9%，綜合效益十分明顯，投資回收期不到一年。

案例3：

2009年，齊魯石化腈綸廠的廢水焚燒爐成功采用膜法富氧局部增氧燃燒技術，采用的是“對稱燃燒”集成技術：不僅凈節(jié)能18.3%，而且爐子的清理周期由過去的3個月延長到5個月左右，同時CO、CO2、NOX和粉塵分別下降71.4%、21.5%、54%和44.7%。用戶通過驗收認為該技術值得在同類爐上推廣應用，因此第二年又在該司烯烴廠的四臺芳烴加熱爐上應用，采用“一拖四”工藝，即一套膜法富氧助燃裝置同時帶4臺爐，既減少投資，又方便管理，設計富氧量僅占助燃風量的3%左右。膜法富氧助燃設備是全自動戶外防爆連鎖型，富氧預熱器是采用耐高溫不銹鋼管現(xiàn)場焊接布置在爐底部,并用耐火材料進行保溫。這些加熱爐均沒有鼓/引風機，自然進風。通過膜法富氧裝置生產(chǎn)的富氧經(jīng)過富氧預熱器預熱到150℃左右后，由24組均布在每個加熱爐的12個燃氣燃燒器附近總體對稱分布的專用富氧噴嘴，這些噴嘴根據(jù)各個燃燒器燃燒狀態(tài)和火焰特性確定相應的安裝角度，把富氧送到產(chǎn)品最需要的地方，達到最佳的節(jié)能環(huán)保目的。在富氧助燃設備運行正常后對加熱爐進行了綜合優(yōu)化，包括進風擋板、排煙擋板及爐壓的優(yōu)化匹配，然后進行了考核標定。芳烴加熱爐主要由二加氫主副加熱爐和三加氫主副加熱爐組成，標定結果參見表1和表2。從表1可以看出，二加氫主副加熱爐平均節(jié)能12.75%，排煙溫度平均下降39.23℃；從表2可以看出，三加氫主副加熱爐平均節(jié)能13.87%，排煙溫度平均下降18.1℃。而且富氧裝置操作簡單、方便并且是全自動控制，601和701加氫加熱爐運行更穩(wěn)定。于2011年7月通過了齊魯石化科技部組織的驗收，并建議在同類裝置上推廣應用，投資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“對稱燃燒”集成技術用于中石油大港石化的大型立式減壓加熱爐上, 該爐已用了陶瓷涂層技術,設計富氧量僅占助燃風量3%左右，膜法富氧助燃設備是全自動戶外防爆連鎖型，可以無人化操作，根據(jù)加熱爐運行情況自動開停。富氧預熱器采用耐高溫不銹鋼管現(xiàn)場焊接，布置在加熱爐的底部,并用耐火材料保溫好，專用富氧噴嘴一共有24組，分別與燃燒器及產(chǎn)品加熱管對稱布置。膜法富氧助燃設備自運行以來非常穩(wěn)定，不需專人看管。為了確保減壓爐生產(chǎn)正常穩(wěn)定和安全運行，鼓/引風機開度慢慢調小，每次僅下降1%左右。經(jīng)過10天左右的調試，鼓風機開度由原來的50%下降到40%左右，引風機開度由原來的75%下降到58%左右，排煙氧含量平均從4.55%優(yōu)化到2.97%，下降了34.7%，CO平均下降了93%。經(jīng)用戶采集DCS數(shù)據(jù)對比，平均節(jié)氣率為5.95%,使用富氧后加熱爐平均反平衡熱效率為90.9%，提高了1.2%，而且減壓爐運行更加穩(wěn)定，具有明顯的節(jié)能環(huán)保效益，投資回收期大概一年左右。

案例5：

2007年12月，作者研發(fā)的全自動戶外防爆連鎖型膜法富氧對稱燃燒系統(tǒng)在大慶油田三廠燃天然氣雙燃燒器加熱爐上使用（見圖1），該爐沒有鼓/引風機，自然進風。設計富氧量占助燃風量的3%左右?，F(xiàn)場主要改造內容如下：在加熱爐煙道上開2個孔安裝富氧預熱器，在2個燃燒器周圍對稱開4個孔安裝專用富氧噴嘴、富氧裝置放置在爐前燃燒室內，從富氧預熱器出來到富氧噴嘴的富氧管路全部保溫，調試時僅把風量、爐壓和煙囪的排煙擋板開度等優(yōu)化到最佳即可，調整后一般不需要再調節(jié)。經(jīng)中國石油天然氣集團公司油田節(jié)能監(jiān)測中心檢測：平均節(jié)氣12.3%，排煙處三原子提高了1.5個百分點，氧含量下降了2.8個百分點，CO下降81.1%,負荷提高了3.3%，正平衡熱效率提高了13.88%，排煙溫度下降35℃，經(jīng)受了-40℃的低溫考驗。

圖1 大慶油田全自動戶外防爆型富氧助燃設備及富氧噴嘴

表3 膜富氧助燃裝置投用前后標定指標對比

中國石油天然氣集團公司油田節(jié)能監(jiān)測中心的測試結果評價認為，此裝置具備如下特點：

①流程簡單、占用空間小、操作容易、實用性強。

②利用煙氣余熱將入爐富氧空氣加熱，使入爐冷空氣相對較少，有效的減少了熱量損失。

③加熱爐運行平穩(wěn)，排煙處煙氣成分相對穩(wěn)定，不忽高忽低，燃燒狀態(tài)好。

④測試表明：該裝置具有一定的節(jié)能效果，能夠使加熱爐降低能耗，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

案例6：

圖2 觸摸屏顯示膜法富氧助燃系統(tǒng)工藝流程現(xiàn)場照片

局部增氧助燃技術在油田注汽爐上使用的比較多，至今已用十多臺，包括燃油、燃煤和燃氣的，主要用于遼河油田和勝利油田，新疆油田也計劃實施。2003年7月在勝利油田孤島采油廠的一臺23t樣板注汽爐上使用了局部增氧對稱燃燒技術及系統(tǒng), 所配富氧量僅占助燃風量的1%左右，富氧通過安裝在注汽爐煙道里的富氧預熱器預熱后由2套對稱布置在燃燒器兩側的專用富氧噴嘴直接送到爐膛的火焰中心強化燃燒。該爐由于使用了多項其它節(jié)能技術,上富氧前的熱效率已經(jīng)高達87.68%,經(jīng)勝利石油管理局能源監(jiān)測站檢測,使用局部增氧對稱燃燒技術后蒸汽壓力提高了0.8MPa,蒸汽溫度提高了15℃，負荷提高了4.1%，正平衡熱效率高達92.28%,提高了5.25%，排煙處氧含量下降了1.3個百分點，CO2提高了0.9個百分點，CO下降89.9%，排煙溫度下降21.5℃，具有明顯的節(jié)能環(huán)保效果，投資回收期大概一年左右。

案例7：

2011年初作者為大連澤鑫電站輔機設備有限公司提供技術支撐，在黃泥川鍋爐房58MW燃煤熱水鍋爐上實施了膜法富氧局部增氧“S型燃燒”集成技術，設計富氧量大概占助燃風量的1.5%左右。現(xiàn)場設備參見圖2，占地10m2左右，非常緊湊，其中卷式富氧膜組件放置在真空泵上方的矩形富氧發(fā)生器里，高效空氣過濾系統(tǒng)放置在室外，電控為全自動。由于該爐沒有省煤器和空氣預熱器，所以列管式富氧預熱器只能放置在煙道尾部，專用富氧噴嘴十幾組交錯布置在煤爐前后拱之間的側墻上。膜富氧助燃裝置用于58MW燃煤熱水鍋爐試運行非常穩(wěn)定。正常運行一周后進行了使用富氧前后72h節(jié)能環(huán)保測試對比標定，從表3可以看出,平均節(jié)煤率為5.4%，達到了設計指標大于3.5%的效果，同時相當于CO2排放降低了5.4%；平均排煙溫度下降了18.9℃；鍋爐平均熱效率提高4.5個百分點；平均排煙氧含量下降2.59個百分點，明顯降低了排煙熱損失；此外CO、NOX和煙塵排放分別下降了83.3%、14.6%和16.4%。不僅節(jié)能、減排效果明顯，而且爐況更加穩(wěn)定。

3 結束語

從文中7組典型應用案例可以看出，使用局部增氧助燃技術均具有明顯的節(jié)能環(huán)保效益，而且富氧設備投資成本低、系統(tǒng)操作簡單、運行可靠，不改動鍋爐或窯爐本體。新老燒煤、油、氣的鍋爐、窯爐均能進行節(jié)能改造，并且設備適應面非常廣，在節(jié)能環(huán)保和節(jié)約資源方面具有廣闊的應用前景。