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富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用

   日期:2016-04-21     来源:绿色节能网    浏览:7    

  一、概述

  通常空气中氧的含量为20.93%、氮为78.1%及少量惰性气体等,在昆明地区空气中氧的含量约为20.8%,在燃烧过程中只占有空气总量的1/5左右的氧参与燃烧,而占空气总量约4/5的氮和其他惰性气体非但不助燃,反而将随烟气带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93%的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧给燃烧提供了足够的氧气,使可燃物充分燃烧,减少了固体不完

  目前富氧可以通过深冷分离法、变压吸附法及膜分离法获得。膜法富氧技术是近年发展的非常适合各种锅炉、窖炉做助燃用途的高新技术,它具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资较少等特点,被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。

  二、膜法富氧原理

  膜法富氧是利用空气中各组分透过富氧膜时的渗透速率不同,在压力差驱使下,使空气中的氧气优先通过而得到富氧空气。膜法富氧助燃系统包括空气过滤器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、真空表、调节阀、气水分离器、除湿增压电控系统、富氧预热器和喷嘴。

  三、富氧燃烧分析

  助燃空气中氧浓度越高,燃料燃烧越完全,但富氧浓度太高,会导致火焰温度太高而降低炉膛受热面的寿命,同时制氧投资等费用增高,综合效益反而下降,因此国内外研究均表明,助燃空气富氧浓度一般在26~30%时为最佳。

  1、据测试氧含量增加4-5%,火焰温度可升高200-value="300" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">300℃。火焰温度的升高,促进整个炉膛温度的上升,炉堂受热物质更容易获得热量,热效率大幅提高。

  2、燃料在空气中燃烧与在纯氧中的燃烧速度相差甚大,如氢气在空气中的燃烧速度最大为value="280" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">280cm/s,在纯氧中为value="1175" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">1175cm/s,是在空气中的4.2倍,天然气则高达10.7倍。富氧助燃,可以使燃烧强度提高、燃烧速度加快,从而获得较好的热传导,使燃料燃烧的更完全。

  3、燃料的燃点温度不是一个常数,它与燃烧状况、受热速度、富氧用量、环境温度等密切相关,如CO在空气中为value="609" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">609℃,在纯氧中仅value="388" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">388℃,所以用富氧助燃能降低燃料燃点,提高火焰强度、减小火焰尺寸、增加释放热量等。

  4、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%,从而能提高燃烧效率。

  5、如用普通空气助燃,当炉膛温度为value="1300" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">1300℃时,其可利用的热量为42%;而用26%的富氧空气助燃时,可利用热量为56%,热量利用率可增加14%。

  6、排烟温度每降低12-value="15" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">15℃,可降低排烟热损失约1%,用富氧代替空气助燃,可减少一次风量,降低了空气的过剩系数,减少了排烟量降低了排烟热损失。

  四、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

  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

  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

  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value="1" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">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。

  针对不同的炉型,确定整体富氧助燃或局部增氧助燃方式,经现场考察综合评估后,配备专用系列富氧喷嘴,区别采用“梯度燃烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”、“四角燃烧”等与炉窑、燃料及产品等相匹配的高新燃烧技术,关键是将富氧送到最需氧的地方,并合理调整锅炉给风系统。对玻璃窑炉和陶瓷窑炉,实施改造和调试更简单,可以不停窑安装。

  五、富氧助燃装置节能效果及其特点

  对玻璃窑炉和陶瓷窑炉,可节能8-15%,提高产量5-10%,且产品质量等级均有提高;对工业锅炉,可节能5-15%,提高锅炉出力10%以上,减少环境污染,尤其是在燃油炉上使用富氧,节能和环保效益更好,项目的投资回收期不到一年。

  局部增氧助燃技术非常符合中国国情,设备投资成本低,系统操作简单,运行可靠,能耗只有0.11kW.h/Nm3富氧,膜组件部分使用寿命可达8-10年,占地面积只需几平方米,安装周期仅需一周左右,不改动锅炉或窑炉本体,对新老烧煤、油、气的锅炉、窑炉均能改造,设备适应面非常广。

  应用范围

  锅炉系列:工业燃煤锅炉、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。

  由于能源越来越紧缺、环保要求越来越严格,相信不久的将来膜法富氧助燃技术的应用会越来越广,发展前景十分广阔。

  六、成功案例

  大连油脂化学厂30吨燃油锅炉配置300-350Nm3/h富氧量,节约燃油8.25%。

  江苏阜宁化肥厂20吨燃煤链条发电锅炉配置150-200Nm3/h富氧量,平均节煤达11.04%。

  山东泰山玻璃纤维股份有限公司在泰安本部的全部八座单元窑实测节能10.53%。

  南洋油田4吨燃煤锅炉平均节煤29.74%,热效率提高15.59%,平均负荷提高17.96%,蒸汽压力提高39%。

 
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