水泥行業(yè)應(yīng)加快應(yīng)用膜法富氧燃燒技術(shù)

  當(dāng)前，節(jié)能減排、低碳發(fā)展已成為我國生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效的必由之路。國務(wù)院辦公廳日前印發(fā)了“今明兩年節(jié)能減排、低碳發(fā)展行動方案”，確保全面完成“十二五”節(jié)能減排和降碳目標(biāo)。方案明確提出要加快建設(shè)節(jié)能降碳工程，狠抓重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳，加快工業(yè)節(jié)能降碳，加快先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用等要求。

  與之相呼應(yīng)的是，3月20日科技部發(fā)布了“節(jié)能減排與低碳技術(shù)成果轉(zhuǎn)化推廣清單（第一批）”，共4大類19項(xiàng)技術(shù)成果。適用于水泥行業(yè)有3項(xiàng)，排在首位的就是近年來頗受關(guān)注的“水泥膜法富氧燃燒技術(shù)”。其成果提供方為山東煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司和中國建筑材料科學(xué)研究總院。

  為此，記者近日專門走訪了科技部推廣清單中“水泥膜法富氧燃燒技術(shù)”成果提供方之一的山東煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司。

  煙臺華盛自2006年起專注于研究膜法富氧燃燒節(jié)能技術(shù)，是國內(nèi)首家將膜法富氧燃燒節(jié)能裝備大型化、產(chǎn)業(yè)化，并成功應(yīng)用于大型工業(yè)項(xiàng)目的企業(yè)，目前該技術(shù)已在日產(chǎn)5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線得到成功應(yīng)用。并且已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利，于2009年12月通過技術(shù)成果鑒定。專家鑒定委員會認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)成果水平已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。2010年7月，此項(xiàng)技術(shù)被山東省政府授予優(yōu)秀節(jié)能成果獎(jiǎng)，被列入“十二五”期間第一批山東省重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備推廣產(chǎn)品。近幾年其膜法富氧燃燒技術(shù)經(jīng)過不斷完善，已實(shí)現(xiàn)第三代技術(shù)更新，達(dá)到了國際同類技術(shù)先進(jìn)水平。

  認(rèn)識膜法富氧燃燒技術(shù)

  據(jù)了解，富氧燃燒技術(shù)起源于美國，興起在德國，發(fā)展在日本。上世紀(jì)90年代，日本引進(jìn)該技術(shù)，政府介入推廣，包括工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐、船用鍋爐等告別了空氣燃燒，采用富氧燃燒，普及率接近50%。目前世界許多國家都在推廣使用該項(xiàng)技術(shù)。

  現(xiàn)代制氧方式分三種：深冷法制氧，氧濃度為99%；變壓吸附法制氧，氧濃度為93%；膜法制氧，氧濃度小于40%。氧濃度大于93%的氣體稱為全氧，氧濃度大于21%、小于40%的氣體稱為富氧。由于膜法制氧最經(jīng)濟(jì)，裝備投資少，且制氧濃度只有30%，明火點(diǎn)不著，安全可靠，所以膜法制氧技術(shù)常用于燃燒領(lǐng)域。

  據(jù)煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司董事長姜政華介紹，自然狀態(tài)下，燃燒需要消耗氧氣，缺氧會導(dǎo)致熱效率下降。正常狀態(tài)下空氣中氧氣含量約為20.9％，氮?dú)夂考s為79％，這一結(jié)構(gòu)對于燃燒并非最佳比例。常規(guī)燃燒中空氣僅有20.9%的氧氣參與燃燒過程，而79%的氮?dú)鈩t要吸收大量燃燒反應(yīng)放出的熱量，并作為煙氣排出，造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。富氧助燃節(jié)能裝置正是為燃燒提供一種富氧環(huán)境，通過強(qiáng)化燃燒，降低空氣過剩系數(shù)和排煙溫度，提高燃燒效率，使燃料在富氧燃燒中極大地轉(zhuǎn)化成熱能。與傳統(tǒng)空氣燃燒相比，工業(yè)爐窯采用這項(xiàng)技術(shù)一般節(jié)能率可達(dá)5%~15%，噸水泥熟料二氧化碳排放量約降低16千克~33千克。膜法富氧燃燒作為一種新興的燃燒技術(shù)在世界各國蓬勃發(fā)展，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，結(jié)束了千百年來僅靠空氣助燃的歷史，被西方發(fā)達(dá)國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”、燃燒領(lǐng)域的“二次革命”。

  膜法制氧，富氧氣體膜分離技術(shù)是利用滲透的原理，即分子通過膜向化學(xué)勢降低的方向運(yùn)動，首先運(yùn)動至膜的外表面層上，并溶解于膜中，然后在膜的內(nèi)部擴(kuò)散至膜的內(nèi)表面層解吸，其推動力為膜兩側(cè)的該氣體分壓差，由于混合氣體中不同組分的氣體通過膜時(shí)的速度不同，從而達(dá)到氣體分離、回收提純氣體。通俗點(diǎn)說，膜法制氧好比一張紙上涂了高分子膜，空氣從這邊投進(jìn)，從另一邊穿過去，出來就是富氧。制造原理簡單，操作也方便。

  膜法富氧燃燒技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用情況

  膜法富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，包括外燃類鍋爐、水泥爐窯、玻璃爐窯、石灰爐窯、垃圾焚燒爐等，內(nèi)燃類的柴油機(jī)、氣油機(jī)等都可以使用。

  2009年8月，煙臺華盛首臺應(yīng)用于石灰回轉(zhuǎn)窯膜法富氧燃燒裝置，在濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)耐火材料有限責(zé)任公司投入運(yùn)行，這也是我國在燃用煤粉、輕燒白云石回轉(zhuǎn)窯上首次使用富氧燃燒技術(shù)。經(jīng)運(yùn)行測試，該公司Ф3×52米回轉(zhuǎn)窯在不增加燃料前提下爐膛火焰溫度升高109℃，窯尾溫度升高106℃，排煙溫度下降14℃，產(chǎn)品產(chǎn)量增加12.34%，噸產(chǎn)品煤耗下降5公斤~10公斤，節(jié)煤率達(dá)到5%~8%。

  2011年4月1日，國內(nèi)首臺應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯的“MZYR-2500局部全富氧助燃節(jié)能項(xiàng)目”在山東煙臺海洋水泥有限公司1000t/d生產(chǎn)線投入運(yùn)行。對比測試表明，在不增加燃料前提下，回轉(zhuǎn)窯火焰溫度相對提高180℃~220℃，平均達(dá)到200℃，可節(jié)約燃煤11.19%，節(jié)能率達(dá)到10.03%，水泥回轉(zhuǎn)窯單臺年節(jié)煤達(dá)5169噸。

  2012年8月，天瑞集團(tuán)汝州水泥有限公司一條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，配套運(yùn)行煙臺華盛MZYR-12000膜法富氧燃燒裝置。經(jīng)供需雙方聯(lián)合在線對比測試，及第三方在線對比測試表明：窯內(nèi)傳熱狀況改善，燃料燃燒時(shí)間縮短，提高了燃料完全燃燒程度；窯內(nèi)火焰溫度提高150℃，二次風(fēng)溫度提高100℃，回轉(zhuǎn)窯節(jié)煤率達(dá)到8.18%以上，節(jié)能率為9.08%；同時(shí)熟料質(zhì)量穩(wěn)定，熟料28天抗壓強(qiáng)高提高2.8MPa；回轉(zhuǎn)窯操作運(yùn)行穩(wěn)定并有提高產(chǎn)量能力；窯內(nèi)熱負(fù)荷穩(wěn)定，窯皮平穩(wěn)；余熱發(fā)電裝置運(yùn)行未受影響；大氣排放的主要指標(biāo)呈下降趨勢，NO_X濃度降低15.64%，SO₂濃度降低7.71%，煙氣流速降低2.28%，總煙氣排放量減少。

  另外，膜法富氧燃燒技術(shù)已在天津、河北、山東、山西、四川等地得到應(yīng)用。

  近年來，全國大范圍出現(xiàn)的霧霾天氣困擾著人們，而以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)、城市機(jī)動車尾氣排放等是產(chǎn)生霧霾的主要原因。當(dāng)前，我國水泥工業(yè)還面臨著前所未有的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，膜法富氧燃燒技術(shù)作為目前工業(yè)爐窯節(jié)能減排的重要技術(shù)手段，此項(xiàng)技術(shù)在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用，不僅有著重大的現(xiàn)實(shí)意義，還將推動我國水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒步入新的歷史階段。