水泥行业应加快应用膜法富氧燃烧技术

  当前，节能减排、低碳发展已成为我国生态文明建设的重要内容和促进经济提质增效的必由之路。国务院办公厅日前印发了“今明两年节能减排、低碳发展行动方案”，确保全面完成“十二五”节能减排和降碳目标。方案明确提出要加快建设节能降碳工程，狠抓重点领域节能降碳，加快工业节能降碳，加快先进技术的推广应用等要求。

  与之相呼应的是，3月20日科技部发布了“节能减排与低碳技术成果转化推广清单（第一批）”，共4大类19项技术成果。适用于水泥行业有3项，排在首位的就是近年来颇受关注的“水泥膜法富氧燃烧技术”。其成果提供方为山东烟台华盛燃烧设备工程有限公司和中国建筑材料科学研究总院。

  为此，记者近日专门走访了科技部推广清单中“水泥膜法富氧燃烧技术”成果提供方之一的山东烟台华盛燃烧设备工程有限公司。

  烟台华盛自2006年起专注于研究膜法富氧燃烧节能技术，是国内首家将膜法富氧燃烧节能装备大型化、产业化，并成功应用于大型工业项目的企业，目前该技术已在日产5000t/d新型干法水泥生产线得到成功应用。并且已经获得国家发明专利，于2009年12月通过技术成果鉴定。专家鉴定委员会认为，该项技术成果水平已达到国内领先水平。2010年7月，此项技术被山东省政府授予优秀节能成果奖，被列入“十二五”期间第一批山东省重点节能技术产品和设备推广产品。近几年其膜法富氧燃烧技术经过不断完善，已实现第三代技术更新，达到了国际同类技术先进水平。

  认识膜法富氧燃烧技术

  据了解，富氧燃烧技术起源于美国，兴起在德国，发展在日本。上世纪90年代，日本引进该技术，政府介入推广，包括工业炉窑、工业锅炉、船用锅炉等告别了空气燃烧，采用富氧燃烧，普及率接近50%。目前世界许多国家都在推广使用该项技术。

  现代制氧方式分三种：深冷法制氧，氧浓度为99%；变压吸附法制氧，氧浓度为93%；膜法制氧，氧浓度小于40%。氧浓度大于93%的气体称为全氧，氧浓度大于21%、小于40%的气体称为富氧。由于膜法制氧最经济，装备投资少，且制氧浓度只有30%，明火点不着，安全可靠，所以膜法制氧技术常用于燃烧领域。

  据烟台华盛燃烧设备工程有限公司董事长姜政华介绍，自然状态下，燃烧需要消耗氧气，缺氧会导致热效率下降。正常状态下空气中氧气含量约为20.9％，氮气含量约为79％，这一结构对于燃烧并非最佳比例。常规燃烧中空气仅有20.9%的氧气参与燃烧过程，而79%的氮气则要吸收大量燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出，造成环境污染和能源浪费。富氧助燃节能装置正是为燃烧提供一种富氧环境，通过强化燃烧，降低空气过剩系数和排烟温度，提高燃烧效率，使燃料在富氧燃烧中极大地转化成热能。与传统空气燃烧相比，工业炉窑采用这项技术一般节能率可达5%~15%，吨水泥熟料二氧化碳排放量约降低16千克~33千克。膜法富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃发展，在许多领域得到广泛应用，结束了千百年来仅靠空气助燃的历史，被西方发达国家称为“资源的创造性技术”、燃烧领域的“二次革命”。

  膜法制氧，富氧气体膜分离技术是利用渗透的原理，即分子通过膜向化学势降低的方向运动，首先运动至膜的外表面层上，并溶解于膜中，然后在膜的内部扩散至膜的内表面层解吸，其推动力为膜两侧的该气体分压差，由于混合气体中不同组分的气体通过膜时的速度不同，从而达到气体分离、回收提纯气体。通俗点说，膜法制氧好比一张纸上涂了高分子膜，空气从这边投进，从另一边穿过去，出来就是富氧。制造原理简单，操作也方便。

  膜法富氧燃烧技术国内应用情况

  膜法富氧燃烧技术应用范围广泛，包括外燃类锅炉、水泥炉窑、玻璃炉窑、石灰炉窑、垃圾焚烧炉等，内燃类的柴油机、气油机等都可以使用。

  2009年8月，烟台华盛首台应用于石灰回转窑膜法富氧燃烧装置，在济南钢铁集团耐火材料有限责任公司投入运行，这也是我国在燃用煤粉、轻烧白云石回转窑上首次使用富氧燃烧技术。经运行测试，该公司Ф3×52米回转窑在不增加燃料前提下炉膛火焰温度升高109℃，窑尾温度升高106℃，排烟温度下降14℃，产品产量增加12.34%，吨产品煤耗下降5公斤~10公斤，节煤率达到5%~8%。

  2011年4月1日，国内首台应用于水泥回转窑的“MZYR-2500局部全富氧助燃节能项目”在山东烟台海洋水泥有限公司1000t/d生产线投入运行。对比测试表明，在不增加燃料前提下，回转窑火焰温度相对提高180℃~220℃，平均达到200℃，可节约燃煤11.19%，节能率达到10.03%，水泥回转窑单台年节煤达5169吨。

  2012年8月，天瑞集团汝州水泥有限公司一条5000t/d新型干法水泥生产线，配套运行烟台华盛MZYR-12000膜法富氧燃烧装置。经供需双方联合在线对比测试，及第三方在线对比测试表明：窑内传热状况改善，燃料燃烧时间缩短，提高了燃料完全燃烧程度；窑内火焰温度提高150℃，二次风温度提高100℃，回转窑节煤率达到8.18%以上，节能率为9.08%；同时熟料质量稳定，熟料28天抗压强高提高2.8MPa；回转窑操作运行稳定并有提高产量能力；窑内热负荷稳定，窑皮平稳；余热发电装置运行未受影响；大气排放的主要指标呈下降趋势，NO_X浓度降低15.64%，SO₂浓度降低7.71%，烟气流速降低2.28%，总烟气排放量减少。

  另外，膜法富氧燃烧技术已在天津、河北、山东、山西、四川等地得到应用。

  近年来，全国大范围出现的雾霾天气困扰着人们，而以燃煤为主的能源结构、城市机动车尾气排放等是产生雾霾的主要原因。当前，我国水泥工业还面临着前所未有的节能减排和环境保护的双重压力，膜法富氧燃烧技术作为目前工业炉窑节能减排的重要技术手段，此项技术在水泥行业的推广应用，不仅有着重大的现实意义，还将推动我国水泥回转窑燃烧步入新的历史阶段。