9月25日，由中國水泥網(wǎng)主辦、中國聯(lián)合水泥集團有限公司特別主辦、淄博市魯中耐火材料有限公司特別協(xié)辦的“2013中國水泥節(jié)能技術(shù)交流大會”在山東濟南成功召開，大會邀請到行業(yè)內(nèi)眾多知名企業(yè)家、專家、學(xué)者共聚一堂，總結(jié)和分享國內(nèi)多年水泥節(jié)能技術(shù)發(fā)展成果，將對水泥行業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展以及實現(xiàn)“十二五”綠色GDP發(fā)展目標(biāo)產(chǎn)生深遠影響。會上煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司董事長姜政華作了題為《膜法制氧技術(shù)在干法水泥爐窯應(yīng)用前景展望》的主題報告，就膜法制氧技術(shù)在水泥爐窯中的應(yīng)用和前景作了詳細的講解，全文如下：

 煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司董事長姜政華

　　一、國外膜法制氧助燃技術(shù)的發(fā)展

　　膜法制氧助燃技術(shù)源于美國；70年代末，富氧氣體分離膜法制氧技術(shù)是由美國孟山都公司發(fā)明，首先應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上；1983年美國康寧公司率先在溶化爐采用全富氧燃燒技術(shù)，獲得成功。

　　興起在德國；上世紀八十年代末，林德公司開始批量生產(chǎn)膜法制氧助燃設(shè)備。

日本松下電器工業(yè)有限公司50Nm3/h 板式富氧膜組件

　　發(fā)展在日本；上世紀九十年代，日本引進該技術(shù)，并且政府介入。從1996始，日本政府規(guī)定，所有的工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐，包括船用鍋爐都不能用空氣助燃，必須用富氧助燃。從而帶動世界許多國家全面推廣采用膜法制氧助燃技術(shù)。

　　前蘇聯(lián)、俄羅斯、英國、法國、捷克等國家均有膜法制氧用于助燃的報道。

日本松下電器工業(yè)有限公司250Nm3/h 制氧系統(tǒng)

日本第二代富氧產(chǎn)品

　　日本膜法制氧助燃技術(shù)的應(yīng)用

　　日本曾在以氣、油、煤為燃料的不同場合進行了富氧應(yīng)用試驗，得出如下結(jié)論：用23％的全富氧助燃可節(jié)能10-25％；用25%的全富氧助燃可節(jié)能20-40％；用27%的全富氧助燃則節(jié)能高達30-50％等。

　　綜上所述，燃料在氧濃度26%的全富氧燃燒下，運行最經(jīng)濟，節(jié)能效果最明顯。

　　二、應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域的制氧方法及概況

　　深冷空分技術(shù)：始于1903年，高爐煉鋼主要采用（深冷法）富氧噴煤技術(shù)，已有將近一個世紀的歷史，綜合節(jié)能效益非常顯著。至今是鋼鐵廠標(biāo)配的主流工藝技術(shù)，現(xiàn)建鋼廠必建制氧車間。

　　變壓吸附制氧技術(shù)：發(fā)明于1958年，上世紀70年代應(yīng)用在燃燒領(lǐng)域。20世紀90年代我國把高爐富氧噴煤作為發(fā)展鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗的重點改造項目，在冶金行業(yè)推廣使用。

　　膜法制氧技術(shù)：上世紀70年代興起，1983年美國康寧公司率先應(yīng)用在燃燒領(lǐng)域，在熔化爐采用全富燃燒技術(shù)并成功。

　　膜法制氧技術(shù)是成熟的技術(shù)，為提供富氧空氣用于燃燒領(lǐng)域開辟了一條新途徑。特別是對回轉(zhuǎn)窯需要大流量富氧空氣，膜法制氧是最安全、投資量少，且安裝簡單，操作方便靈活，使用壽命長，維修費用低，為我國工業(yè)爐窯應(yīng)用膜法制氧開辟出一條全新的道路。

　　三、膜法制氧技術(shù)原理

　　膜法制氧技術(shù)是利用滲透的原理，即氧分子通過膜向化學(xué)勢降低的方向運動，首先運動至膜的外表面層上，并溶解于膜中，然后在膜的內(nèi)部擴散至膜的內(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的速度不同，氧分子優(yōu)先通過分離膜從而達到提純富氧氣體的目的，稱作膜法制氧，氧濃度一般在30％左右。氧濃度大于21%、小于40%的氣體稱為富氧。

　　四、膜法制氧工藝流程

　　膜法制氧助燃節(jié)能裝置是由：1.空氣凈化器、2.離心通風(fēng)機、3.大型集成化膜組件、4.真空泵、5.脫濕裝置6、穩(wěn)壓裝置、7.增壓風(fēng)機、8.系統(tǒng)管路、9.自動化控制操作系統(tǒng)等組成的。

　　五、膜法制氧-富氧助燃技術(shù)節(jié)能原理

富氧條件下的爐內(nèi)各有關(guān)溫度的變化及傳熱量的變化

　　富氧助燃技術(shù)是近代燃燒的新突破，它是使燃料中的揮發(fā)份和沒燃盡的碳粒子在富氧中充分燃燒，在不增加燃料的前提下，火焰溫度提高100～350℃，使燃燒速度加快，熱輻射迅速增強的技術(shù)。該技術(shù)強化燃燒，降低空氣過量系數(shù)，降低燃燒后的排氣量和粉塵量，降低二氧化碳，提高燃燒效率，使燃料在富氧燃燒中極大的轉(zhuǎn)化成熱能，工業(yè)爐窯或工業(yè)鍋爐采用該技術(shù)后，一般節(jié)能率在5～15%，設(shè)備投資回收期短，經(jīng)濟效益或社會效益是巨大的。發(fā)達國家稱該技術(shù)為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”，并已經(jīng)在燃燒的各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　六、膜法制氧的安全性

　　膜法制氧的過程是純物理過程，無相變等，常溫低壓下靜態(tài)制氧，制取的氧氣純度約為30%，制氧本身的安全性好，30%以下的富氧已在近百年的富氧燃燒工程案例中證明是安全可靠的，無需按照氧氣站建設(shè)規(guī)范建設(shè)、無需采用氧用介質(zhì)的輸送設(shè)備，無需脫脂處理，無任何安全隱患。

　　七、膜法制氧與變壓吸附制氧應(yīng)用于水泥行業(yè)的使用壽命對比與參考

　　大多數(shù)人常誤認為膜分離器的膜材料不如變壓吸附的分子篩耐用，是因為不了解兩種材料對應(yīng)環(huán)境下的工業(yè)設(shè)計條件。實際上，無論膜法制氧的膜分離材料還是變壓吸附的分子篩（吸附劑），都是一種分離材料，其壽命都對應(yīng)于實際使用的環(huán)境，在不同的環(huán)境下材料具有不同的使用壽命。工業(yè)設(shè)計中，均需對環(huán)境污染條件進行必要的過濾設(shè)計，以高效過濾措施方可滿足其長效的使用壽命。

　　眾所周知，在水泥工業(yè)高濃度的粉塵污染環(huán)境中，水泥粉是高堿性的粉塵污染物，具有3微米的正態(tài)分布中徑，工業(yè)設(shè)計過程中，將使用嚴格的過濾措施方可保證材料的長效使用壽命。

　　膜法制氧是靜態(tài)制氧。經(jīng)不斷的研發(fā)與改進，且長期的應(yīng)用實踐證明，多級高效過濾器祛除粉塵污染物之后的膜材料具有10年以上的超長使用壽命。而且膜法制氧的分離過程是錯流的，其空氣通道與富氧通道是分開的，因不斷輸入的空氣會將沉積在膜分離材料表面的粉塵在空氣通道帶走從而形成一個穩(wěn)定的狀態(tài)，這并不影膜法制氧過程的使用。通俗的說，膜法制氧的過程的粉塵污染是有進有出，最終達到平衡而不影響使用。即使存在的一定量的粉塵污染，當(dāng)10年后達到富氧膜達到其設(shè)計壽命時，沉積下較多的粉塵也可以通過現(xiàn)場清洗措施使得制氧設(shè)備恢復(fù)其大部分性能。

　　變壓吸附制氧過程是動態(tài)制氧，無論雙塔還是多塔，需要很多閥門進行切換，可靠性與膜法制氧相比要差的多，閥門需要定期維護密封件。分子篩一般具有5～10年的使用壽命，維護成本較膜法制氧系統(tǒng)高。變壓吸附的分子篩即使采用了嚴格的粉塵過濾，因無法截留100%的粉塵，而且氣流通過吸附分離床中裝填的分子篩制氧，這相當(dāng)于一個死端過濾過程，不斷進入的微粒類粉塵將嚴重堵塞分子篩的空氣流道。通俗的說，變壓吸附過程的粉塵污染是有進無出或者有進少量的出，最終影響床層的壓差與分離性能，直至分離性能喪失?？梢院敛豢鋸埖恼f，在水泥工業(yè)，無論將變壓吸附制氧過程的羅茨鼓風(fēng)機帶入的水泥粉塵過濾到什么程度，都將有部分粉塵進入吸附床層，堵塞分子篩空氣通道，這一過程是無法克服的。

　　比如，一套1000m3/h，90%的變壓吸附制氧設(shè)備，需要加工的空氣量是12000m3/h，即使過濾到含塵量0.5 mg/m3計（工業(yè)過程實際上難以達到這一水平），1年累積進入的粉塵將達到：

　　0.5 mg/m3×12000m3/h×24h×330天/年=47.52kg/年

　　床層將以年40多千克的粉塵累積，結(jié)合分子篩吸附的水分，與水泥的高堿性（水溶解平衡后的堿性將達到PH值為13）將嚴重的破壞分子篩，降低其性能指標(biāo)。

　　而如果需要維護，則需要大動干戈去更換，甚至無法在制造廠按照通常的活化手段來恢復(fù)其性能。

　　因此，相比較而言，膜法制氧更適宜干法水泥爐窯。

　　八、膜法制氧的可操作性

　　膜法制氧控制過程簡單，泵開即開，泵停即停，本身無需控制，圍繞回轉(zhuǎn)窯進行富氧燃燒時設(shè)計的控制過程主要是機泵的保護、連鎖、故障報警以及流體分配，對結(jié)合水泥窯富氧燃燒進行富氧純度、流量調(diào)節(jié)時，僅需簡單的改變真空泵的轉(zhuǎn)速和真空度參數(shù)即可滿足純度與流量的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程連續(xù)供氧，無需緩沖容積。

　　九、膜法制氧對改造主體設(shè)備的安全性影響

　　膜法制氧直接自空氣中制取純度約為30%富氧，系統(tǒng)自開機1分鐘即可達到供氧純度，無需儲存環(huán)節(jié)，無需混合空氣，可直接入爐，沒有因混合空氣環(huán)節(jié)帶來的安全性風(fēng)險，不會對窯爐、噴槍、燃燒器等造成損害。使用更安全，并且也因為膜法制氧過程開機迅速，更有利于與窯爐的使用做更安全的無損工藝切換。

　　十、膜法制取富氧氣體的特性

　　膜法制氧過程有效的回收了動力設(shè)備的壓縮能，其制取的是120℃左右的富氧，大量熱態(tài)富氧空氣折算等量功率，其制取能量消耗遠低于變壓吸附方法，可大幅節(jié)約運行成本。

　　十一、膜法制氧富氧助燃技術(shù)開辟了水泥爐窯節(jié)能減排的新篇章

　　水泥產(chǎn)業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排的重點和難點，其節(jié)能減排效果對完成我國能源消耗目標(biāo)、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。

　　膜法制氧富氧助燃節(jié)能技術(shù)的誕生，就可稱為能源科技革命的突破性進展。作為近代燃燒技術(shù)創(chuàng)新的一次重大突破，它較好的解決了窯爐燃燒中因缺氧導(dǎo)致熱效率低下的問題，并減少煙氣的排出，實現(xiàn)了節(jié)約能源和保護環(huán)境，被譽為燃燒領(lǐng)域的“二次革命”，發(fā)達國家稱之為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。

2011年4月，煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司研發(fā)生產(chǎn)的全國首臺MZYR-2500膜法制氧富氧助燃節(jié)能裝置在煙臺海洋水泥有限公司投入運行。

2012年，煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司研發(fā)生產(chǎn)的MZYR-12000膜法制氧富氧助燃節(jié)能裝置在河南天瑞集團汝州水泥日產(chǎn)5000噸的水泥回轉(zhuǎn)窯上投入試運行。

目前，都江堰拉法基水泥有限公司、棗莊中聯(lián)水泥有限公司業(yè)正在安裝調(diào)試期間。

　　十二、目前存在的問題

　　新型干法水泥生產(chǎn)線應(yīng)用膜法制氧富氧助燃節(jié)能裝置，采用富氧煅燒工藝，比用空氣煅燒節(jié)能減排效果明顯、毋容置疑，但為何采用富氧助燃技術(shù)的爐窯節(jié)能效果有時出現(xiàn)反復(fù)。主要有以下原因：

　　1. 干法水泥爐窯的監(jiān)測儀表、窯操軟件都是按空氣煅燒工藝設(shè)計。自動化程度越高，調(diào)整越難。

　　2. 現(xiàn)有的窯操員都是按空氣煅燒工藝培養(yǎng)出來的。

　　3. 現(xiàn)有的熟料煅燒工藝都是按空氣煅燒制定的。

　　4. 有時爐窯大修，更換燃燒器、羅茨風(fēng)機和煤種原因造成的。

　　如果干法水泥爐窯采用富氧煅燒工藝，需要調(diào)整二次風(fēng)溫，燒成帶的監(jiān)測儀表的位置（因為采用富氧燃燒火焰長度變短，現(xiàn)有的監(jiān)測儀表位置布置不準，顯示不出真實溫度）；操窯員應(yīng)按富氧煅燒工藝操作，工藝部門應(yīng)修改熟料富氧煅燒工藝，調(diào)整操作規(guī)程，鞏固提高富氧煅燒的節(jié)能效果。

　　十三、前景展望

　　據(jù)統(tǒng)計，截至2012年底，我國新型干法水泥生產(chǎn)線達到1637條，設(shè)計熟料產(chǎn)能達16億噸。如果這些生產(chǎn)線全部采用目前膜法制氧富氧助燃節(jié)能技術(shù)，按照節(jié)煤10%計，年可節(jié)煤1997.55萬噸，每噸標(biāo)煤按980元計，全年可節(jié)約資金195.76億元人民幣。減少煙氣排放量163199.84萬Nm3，減少排放二氧化碳4993.88萬噸。如果新型干法水泥生產(chǎn)線采用膜法制氧全富氧助燃節(jié)能技術(shù)，節(jié)煤率可達30-40%，經(jīng)濟效益和社會效益巨大。因此，膜法制氧富氧助燃技術(shù)是目前工業(yè)爐窯實現(xiàn)節(jié)能減排降耗的重要手段和必由之路。該技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅能帶動其他新生行業(yè)，而且標(biāo)志著我國工業(yè)爐窯節(jié)能改造在科技創(chuàng)新方面達到了新的高度。隨著國家的大力推廣節(jié)能減排產(chǎn)品，富氧助燃節(jié)能技術(shù)有望成為水泥行業(yè)繼純低溫余熱發(fā)電之后又一新舉措，將為我國建材行業(yè)節(jié)能減排和環(huán)保事業(yè)作出巨大貢獻。