Φ4.3×62m水泥回转窑应用膜法制氧

1、101717 烟台华盛燃烧设备工程有限公司 技术方案 YANTAI HUASHENG COMBUSTION EOUIPMENT ENGINEERING CO.,LTD 4.3×62m水泥回转窑应用膜法制氧MZYR3-10000型第三代富氧助燃节能装置可行性技术方案特别声明：本技术方案所有权属于烟台华盛燃烧设备工程有限公司，用户应按照有关商业机密法规条款规定予以保密，未经本公司许可，不许向外泄露，其内容属于保密范畴。烟台华盛燃烧设备工程有限公司 地址：山东烟台莱山工业园电话真编：264003网址： 电子邮箱：huasheng1 目

2、 录一水泥回转窑主要技术性能参数（客户提供）1二4.3×62m水泥回转窑运行使用现状1三4.3×62m水泥回转窑应用富氧助燃节能装置节能改造目的1四节能改造实施方案1五应用富氧助燃装置节能改造系统工程后的效果2六富氧助燃节能装置特点说明2七局部富氧增氧节能技术5八局部全富氧助燃技术5九膜法制氧、富氧助燃节能装置主要技术性能参数5十膜法制氧、富氧助燃节能装置主要配置设备、装置及功能5十一系统安装要求8十二系统运行主要技术经济指标8十三富氧助燃节能改造工程设备交货期9十四实施可行性、安全性和可靠性分析9十五经济效益分析9十六投资回收期分析11十七结论11141414 烟台华盛燃

3、烧设备工程有限公司 技术方案 YANTAI HUASHENG COMBUSTION EOUIPMENT ENGINEERING CO.,LTD 4.3×62m水泥回转窑应用富氧助燃节能装置节能改造系统工程方案一水泥回转窑主要技术性能参数（客户提供）炉窑直径： 4.3m；炉窑长度： 62m；燃烧器规格型式： 扬州银焰四风风道燃烧器分解炉燃烧器规格型式：银焰三风道燃烧器炉窑转数： 3.8r/min炉窑实际转数： 4r/min窑头负压： -20±50pa窑尾负压： -150pa燃料种类： 烟煤低位发热值： 5800kclkg日产料能力： 3200t/d二次风温度： 1050110

4、0日耗煤量： 480t/d；排烟温度： 320吨料耗标煤： 110118kg/t年运行天数： 300天；年耗最低煤量： 17万吨；原煤价格： 980元/吨电价： 0.85元/度；高压电源： 10KV窑头煤风风机：型号：JTS-200风量：55 m3/ min 风压58.8KPa 功率90KW燃烧器罗茨风机：风量106Nm3/ min 风压29.4KPa 功率132KW分解炉煤风罗茨风机：型号：JAS-200 风量75Nm3/min，风压68.6KPa 功率110KW二. 4.3×62m水泥回转窑运行使用现状 水泥回转炉窑日产水泥3200t/d，年运行天数300天计算，年最低耗煤量17

5、万吨，原煤价格按980元/吨计算，年耗资金16660万元。三4.3×62m水泥回转窑应用富氧助燃节能装置节能改造目的1.改善炉膛内的燃烧工况，提高火焰温度，节约燃煤，降低能耗；提高燃烧效率；2.可以燃用低质煤、降低运行成本。3.提高产品产量和产品品质；4. 降低烟气和二氧化碳的排放量。四节能改造实施方案 本实施方案采用局部全富氧助燃节能技术，氧浓度为29±2%，富氧流量为10000m³/h,富氧管路一路安装在窑头，富氧流量为55006500 m³/h，另一路安装在分解炉窑，富氧流量为35004500 m³/h。窑头富氧风预热温度为150，预热器

6、安装在三次风转换室内（简称小门窑），加装富氧助燃节能装置不改变炉窑结构，只是在安装富氧预热器需停炉34天或在炉窑停窑检修时间加装。五. 应用富氧助燃装置节能改造系统工程后的效果1. 本次进行技术改造的4.3×62m水泥回转窑，配备的膜法制氧富氧助燃节能装置规格为MZYR-10000型，工程改造完工后节煤率可达8-12%，按最低节煤率可达8%计，每年按耗17万吨煤计算，可节原煤13600吨，原煤价按照980元计，节约资金1332.80万元。2. 按炉窑每公斤中质煤实际烟气量8.17Nm3计算，年可降低烟气排放量11111万Nm3。13600中质煤11268吨标准煤，按Kg标煤2.5Kg

7、-CO2计算，年可降低二氧化碳排量28170吨。六. 富氧助燃节能装置特点说明1前言膜法制氧、富氧助燃节能技术是燃烧领域的二次产业革命。它彻底改变了传统用普通空气助燃的老方法，因空气中只有20.9%氧气参与燃烧，其余79%氮气不参与燃烧，还带走大量热量，造成能源极大的浪费。 富氧助燃技术是近代燃烧的新突破，它是使燃料在富氧中充分燃烧，提高火焰温度，加快燃烧速度，热辐射迅速增强的技术。该技术强化燃烧，降低空气过剩系数，降低燃烧后的排气量和粉尘量，降低二氧化碳，提高燃烧效率，使燃料在富氧燃烧中极大的转化成热能，工业炉窑或工业锅炉采用该技术后，一般节能率在520%，设备投资当年可回收，经济效益或社会

8、效益是巨大的。发达国家称该技术为“资源的创造性技术”，并已经在燃烧的各个领域得到应用。特别是日本政府，自1990年起，所有的工业炉窑、工业锅炉不能用空气助燃，必须采用富氧助燃。普及率已达42%。千条江河归大海，富氧助燃节能技术是工业炉窑和工业锅炉节能改造的必由之路。烟台华盛燃烧设备工程有限公司生产的膜法制氧、富氧助燃节能装置是国家发明专利产品（专利号：200610044641.2）。首创全新箱式结构、微机控制、数字显示、全变频设计、操作自动化、采用大型集成化膜组件、具有制取富氧气体浓度高、设备耗电量小、节能率高、安装简单、设备占地面积小、使用寿命长等特点，该技术成果在国内处于领先水平。 我国首

9、台回转炉窑应用富氧助燃节能装置在济钢耐火材料有限公司已投入运行一年，第二台也已经投入运行。在船用柴油机、工业锅炉推广使用富氧助燃技能方面都取得新的突破。2009年10月22日中央4台中国新闻以“新技术让中国节能减排走向快车道”为题做过报道。2009年11月24日科技日报以“我国富氧助燃节能装置首次用于回转炉窑”为题在第一版头条做过重点报道。我公司设计生产的回转炉窑应用膜法制氧富氧助燃节能装置于2009年12月6日通过科学技术成果鉴定（鉴定证书编号：鲁科成鉴字2009第969号）。2009年12月16日科技日报以“回转炉窑应用膜法制氧富氧助燃节能装置通过鉴定”为题在第一版头条再次做过重点报道。2

10、006年被山东省经济贸易委员会列为建设节约型社会支撑技术产品。2007年被评为山东省优秀节能节水技术新产品奖。2008年获得烟台市优秀节能成果节能奖。2008年荣获第九届中国专利高新技术产品博览会金奖。2008年荣获第六届国际发明展览会金奖。2009年被山东省人民政府节约能源办公室列入山东省节能减排重大技术成果。2010年7月被山东省政府授予2009年度山东省优秀节能成果奖。2011年被山东省列入十二、五期间重点节能技术产品设备第一批推广产品，2011年国家发改委财政部关于节能技改财政奖励项目把富氧助燃改造列入财政扶持项目。天瑞集团河南汝州水泥有限公司现场图（MZYR-12000）2各种制氧方

11、法的对比目前常用的空气分离制氧方法有三种：深冷法、PSA 吸附分离法、膜分离法。各种制氧方法投资的对比和各种制氧方法的比较 详见（表一）、（表二）。（表一）各种制氧方法投资的对比项 目深 冷 法吸附分离法（分子筛）膜分离法高 纯低 纯产量/m3·h-15010000010001000005040002515000纯度/%99.695.093.040.0压力/MPa0.020.500.020.500.010.01电耗/KW·h·m-30.800.450.600.400.400.30启动时间/h30280.20.1产品成本中略低低最低设备投资高略低略低低综合利用有其它

12、产品无无无操作性复杂较复杂简单简单设备占地大大中小（表二）各种制氧方法的比较当氧浓度达到30%左右，规模小于15000Nm3/h时，膜法制氧投资、维护及操作费用仅为深冷法制氧和PSA法（分子筛）制氧的2/3到3/4，而且规模越小，膜法制氧越经济。在燃烧领域采用富氧助燃技术，膜法制氧是最经济的。3. 富氧助燃的燃烧机理富氧助燃节能装置是一种在工业炉窑和工业锅炉上采用增氧燃烧的技术。所增加的氧气是以利用空气中各组分气体透过气体分离膜时的渗透速率不同，在压力差的驱动下使空气中的氧气优先通过气体分离膜而得到的富氧气体，富氧气体的浓度为2830%。常规燃烧中空气仅有20.9%的氧气参与燃烧过程，而约为7

13、8%的氮气吸收大量燃烧反应放出的热量，并作为烟气排放，造成能源浪费。加装膜法制氧、富氧助燃节能装置后，整体助燃空气量减少（相应的氮气量减少），烟气排放量减少，火焰温度随着燃烧空气中的氧气比例增加而提高。采用26%的富氧气体进行增氧助燃是富氧燃烧技术中最为经济的一种方式。气体透过高分子膜示意图 膜法制氧富氧助燃节能装置主要由空气过滤器、高压通风机、膜法制氧器、真空泵、汽水分离器、富氧稳定罐、预热器、富氧喷嘴、微电脑控制柜等组成。该装置从空气中分离出氧浓度为2830%。富氧流量范围25m3/h 50000m3/h。（详见系统流程图）4适用范围：各种锅炉：特别适宜链条炉排锅炉、抛煤机锅炉、循环流化床

14、、煤粉锅炉、燃油燃气锅炉等。工业炉窑：回转炉窑、玻璃窑、加热炉、焚烧炉、冶炼炉、陶瓷窑等。七局部富氧增氧节能技术富氧助燃节能技术有全富氧与局部富氧之分，国外基本采用全富氧助燃技术，节煤率一般在2535%；我国在燃烧领域基本上采用局部增氧助燃节能技术，简称富氧助燃节能技术，节煤率一般在510%。八局部全富氧助燃技术本方案不改变炉窑结构，窑头燃烧器采用全富氧助燃技术、分解炉窑采用局部增氧或局部全富氧助燃技术，节能率可达812%。九膜法制氧、富氧助燃节能装置主要技术性能参数制氧形式： 膜法制氧；工艺流程： 负压流程；富氧纯度： 29±2；富氧流量： 10000±200Nm3/hr

15、.富氧温度： 100120负压系统压力： -0.060-0.070Mpa;设备轴功率： 1098.5KW；设备实际运行功率：728.025KW; 真空泵循环水量： 80t/h；起动时间： 10min；工作制式： 24小时连续运行，可随时开停机，全年运行330天以上；控制水平： 自动控制、智能报警、远传接口；占地面积： 29m * 11m * 7m 。十. 膜法制氧、富氧助燃节能装置主要配置设备、装置及功能1. 原料空气进风系统原料空气进风系统由组合式自洁空气过滤器、连接风筒、高压鼓风同步后流风机、通风管道等部件组成，作用在环境气体粉尘较多时将原料空气经过三级过滤净化后，向膜组件连续输送纯净新鲜

16、的原料空气。采用PLC自动控制，过滤器的滤芯使用寿命为12年，空气过滤器共为2台套。SZHGG型高压鼓风同步后流风机，共为1台。原料空气进风系统作用是将原料空气经过自洁式空气过滤器过滤净化后，经高压鼓风同步后流风机、通风管道向膜组件连续输送新鲜的原料空气。原料空气进风系统中设有压力传感器，当系统压力过低时，说明过滤器过滤棉堵塞严重，控制系统会报警提示，需要进行过滤棉更换。2. 膜组件膜法制氧、富氧助燃节能装置的核心是膜组件，本系统配置的是大型集成化膜组件。膜组件配置有标准的富氧气体接口，可方便的模块化连接安装，整体连接后仅需将富氧气体接口可靠的连接到真空泵入口即可抽取富氧气体。为了保证膜法制氧

17、、富氧助燃节能装置的使用寿命和不产生膜组件性能衰减现象，富氧气体分离膜片采用进口产品，膜组件的使用寿命为10年。3. 真空泵真空泵为分离系统提供足够的分离动力，建立膜组件两侧原料空气与渗透气（氧气）之间的分离压力比，因膜两侧有一定的分离动力（压力比），渗透能力快的氧气首先透过膜在渗透侧富集而得到富氧空气，并经真空泵不断抽走而连续不断的得到产品气富氧气体。真空泵选型为2BEY1型水环式真空泵，该种真空泵具有抽气量大，真空度高的优点，真空泵共为1台。4. 真空泵供水系统真空泵供水系统由ISG型立式管道泵、手动阀、电磁阀、沉降式过滤器、管路等附件组成，作用是向水环式真空泵提供适量的冷却循环水，并将冷

18、却循环水排出，系统中设有电动控制阀门，真空泵供水系统共为1台套。5. 真空泵供水冷却系统 为保证水环真空泵循环水的工作温度和水系统的洁净，本系统配备一套闭路冷却塔，形成干净的密闭循环。6. 负压吸附管路系统负压吸附管路系统由膜组件接口管、负压吸附总管组成，作用是将膜组件富氧气体接口集束后连接于真空泵吸气口，以便连续不断制取富氧气体。负压吸附管路系统中设有负压压力传感器，以便显示负压吸附系统的真空度，通过观察负压吸附系统的真空度数值的高低确定设备运行是否正常，负压吸附管路系统共为1台套。7. 汽水分离器汽水分离器一密闭的容器，内部设有汽水分离装置。作用是将水环式真空泵抽取的富氧气体中的水分分离出

19、来。汽水分离器中设有水位控制器和液位计，当罐内的分离水量达到一定的高度时由水位控制器控制电磁阀启动将罐内存水自动排出，维持水位在一定的高度上，并通过液位计直接观察到液位情况，汽水分离器共为1台套。8. 脱湿器脱湿器一密闭的容器，内部设有脱湿装置。作用是将水环式真空泵抽取的富氧气体中的水分经汽水分离器分离后进行二次脱湿。脱湿器中设有水位控制器，当罐内的分离水量达到一定的高度时由水位控制器控制电磁阀启动将罐内存水自动排出，维持水位在一定的高度上，脱湿器器共为1台套。9. 电气控制系统及监测仪表控制系统具有自动操作和手动操作两种操作运行方式，具有连锁保护功能，并能直观的在线显示送风压力、负压系统真空

20、度、富氧浓度、富氧瞬时流量、富氧累计流量、一级富氧输送压力、二级富氧输送压力、设备运行工况及运行数据。控制柜上设有12触摸屏，便于自动操作，另设有1套手动操作按钮，便于设备调试或检修时使用，电控系统安装于设备主机附近。另外有一路远传自动操作系统，采用计算机显示，安装于炉窑主控室内。电气控制系统由2台真空泵高压启动柜、2台变频器柜、1台控制柜、1台远传操作微机组成。10. 主机外部钢结构外壳膜法制氧、富氧助燃节能装置的主机设备（膜组件、真空泵、真空泵供水系统、负压吸附管路系统、汽水分离器、脱湿器）安装于钢结构外壳内，其他的设备（高压鼓风同步后流风机、组合式自洁空气过滤器、一级富氧气体输送管路、富

21、氧气体缓冲储罐、增压风机、二级富氧气体输送管路）安装于主机附近。安装主机设备的外壳采用钢结构型式，壳体内墙板上设有轴流式风机，用以将壳体内高氮废气排到室外。/1. 一级富氧气体输送管路一级富氧气体输送管路由汽水分离器、脱湿器输送至富氧气体缓冲储罐。管路中设有氧浓度变送器、压力变送器、涡街式空气流量计，用以测定富氧气体的氧气浓度、一级富氧气体输送管路中的富氧气体压力、富氧气体流量，一级富氧气体输送管路数量为1套。12. 富氧气体缓冲储罐富氧气体缓冲储罐的作用是进一步脱除富氧气体中的水分，平衡整个系统压力，减轻后级系统的气流脉动。富氧气体缓冲储罐中还设有放空管路¿，管路中设有电动蝶阀，用

22、以在真空泵制取富氧气体后在没有向炉窑输送富氧气体时，将富氧气体放空。富氧气体缓冲储罐数量为1台套。13. 增压风机增压风机采用罗茨鼓风机，作用是将制取的富氧气体增压至炉窑燃烧所需风压向炉窑内输送，增压风机数量为2台，可把原有的燃烧器罗茨风机替代，可把原有窑尾罗茨替代使用。14. 二级富氧气体输送管路 二级富氧气体输送管路是从增压风机经富氧气体空气预热器连接至煤粉燃烧器，管路中设有压力变送器，用以测定二级富氧气体输送管路中的富氧气体压力。二级富氧气体输送管路数量为1套。15. 富氧气体空气预热器富氧气体空气预热器采用材质为304不锈钢管制成，采取排列管型安装于炉窑窑头前小门窑烟气室内，利用窑头烟

23、气温度将增压后的富氧气体温度预热至60120，然后输送至指定位置强化燃料的燃烧，作用是提高燃料的节约效率，富氧气体空气预热器数量为1套。16200m³/h复合流闭式冷却塔 用于水循环真空泵、罗茨风机循环水冷却。十一. 系统安装要求：1. 安装现场应清洁、平整，吊车或叉车容易到达进行安装。2. 安装现场环境温度为040，相对湿度3590。3. 安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀性气体，通风良好。4. 有必要的电缆沟、排水沟。5. 380V/50HZ电源到制氧系统界区内1m处。6. 10000V高压电源到制氧系统界区内1m处。7. 循环水源到制氧系统界区内1m处，且需保证水温不超过3

24、0度。8. 有可靠的防漏电接地网，有必要的车间照明和必要的卫生装备。十二. 系统运行主要技术经济指标项 目相 关 要 求设计环境温度与海拔室内运行，最高温度40，最低温度-10；海拔500m其它大气要求/空气质量参照JB/T 6427-2001，符合QB/M 1580-2001的要求，机械杂质30mg/m3，CnHm30ppm，含油量0.01ppm，酸性物质总和8ppm电源要求参照JB/T 6427-2001，符合QB/M 1580-2001的要求：10000伏高压电源，50HZ±1仪表空气符合GB/T4830的要求运行工作制本设备按年工作时间360天设计，可每天24小时连续工作，可

25、随时开停机设备轴功率设备轴功率1098.5KW冷却水消耗与要求T/hr冷却水应符合行业标准 JB/T 6427-2001的要求起动时间min10噪 音dB(A)按照GB/T 4980检测，并符合GB 12348的要求系统功能水环真空泵配防气蚀装置系统配置汽水分离器氧气纯度在线监测十三富氧助燃节能改造工程设备交货期本次为4.3×62m回转窑应用富氧助燃燃用烟煤节能改造工程，设备可在合同生效后120个工作日内交货，安装需45天，预热器的安装可在用户停炉检修时提前安装。十四实施可行性、安全性和可靠性分析1实施可行性分析经过国内科研中心多年的不断创新、完善和数十家工业炉窑和工业锅炉用户的实际

26、应用证明，其技术已经成熟、可行，而且现场实施改造和运行是比较简单的，仅需在回转窑附近增设一套膜法富氧助燃系统即可，对炉窑无任何副作用。2实施安全性分析关于富氧使用的安全性，包括两部分：一是现场安装过程中的安全性，另一是使用过程中的安全性。事实上，只要富氧浓度低于30%，现场安装过程和使用过程均不会出现任何不安全隐。我们根据回转窑的使用要求在富氧助燃节能设备安装前制定了现场安装原则，并要求现场施工人员严格按现场安装原则执行，关键部位强调如下：水、电连接严格按有关要求并要有专业人员指导；对于富氧喷嘴和富氧预热器的安装比较简单，仅需在煤粉燃烧器进风管路上安装三通接口，采用焊接方式连接富氧气体管路、压

27、力传感器调节阀即可，不会出现任何不安全的因素。3实施可靠性分析富氧助燃由最初的理论研究到最终的实际应用，遇到很多困难，经过不断努力，现已完全成熟，并成功推向市场。目前我们主要进行了如下方面的完善：增加了控制和报警系统本系统对每一个环节均增加了控制和报警系统，确保系统运行万无一失。而且操作可以手动，也可以全自动。系统运行管理更加规范我们根据回转窑的使用要求制定了膜法富氧燃烧系统简介及用于回转水泥窑的技术操作规程、设备维护保养及安全制度。由于整个系统操作比较简单，仅通风机、真空泵、罗茨风机和管道泵需日常维护，其它均免维护，而且整个系统均处于监控之中，出现问题会立刻报警。所以只要司炉工严格按使用说明

28、书操作，整个系统会连续正常运行。十五经济效益分析1.节煤指标的计算与认定基准单位煤耗 此为设备改造前上一年度吨熟料煤耗标准（单位：kgce/t）。或双方改造前共同认定的常规生产状态下的吨熟料煤耗（单位：kgce/t）。改造后实际单位煤耗 为设备改造后富氧工况下的吨熟料耗煤数据（折标煤kgce/t）.投资方认定使用方水泥窑上的煤粉计量系统作为结算依据，并以使用方当期报表上的煤耗数据作为结算依据。公式：实际单位煤耗= ×100%公式中：实际煤耗及当期产量均为使用方方报表中数据节煤率 为使用方设备改造前后，吨熟料单耗中基准单位煤耗与实际单位煤耗之间的变化率。公式：节煤率= ×10

29、0%浄节能率 为使用方设备改造后，节煤收益减去富氧设备电耗成本后的净收益，与当期非富氧工况下预计的耗煤成本之间的变化率。公式：净节煤率= ×100%节煤收益 此项中单位煤耗标准折算为使用方当期实际使用原煤规格计算费用。根据当期原煤规格，适用分段计算原则，按合同约定的能源单位计算。 公式：节煤效益=（基准单位煤耗-实际单位煤耗）×当期产量×煤价节能收益 为本项目所达成的浄收益。公式：节能收益=节煤效益-电耗成本2.膜法制氧-富氧助燃节能装置节煤指标的试验程序及方法整机无负荷测试在各部件测试完成后，进行整机无负荷测试，达到正确运行状态。 效果试验整机无负荷测

30、试完成后，进行无富氧和有富氧火焰温度测试，时间为1-2小时，分别记录火焰温度，运行30分钟后每5分钟测试一次，看火焰温度是否提高150-200。达到上述指标后再进行节能效果试验。 节煤效果试验节煤效果试验时间为72小时应连续运行做有富氧运行，主要调整富氧设备在最佳工况上运行。在此阶段要调整供氧量并记录相关数据，使之达到最佳运行状态。同时让用户熟悉富氧设备的正确操作方法。并进行满负荷有富氧操作运行。看有富氧运行的节煤效果。节煤率运行试验在效果试验完成后，供货方负责培训操作人员，水泥企业修改制定富氧煅烧工艺进行节煤率运行试验。此次试验由水泥企业为主进行操作，时间为1015天，节煤方式是提高窑炉转数增加产量或减煤的方式由用户决定，运行试验的目的主要看节煤率是否能达到8%。此操作过程由水泥企业负责，供方配合。第三方测试节煤率运行试验完成后，投资方与使用方如有异议聘请第三方测试机构进行测试3. 整个系统改造后， 炉窑按年运行天数300天计算，年最低耗煤量17万吨，应用MZYR-10000型膜法制氧富氧助燃节能装置后节煤率达8%-12%，按最低节煤率8%计算，年可节约