為提高240噸循環(huán)流化床鍋爐的熱效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的，利用膜法制氧技術(shù)，首次開放了局部助燃裝置，進(jìn)行了局部增氧助燃技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的工業(yè)試驗(yàn)。
      試驗(yàn)證明，爐渣和飛灰可燃物含量降低，鍋爐效率提高5%以上；降低了NOx排放濃度，為循環(huán)流化床鍋爐的更經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保運(yùn)行探索了一條嶄新的途徑。
      針對我公司1#循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行熱效率較差，特別是燃用發(fā)熱量較低的煤種時(shí)，灰渣可燃物高的實(shí)際問題，在小鍋爐試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把富氧局部助燃技術(shù)進(jìn)一步開放，設(shè)計(jì)了循環(huán)流化床鍋爐富氧局部助燃裝置。

      1.富氧助燃裝置及輔助設(shè)備設(shè)計(jì)
      1.1 富氧收集系統(tǒng)
      本裝置的富氧制造采用被發(fā)達(dá)國家稱為”資源創(chuàng)造性技術(shù)”的膜法富氧技術(shù)，采用負(fù)壓操作流程，流程如下圖所示:
      1.2
      富氧風(fēng)嘴設(shè)計(jì)、富氧風(fēng)嘴的安裝位置和進(jìn)入爐膛的方式是該技術(shù)的核心。通過對爐內(nèi)溫度場分布測量和測試鍋爐爐內(nèi)氧量場分布發(fā)現(xiàn)：爐膛二次風(fēng)上部有一個(gè)如下圖所示的貧氧核心區(qū)，顯然這是由于二次風(fēng)的穿透擴(kuò)散效果不佳而使氧氣不能到達(dá)爐膛中部的結(jié)果，這對于核心區(qū)細(xì)顆粒的燃燒產(chǎn)生了負(fù)面影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，目前循環(huán)流化床鍋爐存在的爐渣及飛灰可燃物含量高，部分原因應(yīng)該是由于二次風(fēng)穿透能力不足引起的。最缺氧的地方加氧是一個(gè)重要手段。在不改變鍋爐火焰特性的前提下，又對鍋爐的性能進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化！
      富氧噴嘴安裝在前后爐墻二次風(fēng)管給風(fēng)處，雙層布置。
      1.3 富氧風(fēng)預(yù)熱器設(shè)計(jì)
      富氧風(fēng)預(yù)熱器是對膜法制造的富氧進(jìn)行預(yù)熱的熱交換器。設(shè)計(jì)為二級預(yù)熱，一級預(yù)熱器安裝在鍋爐排渣管處，二級預(yù)熱安裝在一次風(fēng)空氣預(yù)熱器前二次風(fēng)空氣預(yù)熱器后，這樣既充分回收了排渣熱損失，又保證了鍋爐的安全生產(chǎn)，設(shè)計(jì)預(yù)熱溫度240℃。
      2.富氧助燃的原理分析
      燃料的燃燒過程是空氣中的氧參與燃料氧化并同時(shí)出光和熱的過程。富氧燃燒是指助燃用的氧化劑中的氧濃度高于空氣中的氧濃度。富氧燃燒在燃煤、燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐、生物質(zhì)能和廢棄物能的利用鍋爐等多方面均適用，它既能提高劣質(zhì)燃料的應(yīng)用范圍，又能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)燃料的性能。
實(shí)驗(yàn)表明用26.7%的濃氧空氣燃燒褐煤或用21.8%的濃氧空氣燃燒無煙煤所得到的理論燃燒溫度相當(dāng)于普通空氣燃燒重油所得到的溫度。

      2.1. 富氧燃燒節(jié)能特性
      富氧燃燒具有節(jié)能特性主要是由其燃燒特點(diǎn)來決定的，其主要特點(diǎn)如下：
      （1）火焰溫度大幅度提高，以甲烷燃燒為例見下圖：30％富氧空氣時(shí)的絕熱火焰溫度為2500K，比通常空氣燃燒提高近300K；氧濃度大于80％時(shí)的火焰溫度接近3000K，層流燃燒速度增大到近3m/s，而普通空氣的層流燃燒速度僅為0.45m/s。通過富氧助燃可以提高燃燒強(qiáng)度，加快燃燒速度，獲得較好的熱傳導(dǎo)，同時(shí)溫度提高有利于燃燒反應(yīng)；提高燃燒溫度，促進(jìn)了熱量的交換。輻射換熱量按絕對溫度的四次方之差值的倍率增長。
      （2）由于惰性成分的氮?dú)鉂舛却蟠蠼档?，提高減少了這部分的熱損失，無謂的能源消耗大幅度降低，30%～40％的富氧空氣燃燒就可以降低燃料消費(fèi)20%～30%，提高了熱效率；
      （3）煙氣量大幅度減低，純氧燃燒時(shí)的煙氣體積只有普通空氣燃燒的1/4，煙氣中的Cq濃度增加，有利于回收CO2綜合利用或封存，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；煙氣中高輻射率的CO2和水蒸氣濃度增加，可促進(jìn)爐內(nèi)的輻射傳熱；
      （4）設(shè)備尺寸縮小，燃燒系統(tǒng)的設(shè)備投資成本和維護(hù)費(fèi)用降低。
      2.2．富氧助燃的環(huán)保特性
      CO2是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，目前為了防止地球溫度進(jìn)一步升高，世界上38個(gè)工業(yè)化國家于1997年12月正式通過《京都議定書》，這個(gè)議定書規(guī)定了這些工業(yè)化國家在2008～2012年的承諾期內(nèi)，把它們的溫室氣體排放量從1990年排放水平平均降低大約5.2％。采用富氧助燃技術(shù)，由于提高了氧化劑中氧濃度，煙氣中CO2的濃度得到大大提高，利于CO2的分離和后處理。由于節(jié)省了燃料，也就理所當(dāng)然地減少燃燒過程中SO2的排放量。
      結(jié)論：總之采用富氧燃燒技術(shù)可以提高火焰溫度、燃燒效率，同時(shí)能夠減少CO2、SO2的排放。富氧燃燒技術(shù)是一種節(jié)能的燃燒技術(shù)，在國家大力提倡節(jié)能減排的當(dāng)前很值得推廣。

      3、節(jié)能效益舉例
      以我公司240循環(huán)流化床鍋爐為例：按鍋爐運(yùn)行300天/年，年平均耗煤25萬噸來計(jì)算，煤價(jià)為500元/噸，節(jié)能以最低2.5%評估為基準(zhǔn)：
      1.年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤：250000×2.5%×（4700÷7000）=4196噸
      2.年可創(chuàng)造節(jié)能效益：25萬噸×500元/噸×2.5%=312.5萬元
      3.環(huán)保效益：年減少SO2排放124噸
      還沒考慮二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)因出力減少的節(jié)電效益，以及鍋爐工況更穩(wěn)定，循環(huán)流化床鍋爐磨損減輕，因磨損、排渣故障停爐次數(shù)減少，運(yùn)行周期更長等間接收益。
      3）收益分析
      年節(jié)能效益最少為25萬噸×500元/噸×2.5%=312.5萬元
      能耗費(fèi)用為260kW×0.75×24×300×0.6元/度/10000=84.24萬元；
      折舊費(fèi)為：230萬元/10=23萬元
      裝置年維護(hù)維修費(fèi)用12萬元
      年凈效益最少為312.5–84.24–23-12（萬元/ 年）=193.26萬元
      投資回收期最長為193.26萬元/230（萬元/年）=0.84（年）
      如考慮二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)因出力減少的節(jié)電效益，以及鍋爐工況更穩(wěn)定，循環(huán)流化床鍋爐磨損減輕，因磨損、排渣故障停爐次數(shù)減少，運(yùn)行周期更長等間接收益。投資回收期會更短，一般半年左右即可收回全部投資!

      4.結(jié)束語
      上述理論與應(yīng)用證明，循環(huán)流化床鍋爐富氧助燃裝置的應(yīng)用技術(shù)，在提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率、節(jié)能減排方面有著巨大的應(yīng)用前景!雖然應(yīng)用中引發(fā)的其他問題由于其包含學(xué)科的廣泛性還需要我們進(jìn)一步去探索和完善，但實(shí)踐表明，該創(chuàng)新是成功的。其在循環(huán)流化床鍋爐的推廣應(yīng)用，必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。