干法水泥回转窑
富氧燃烧系统技术方案
编制：王 伟 签字：
校对：陶 杰 签字：
审核：贾吉来 签字：
批准：李 明 签字：
上海穗杉实业有限公司
2013年4月技术部
目 录
一、 概述 (3)
1.1 富氧燃烧 (3)
1.2 富氧燃烧技术推广的主要瓶颈 (3)
1.3 SSS?实业与富氧燃烧 (3)
二、 技术路线的确定 (5)
1.1 膜分离制氧更有利于助燃 (5)
1.2 膜分离制氧能源消耗更低 (6)
1.3 辅助能源、冷却水消耗低 (7)
1.4 可靠性高、维护成本低 (8)
1.5 安全，即开即用，产氧迅速 (8)
1.6 设备供货周期短 (8)
1.7 占地小、可模块化扩产 (8)
三、 膜法制氧技术 (10)
1.1 膜法制氧技术 (10)
1.2 膜法制氧技术原理 (10)
1.3 Oxylead ?膜法制氧系统 (11)
1.4 Oxylead ?膜法富氧技术特点与技术优势 (13)
1.4.1 膜法制氧一般技术特点 (13)
1.4.2 Oxylead ?膜制氧技术特点与优势 (13)
1.4.3 Oxylead ? 膜制氧技术与变压吸附技术的比较 (14)
1.4.4 Oxylead ? 膜法制氧系统工艺流程简述 (15)
1.4.5 Oxylead ? 膜法制氧系统主要技术性能特点简述 (15)
四、 富氧燃烧节能机理 (18)
1.1 以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧助燃而强化了燃料的燃烧，通俗的说，富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出了所有的热量，提高了燃料的燃烬率！ (18)
1.2 以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境而减少燃料的热损失，节约了燃料20
1.3 以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境有效的提高了燃烧系统的升温速率而
节能21
1.4 对可适当提高工艺温度的燃烧系统来说，如锅炉，因富氧环境可有效的提高炉内火焰温度，有效的改善了炉内火焰的热传递效率，显著节能！ (22)
率，提高热量利用率，从而节能 (24)
1.6 以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境可有效的减少了过剩空气系数，减少燃烧后的排气量，进而减少了排气热损失，提高了热效率，从而节能 (24)
1.7 富氧燃烧还可降低燃料的燃点温度，获得更宽泛的燃料选择范围，同等条件下可利用更加劣质的燃料或者替代燃料 (25)
1.8 富氧燃烧因为燃料燃烧完全、节约了燃料而减少了排放，环保效应显著 (25)
五、 Oxylead ? 膜法富氧系统，设备组成与技术性能 (28)
1.1 设备组成 (28)
1.2 配套设备技术规格 (28)
1.3 系统主要技术经济指标 (29)
六、 系统运行公用工程条件与现场安装部分 (32)
七、 随机资料文件 (33)
八、 设计联络协调与设计审查 (35)
1.1 设计联络协调 (35)
1.1.1 与业主的协调程序 (35)
1.1.2 协调内容 (35)
1.2 设计、制造管理与设计审查 (35)
1.2.1 设计体系管理 (35)
1.2.2 进度计划的管理与控制 (36)
1.2.3 现场施工配合 (36)
1.3 制造质量管理与控制 (37)
1.3.1 质量管理的原则 (37)
1.3.2 质量目标 (37)
1.4 技术考核 (37)
九、 工程进度与人员派遣、服务范围 (38)
十、 技术担保与质量承诺 (39)
十一、 技术担保与质量承诺 (40)
1.1 实施可行性分析 (40)
1.2 实施安全性分析 (40)
1.3 实施可靠性分析 (40)
十二、 富氧燃烧系统价格及交付周期 (42)
十三、 经济性分析（示例性文件） (43)
一、概述
1.1富氧燃烧
富氧，被广泛的应用于改善燃烧工艺过程，节约燃料，提高产量，提高产品质量等；
富氧燃烧是成熟工艺，不是新技术！自1903年深冷空分技术发明以来，钢铁厂等冶金炉窑即率先采用深冷空分技术制取大量的氧气（99%），混合以空气（21%），形成富氧（21-25%），进行高炉富氧喷煤，一般的，富氧2-4%即可取得增产10-30%以上，综合节能效益非常显著，至今仍然是钢铁厂标配的主流工艺技术!
也因此，事实上，富氧喷煤燃烧技术已将近有一个世纪的历史，在国外，发达国家早在60 年代就已开始其它炉窑的富氧燃烧的研究，有资料表明，富氧助燃可取得令人鼓舞的效果。玻璃熔化炉、石灰窑、冲天炉、锻造加热炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑、砖瓦窑以及其它各种工业炉窑、锅炉等，都能应用富氧助燃而获得明显的节能效果与消除废气污染的环保效应，综合效益十分显著，一般的，有如下四方面的效益：
节约能源、增加产量的直接经济效益
对燃料选择范围更宽，延长炉窑等工艺设备使用寿命的增殖效益
提高产品质量的附加效益
环境保护的社会效益
1.2富氧燃烧技术推广的主要瓶颈
富氧燃烧发展到现在，其主要瓶颈问题如下：
制氧成本，运行成本包括维护成本是否足够低？（用的起吗？有效益吗？）
制氧装置是否足够便宜？（买的起吗？投资回报怎么样？）
制氧装置规模化、批量化生产的要素条件是否具备？（我想上马你能批量化制造吗？性能稳定吗？）尤其膜法富氧燃烧，间歇式制膜工艺已远不能满足工业规模的富氧助燃，SSS?实业及其控股公司连续化制膜技术瓶颈的突破，才使得膜法富氧燃烧技术真正意义上满足规模化的工业助燃领域大规模氧气生产需求；
1.3SSS?实业与富氧燃烧
在常温空分领域，SSS?实业及其控股公司首先是气体分离核心材料（膜与吸附剂）的制造
商! 也是国内唯一一家自分离材料、分离系统（膜分离、吸附分离以及两种分离技术耦合的分离系统）直至分离技术应用的全产业链解决方案提供商；
SSS?实业不仅生产常规氧氮分离系统，也生产特殊领域专用分离系统，其产品范围涵盖低纯度的膜分离系统、中高纯度的变压吸附分离系统，更有同业首创的非对称吸附分离系统，耦合分离系统，在制氧方面，其产品涵盖氧气纯度自23%--99.5%，也是国内唯一一家可以常温空分技术分离纯度高达99.5%以上氧气的专业制造商！
在富氧助燃领域，SSS? 实业是膜法富氧的先行者，持续致力于富氧燃烧瓶颈问题的解决，投入大量资源，以上海偲达弗材料科技有限公司为主体建设了连续化富氧膜生产线，形成了年产150万立方/小时富氧的生产能力，是全球最大规模的富氧膜材料制造厂商；
由SSS? 提供的膜法制氧系统不仅适用于各种富氧助燃领域，也可广泛应用于富氧呼吸（如家庭氧吧、富氧空调、富氧养殖、登山运动保障、富氧运动、美容）、燃料电池、车辆增氧、发动机增效等等领域。
工业应用方面，自2003年始，先后为国内早期大规模富氧项目自备电厂150吨煤粉炉富氧助燃、24万吨石灰炉以及国内首条干法水泥回转窑膜法富氧助燃系统提供了富氧膜组件等；在基础研究方面，与上海交通大学合作承担了国家自然科学基金项目，对柴油机、汽油机等发动机增效的节能、冷启动、降低氮氧化物排量方面进行深入的研究，2006年开始承担国家863计划，旨在将目前先进的ITM离子传输膜无机透氧膜商品化，2007年开始建立首条离子传输膜粉体生产线，至今，已在多个领域形成了规模宏大的富氧助燃应用市场；
本技术方案仅针对干法水泥回转窑为降低熟料煅烧标煤耗而设计，其它方面不在本技术方案性能保证之列
本方案详述了技术路线选型、富氧燃烧系统的节能原理、富氧系统组成、富氧系统技术规格等信息，供签订合同作为技术附件；
二、技术路线的确定
富氧燃烧的关键在于如何低成本的供给氧气，富氧装置的运行成本、维护成本、装置造价决定了富氧燃烧实施的成败；
在常温空分领域，SSS?实业可提供的氧气设备产品涵盖变压吸附及其膜分离技术的产品直至两种技术耦合分离工艺的产品，其纯度范围自23%直至99.5%，也是国内唯一一家可以常温空分技术分离纯度高达99.5%以上氧气的专业制造商！
结合各种制氧工艺技术以及炉窑富氧燃烧的特点，SSS?实业推荐采用膜法富氧为干法水泥回转窑提供额外的氧化剂实施富氧燃烧技术改造；
膜渗透法制取富氧空气的过程没有发生物质的相变化和化学变化，制氧过程是在常温和低压下进行。因此，膜法制氧装置具有设备简单，操作容易，安全可靠，能量消耗小，成本低等特点；
膜法制氧装置可将空气的含氧浓度从20.9%浓缩到30%左右。这种氧浓度空气对各种窑炉的富氧燃烧是非常适中和安全的，设备仅机泵须定期保养，无须专人看管。
进行炉窑的富氧技术改造应在确保安全、保证水泥熟料品质的前提下，提高经济运行能力及效率，降低煤耗。富氧燃烧是强化燃烧，该工艺的安装以不改变炉窑的原有结构和正常工作状态，因富氧空气的加入将产生的温度等变化可通过对风量和燃料来调节，对炉窑本身的性能和安全无任何影响；
结合干法水泥回转窑的应用过程特点，选择以膜分离方法制取氧气为干法水泥回转窑提供额外的氧化剂实施富氧燃烧技术改造的原因如下：
1.1膜分离制氧更有利于助燃
膜分离过程制取的氧气是热态的富氧气体，而深冷空分、变压吸附制取的氧气则是常温冷态的富氧气体，热态的富氧气体有利于燃烧；
为使理论燃烧温度保持在窑炉煅烧的合理范围内，通常采取维持理论燃烧温度的技术措施主要有：提高热风温度、进行富氧鼓风、进行脱湿鼓风
显然，热态的富氧、预热的富氧可以取得更好的燃烧效果，一般的，均将富氧、燃料进行预热，使其温度从40～70℃预热到150～200℃，因燃料、助燃风的初始温度大幅度提高，可大大节省部分燃料在炉内所耗热量，有利于减轻燃料对热风的冷却效应，加速燃料燃烧过程，提高燃料燃烧率，使燃料在有限时间、有限空间内燃烧率大幅度提高，从而取得降低成本、提
高产量的效益，SSS?实业及其控股公司设计的膜法富氧系统其出口氧气温度约为120～150℃，非常适合燃烧过程；
而其它技术若需要将制取的常温氧气达到120～150℃的温度则需要额外的废气余热回收过程，不仅带来建造成本的上升，也给安装、施工、场地布置等带来新的挑战！
1.2膜分离制氧能源消耗更低
因为膜分离富氧过程有效的回收了动力设备的压缩能，其制取的是120～150℃温度的富氧，大量的热态富氧空气折算等当量功率，其制氧能量消耗远低于变压吸附方法，可大幅节约运行成本：
膜分离技术制氧时：鼓风机提供约1～2KPa的低压空气作为原料空气进入膜分离器，所作的压缩功很少，主要以真空泵做功抽取富氧，达到2倍的分离压力比以获得纯度约27%的富氧空气，也因为真空泵抽取富氧时2倍的压缩比所压缩的是富氧，因此，所做的压缩功变成了富氧的温升（约100℃），因此，回收了这部分压缩能源，制氧电力消耗低的多；
变压吸附技术制氧时：鼓风机提供约39KPa的低压空气作为原料空气进入变压吸附系统的分子筛床层，因分子筛对吸附温度有严格的要求，超过35℃将大幅降低分子筛的吸附容量，进而降低产氧量，因此，鼓风机压缩的空气（约75℃）应先经水冷换热器冷却至常温（约25℃）后进入床层，也因此，鼓风机的压缩能不仅不能回收，反而要消耗大量的冷却水去冷却压缩气体形成的热能；当经过冷却的原料空气进入分子筛床层后，因吸附床层的分子筛吸附氮气而输出为富氧，装置出口为常温的富氧气体，当分子筛吸附饱和后，以真空泵做功抽取床层中的富氮气体并向大气排放从而使床层内分子筛彻底解吸，恢复吸附性能，也因此，该真空泵尽管抽至约-60KPa所做的功无法回收因压缩产生的压缩能，再者，系统总压缩比139/(100-60)=3.5倍也较膜分离过程要高，能耗相对大！
以制取12000Nm3/h,26.5%纯度富氧为例，采用常温空分工艺的变压吸附方法与膜分离方法的能源消耗比较如下：
SSS?实业膜分离制氧与变压吸附制氧，能源消耗比较表
序 比较项目 采用膜分离工
艺
采用变压吸附工
艺
备注
1 客户富氧空气量需求，m3/h 12000 12000
客户富氧纯度需求 26.5% 26.5% 2 制氧装置流量需求，m3/h 11008.3 964.5
制氧装置折成100%氧气的供氧量，
m3/h
2972.2 868.1 100%纯氧量 制氧系统出口的氧气温度，℃ 130.0 25.0
需要配入的空气量，m3/h 991.7 11035.5
空气氧含量 20.95% 20.95%
混合后富氧气流量，m3/h 12000 12000
混合后富氧气纯度 26.5% 26.5%
3 制氧装置鼓风机升压，Kpa 1.5～2.5 39.2
制氧装置鼓风机流量，m3/h 88066 12056
制氧装置鼓风机装机功率，KW 95.4 180.8
制氧装置真空泵升压，Kpa 50 60
制氧装置真空泵抽速，m3/h 22017 16879
制氧装置真空泵装机轴功率，KW 385.3 323.5
制氧装置总装机轴功率，KW 480.7 504.4
制氧装置名义单耗，KW/m3氧气 0.044 0.523 27%/90%纯度电力消耗
折成100%氧气纯度的单耗，KW/m3 0.162 0.581 折算成100%纯氧量的电力消耗
4 混合前制氧装置制取的富氧带入热
量,KJ
4120106.9 266973.6
富氧空气的定容
比热容
0.718KJ/kg.k 常温25℃下富氧具有的焓值,KJ 3047029.3 266973.6 常温富氧焓值 富氧因温升带入焓值，KJ 1073077.6 0.0
混合前富氧带入的焓值即显热折算
成KWH
298.1 0.0
1W.S=1J，
1KWH=1000*3600J 热工回收效率 62.0% 0.0%
两种制氧方法实际功率消耗,KW 182.6 504.4 实际功率消耗 折算成26.5%的富氧单耗,KW/m3 0.015 0.42
1.3辅助能源、冷却水消耗低
以供氧纯度26.5%，供氧量12000m3/hr为例，因为膜分离所需要配入的空气量为少于变压吸附所需配入的空气量，因此，所需的这部分配入空气的能源消耗也较变压吸附低；仪表空气消耗量也较变压吸附低的多；
此外，变压吸附因为需要将鼓风机升压后的气体冷却至常温，因此，要消耗大量的冷却水去冷却气体，还有，为提高真空泵的真空度，通常还需要消耗软化水加入真空泵去提高真空度，而膜分离设备则无需消耗这些冷却水，更无需消耗软化水；
1.4可靠性高、维护成本低
膜分离过程是静态分离，设备极其简单、故障率低，可靠性非常高，膜分离器具有10年的超长使用寿命，过程中免维护；
而变压吸附制氧过程是动态分离，无论双塔还是多塔，需要很多阀门进行切换，可靠性与膜分离相比要差的多，阀门需要定期维护密封件，维护成本较膜分离系统高；
1.5安全，即开即用，产氧迅速
膜分离设备与变压吸附制氧过程均是纯物理过程制氧，无相变等，安全性好，两种设备的启停都可实现即开即用，尤其膜分离设备，泵开即开，泵停即停，无需复杂的控制手段，开机5分钟即可达到供氧纯度，变压吸附过程则需大约40分钟的周期才能产生符合要求的氧气；
变压吸附因产生约90%纯度的氧气，工程建设需按氧气站建设规范建设，氧气管道等需进行严格的脱脂处理，输送需采用氧气介质压缩设备进行输送，有一定的安全风险，而膜分离因产生的仅为27%纯度的富氧空气，无需按照氧气站建设规范建设、无需采用氧用介质的输送设备，无需脱脂处理，无任何安全隐患
此外，值得注意的是，变压吸附制氧因产生90%的富氧，应用到水泥回转窑助燃过程中需混合一定量的空气，其混合不均匀将造成火焰偏流、形成结焦（越过煤的灰熔点形成结焦），以及存在因气体混合设备意外故障导致烧毁燃烧器甚至窑炉的风险！
1.6设备供货周期短
膜分离设备为模块化拼装设备，设备供货周期短，无需复杂设计，以供氧纯度26.5%，供氧量12000m3/hr为例，一般交货周期为2.5个月，而变压吸附则至少需要4个月的交付周期；
1.7占地小、可模块化扩产
膜分离设备为模块化拼装设备，可跟随客户安装场地任意摆放，无需特定的安装位置要求，占地面积较变压吸附小的多的多，并且，可随意增加模块扩展产量，而无需担心变更原系统；
因此，综上述，采用膜分离富氧技术进行富氧燃烧是首选的技术方案
本案中，采用膜法富氧系统，并通过富氧管路将富氧分别引入干法水泥回转窑，SSS?实业及其控股公司推荐的针对水泥回转窑的富氧燃烧过程有别于其它一般的、通常的富氧燃烧概念，倡导一种与水泥回转窑熟料生产工艺相结合的全富氧燃烧方法，富氧作为氧化剂加入到煅烧窑后，主要以如下措施实现工艺目的：
1）通过向一次风多通道燃烧器分别引入较高纯度的富氧（30～50%）以及较低纯度的富氧（22～30%），强化回转窑窑头燃料的燃烧过程；
2）在分解炉的多通道燃烧器引入较高纯度的富氧（30～50%）以及较低纯度的富氧（22～30%），强化分解炉燃料的燃烧过程；
3）进一步的，在二次风引入大量较低纯度的富氧（22～30%），回收部分热能的同时送入回转窑参与富氧燃烧，强化燃烧过程；
SSS?实业及其控股公司富氧燃烧系统通过这种合理、有序、定量的安排燃烧需要的氧化剂以及与煅烧工艺结合的方法，以改善煤的燃烧条件,缩短燃烧所需的时间,实现燃料的完全燃烧,使传热速率大幅度提高为目的，进而以减少喂煤量,或者增加产能而达到节能降耗，而对窑炉本身的热工系统以及煅烧设备本身的负面影响得以消除，是水泥回转窑富氧助燃的首选！
三、 膜法制氧技术 1.1 膜法制氧技术
膜法制氧技术是国际上七十年代兴起的用高分子膜将浓度为20.9%的空气制成氧浓度较高的富氧空气的新技术，虽然传统的深冷空分和分子筛变压吸附技术制氧均较成熟，但各国都极重视膜法富氧的研究开发，其原因在于膜法富氧在低纯度制氧领域，投资少，设备简单，操作方便，运行费用低，用途广泛。
膜法制氧为提供富氧空气用于燃烧开辟了一条新途径，对于窑炉特别是中低纯度需要大规
模富氧空气的场合，膜法富氧装置的投资、耗能、维修费用总和占深冷空分法的60%，变压吸附法的65%，且安装，操作方便灵活，至今国外膜富氧技术对我国仍不出售、不转让，由SSS ?公司研发的膜材料及基于该材料的膜法制氧及燃烧应用技术为我国工业炉窑应用膜法富氧新技术迈出了全新的一步
1.2 膜法制氧技术原理
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\回收提纯气体的目的。
膜法制氧过程示意图：
如上图，空气经过滤掉粉尘等杂质后，经鼓风机送入膜分离器的原料气入口，在膜分离器中，空气中的氧气较其它组分更容易透过膜材料进入膜分离器的渗透侧经由真空泵输出为富氧空气（产品气），而空气中的氮气、氩气较难透过膜材料则自滞留侧排除出膜分离器，作为废气排向大气，由此，经上述设备组成的膜分离系统，可获取纯度约30%的富氧空气；
1.3 Oxylead ?膜法制氧系统
由SSS? 实业及其控股公司提供的Oxylead ?膜法制氧系统是目前世界上技术先进的膜法富氧系统，它是标准的工业模块化组成装置，接上电源，即可产生富氧空气，SSS? 实业及其控股公司在下列方面具有竞争性领导地位:
1)核心富氧膜材料制造商
2)核心富氧膜组件制造商
3)富氧提取专利工艺流程技术
4)膜与膜分离模拟设计软件
5)一流的膜法富氧工程设计团队
6)丰富的膜法富氧工程应用经验
7)针对大规模富氧助燃开发设计的：
系列化、模块化、标准化、规模化生产的膜单元、大型富氧膜堆
标准化大规模生产的富氧膜单元
单组件流量达7500Nm3/h的富氧膜堆
1.4 Oxylead ?膜法富氧技术特点与技术优势 1.4.1 膜法制氧一般技术特点
无阀门切换等运动部件，不需定期更换易损件，维修量少
分离原料气仅需低压空气(通常为100pa～2000Pa)补给，能源消耗低 通过增加膜分离器，很容易扩大富氧空气产量
低压驱动，负压工作（通常仅需达到-50KPa 即可获取27%左右的富氧），能耗极低 富氧膜分离器具有适中的分离系数和极高的渗透速度：氧气/氮气分离系数：2-3 结构简单，体积小，重量轻，免维护，可在任何场合下使用 分离过程无变压和相变过程。
开、停车方便迅速，开车后5-10分钟内达到氧浓度。 膜的使用寿命视运营环境条件可达5～10年
在氧含量25～35%的富氧空气中，最具优势的性能价格比 1.4.2 Oxylead ?膜制氧技术特点与优势
1.4.3Oxylead ? 膜制氧技术与变压吸附技术的比较
分离工艺
比较项目
变压吸附制氧膜制氧
制氧原理 吸附分离，加压吸附，真空解吸，
靠分子筛（吸附剂）在不同压力下
的氮吸附容量的差异分离氧氮 膜分离，靠膜分离材料对氧氮的选择
性差异分离氧氮
流程/操作模式 复杂，正压/负压操作，操作压力比：
绝对压力比大约为2.5-3倍
简单，常压/负压操作，操作压力比：
绝对压力比大约为2倍
氧气浓度 与适应流量 氧气浓度约90%，适合流量中小型氧
气流量需求，如小于10000m3/hr.
可承受较高能耗的用氧单位
氧气浓度25-35%，可模块化组合，单
组件流量可达7500m3/hr.适合大规
模富氧助燃需求，能耗低，流量无上
限
相对占地面积 较大 较小 相对投资 较小 较小
适用场所 及要求 因为能耗较膜分离高，可适应中小
规模供氧，浓度要求较高的场合
适应大规模供氧，浓度要求不高的应
用场合
能耗指标 较高，因为变压吸附的操作压力比
大于膜分离的操作压力比，同时，
针对富氧燃烧应用过程来说，因其
动力设备的气体压缩能无法像膜分
离过程一样进行回收，因此，能源
消耗较高 低，膜分离过程的操作压力比低，同时，针对富氧燃烧应用过程来说，因其动力设备的气体压缩能可进行回收，制取的是温度达100多度的富氧，因此，能源消耗极低
操作难易程度 系统较复杂，可即开即用，开机40
分钟后能达到指标，可随时停机，
培训后可上岗操作 操作简单，即开即用，开机10分钟即可达到指标，可随时停机，停机多长时间都不会影响工况，可立即投入使用，简单培训甚至无需培训就可上岗操作
安装 复杂 简单
可靠性，维护费用 可靠性较膜分离低，维护费用高，
因为为数众多的切换阀门需要逐年
更换密封圈
可靠性高，维护费用低，除动力设备
真空泵外基本免维护
厂房要求 较大 较小
撬装移动 一般不可以 可以
安全性 次高压操作，较安全 低压操作，安全
主要装置 过滤器、罗茨鼓风机、水冷换热器、
变压吸附分离塔（含分子筛）、罗
茨湿式真空泵、程控切换阀门、氧
气缓冲罐、氧气平衡罐、工艺管件
与调节阀门、控制系统与检测仪表过滤器、离心式鼓风机、膜分离器、干式真空泵、工艺管件、控制系统与
检测仪表
1.4.4Oxylead ? 膜法制氧系统工艺流程简述
Oxylead? 膜法富氧系统是负压操作的膜分离制氧系统；
当空气经过滤后经鼓风机送入膜分离器，洁净的空气经配气孔进入膜分离器内，均匀分散到周围的膜表面上；
以一定分离压力比作为分离动力进行气体分离，通常，Oxylead ?膜法制氧系统为了获得经济的分离性能，以低压力比（压力比为2，即抽真空至-50KPa左右）操作直接获得27%左右的富氧，在能源消耗方面具有绝对的竞争优势！
渗透率高的气体如O2、H2O、CO2等在真空吸引下较快地透过膜壁，在膜的渗透侧富集，进入集气管收集为富氧气体，以真空泵抽取送入用户管线，其富氧浓度约为25-35%；
而渗透率小的气体如N2、Ar其渗透时间长，大部分保留不透过膜，并保留在膜的滞留侧排入大气，所排出的富氮气体纯度达81～85 %；
系统氧气出口压力接近常压，可经由客户原增压风机输送至炉窑以满足后级系统的助燃需求；
1.4.5Oxylead ? 膜法制氧系统主要技术性能特点简述
工艺简单：负压流程板式膜制氧工艺，以真空动力自膜分离器直接抽取富氧空气；
安装简便：膜分离器模块化设计，安装简单，连接方便；
公用工程集约化：占地面积小巧，对厂房要求低；
系统稳定可靠：膜分离工艺，静态分离，系统仅真空泵、鼓风机需进行定期保养维护；
操作方便：单键开停机，操作简单方便；采用过程自动控制全自动完成；
维护简便：可对故障发生的罗茨真空泵进行停机检修，
可扩展性：膜堆与真空泵组可方便的实现生产的简便扩展
控制先进：动力设备软启动或变频，过程控制采用西门子S7系列PLC和计算机联合控制，由可编程控制器，压力变送器，温度传感器，电流互感器，阀位开关及二次仪表组成，主要负责现场各设备的机械动作及连锁控制，可正确处理各种突发故障报警，同时设计上考虑了各级功能分隔，可全自动运行也可以人工操作运行，并具有安全的故障策略导向
该控制系统设立了几套自动控制系统分别是：
1)开、停、切换、降负荷使用自动程序控制。
2)异常报警自动停车系统。
3)电机过载监控报警系统。
4)真空泵监控报警系统
6)压力高低监控自动开停车系统
7）故障导向，在主要故障短时间无法恢复时切换到甲方原工艺要求继续生产
集成的仪控系统可有效地监控整套制氧设备生产过程，确保设备长期稳定可靠运行，操作维护方便，仪控系统检测点设置充分考虑到系统运行各项工艺参数的采集与安全检测等多方面的需要，PID流程测点位号符合国标和空分行业标准
装置的测量和控制以中控室计算机控制为主，必要的操作和紧急停车应在中控室进行，重要的参数应在中控室显示、记录、报警。
具有全套控制软件包，能完全保证装置的长期、稳定、安全运行。具有以下基本控制功能：顺序控制、程控调节、参数优化控制、联锁控制、动力设备监控、管理功能、故障诊断与故障策略导向功能。
顺序控制
能按照工艺给定的条件进行顺序控制和模拟调节，使装置正常工作。
参数优化控制
优化装置的运行工况，获得最佳经济运行效益。
联锁控制
包括工艺参数联动调节、工艺参数安全联锁、产品质量连锁控制等。
动力设备监控
各种动力设备的流程显示，关键参数的监控，动力设备故障的报警和动作联锁。
管理功能（可选）
可以进行完善直观的工艺流程监控与动态显示。如故障自诊断、历史趋势、事故状态和各种操作记录及打印报表并预留工厂管理网络接口模块；
显示与操作下列画面：
A．总貌图
B．工艺流程详图
C．报警画面
D．参数设定
E．阀位状态
F．动力设备监控，开停状态
G．历史趋势（压力、流量、温度、液压、纯度、振动检测/位移〈真空泵） H．实时趋势（压力、流量、温度、液压、纯度、振动检测/位移〈真空泵） 打印功能：
A．班报表
B．日报表
C．月报表
D．随机打印
E．故障记录打印
故障诊断与故障策略导向功能
根据压力、产品纯度、温度、流量、振动检测/位移等参数自动对工艺或设备进行自动诊断，报警及联锁处理。同时对控制系统自身的主要故障如CPU故障、通讯故障进行自诊断，并提出故障警告和安全处理。
针对故障有可靠的故障策略导向，能安全、稳定的对系统进行自纠或停车等降低系统运行风险的故障导向
四、富氧燃烧节能机理
传统上的燃烧过程大都基于空气为氧化剂来源的热工过程，现有热工测算体系也仅限于此普通空气助燃体系，因此，千万别以传统的眼光、传统的测算体系来妄加评测富氧燃烧！富氧燃烧作为一种基于富氧为氧化剂来源的全新的燃烧过程，其节能机理总结如下：
1.1以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧助燃而强化了燃料的燃烧，通俗的说，富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出了所有的热量，提高了燃料的燃烬率！
煤的燃烧分为挥发份的燃烧和焦炭的燃烧，属于一种气固两相的燃烧反应过程，反应的一般步骤如下：
反应分子扩散到表面 ；
分子在表面发生吸附作用 ；
被吸附的分子在表面上进行化学反应 ；
生成物从表面解吸 ；
生成物扩散离开表面；
下图是煤炭粒的燃烧模型示意图，图中显示了碳粒燃烧的反复过程。
上左图为温度低于1200℃时碳粒表面的燃烧 右图为温度高于1200℃时碳粒表面的燃烧 燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在空气中的燃烧速度为280cm/s，在纯氧中的燃烧速度是1175cm/s，是在空气中的4.2倍
关于富氧在燃烧过程中到底起到何种作用，从分析煤炭燃烧过程可知：富氧空气加强了煤炭的活性，提高燃烧的强度，在燃烧过程中起到了积极的作用，下面是助燃空气中氧气含量变化对燃烧影响的分析：
上式表明，在碳粒进行扩散燃烧时，碳粒燃尽时间与碳粒直径d 0的平方成正比，与碳粒所在反应环境中的氧浓度成反比；
上式表明，在碳粒进行动力燃烧时，碳粒燃尽时间与碳粒直径d 0成正比，与碳粒所在反应环境中的氧浓度
成反比；
当碳粒的直径大小在一定的范围内时，碳粒燃尽时间t b 的数值，与成反比，
的值
越大，t b 的值越小，也就是燃尽的时间越短。
在标准状态的普通空气中，
近似于常数，但是在富氧空气状态下，就成为碳粒缩
短燃尽时间的关键，氧气浓度增加，碳粒的燃烧反应加剧，短时间内释放的能量增加，火焰温度提高；
中低温和高温状态下碳粒燃烧和氧浓度的关系：
在中低温情况下，碳粒燃烧速度受化学反应控制，反应速率方程：
]
[22O O f K q =
式中K＝K 0exp（－E/RT）
，2
O q 是单位时间内氧气的消耗量，
2
O f 是反应物碳粒表面的氧浓
度，K 0是反应频率因子， K 是化学反应速度系数， R 是气体常数，E 是炭粒燃烧的活化能；在高温范围内，燃烧受扩散控制，从氧扩散的角度，反应的速率方程：
]
[222O O O f f K q ?=∞?α
式中：α是氧扩散系数，
∞
?2O f 是反应物炭的远处氧浓度；
?∞
2O f 和
2
O f 也可以用氧分压代替。
对上式合并整理，可以得到： )
11(22α+=
∞
?K f q O O
上式表明：在炭粒燃烧反应过程中，氧浓度（或者说氧分压）决定了碳粒的燃烧反应速度，要加快燃烧速度，应当设法增加碳粒表面氧的浓度，富氧助燃就起到了这个效果，使得碳粒的