9月25日，由中國水泥網主辦、中國聯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辦的“2013中國水泥節能技術交流大會”在山東濟南成功召開，大會邀請到行業內眾多知名企業家、專家、學者共聚一堂，總結和分享國內多年水泥節能技術發展成果，將對水泥行業節能技術發展以及實現“十二五”綠色GDP發展目標產生深遠影響。會上煙臺華盛燃燒設備工程有限公司董事長姜政華作了題為《膜法制氧技術在干法水泥爐窯應用前景展望》的主題報告，就膜法制氧技術在水泥爐窯中的應用和前景作了詳細的講解，全文如下：

 煙臺華盛燃燒設備工程有限公司董事長姜政華

　　一、國外膜法制氧助燃技術的發展

　　膜法制氧助燃技術源于美國；70年代末，富氧氣體分離膜法制氧技術是由美國孟山都公司發明，首先應用在農業上；1983年美國康寧公司率先在溶化爐采用全富氧燃燒技術，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膜法制氧助燃設備。

日本松下電器工業有限公司50Nm3/h 板式富氧膜組件

　　發展在日本；上世紀九十年代，日本引進該技術，并且政府介入。從1996始，日本政府規定，所有的工業爐窯、工業鍋爐，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。

　　前蘇聯、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。

日本松下電器工業有限公司250Nm3/h 制氧系統

日本第二代富氧產品

　　日本膜法制氧助燃技術的應用

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

　　綜上所述，燃料在氧濃度26%的全富氧燃燒下，運行最經濟，節能效果最明顯。

　　二、應用于燃燒領域的制氧方法及概況

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

　　變壓吸附制氧技術：發明于1958年，上世紀70年代應用在燃燒領域。20世紀90年代我國把高爐富氧噴煤作為發展鋼鐵工業節能降耗的重點改造項目，在冶金行業推廣使用。

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

　　膜法制氧技術是成熟的技術，為提供富氧空氣用于燃燒領域開辟了一條新途徑。特別是對回轉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，為我國工業爐窯應用膜法制氧開辟出一條全新的道路。

　　三、膜法制氧技術原理

　　膜法制氧技術是利用滲透的原理，即氧分子通過膜向化學勢降低的方向運動，首先運動至膜的外表面層上，并溶解于膜中，然后在膜的內部擴散至膜的內表面層解吸，其推動力為膜兩側的該氣體分壓差，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

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

　　五、膜法制氧-富氧助燃技術節能原理

富氧條件下的爐內各有關溫度的變化及傳熱量的變化

　　富氧助燃技術是近代燃燒的新突破，它是使燃料中的揮發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。該技術強化燃燒，降低空氣過量系數，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化成熱能，工業爐窯或工業鍋爐采用該技術后，一般節能率在5～15%，設備投資回收期短，經濟效益或社會效益是巨大的。發達國家稱該技術為“資源的創造性技術”，并已經在燃燒的各個領域得到應用。

　　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規范建設、無需采用氧用介質的輸送設備，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用于水泥行業的使用壽命對比與參考

　　大多數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環境下的工業設計條件。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，其壽命都對應于實際使用的環境，在不同的環境下材料具有不同的使用壽命。工業設計中，均需對環境污染條件進行必要的過濾設計，以高效過濾措施方可滿足其長效的使用壽命。

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

　　膜法制氧是靜態制氧。經不斷的研發與改進，且長期的應用實踐證明，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定的狀態，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10年后達到富氧膜達到其設計壽命時，沉積下較多的粉塵也可以通過現場清洗措施使得制氧設備恢復其大部分性能。

　　變壓吸附制氧過程是動態制氧，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。可以毫不夸張的說，在水泥工業，無論將變壓吸附制氧過程的羅茨鼓風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。

　　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，圍繞回轉窯進行富氧燃燒時設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，對結合水泥窯富氧燃燒進行富氧純度、流量調節時，僅需簡單的改變真空泵的轉速和真空度參數即可滿足純度與流量的調節，調節過程連續供氧，無需緩沖容積。

　　九、膜法制氧對改造主體設備的安全性影響

　　膜法制氧直接自空氣中制取純度約為30%富氧，系統自開機1分鐘即可達到供氧純度，無需儲存環節，無需混合空氣，可直接入爐，沒有因混合空氣環節帶來的安全性風險，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備的壓縮能，其制取的是120℃左右的富氧，大量熱態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，可大幅節約運行成本。

　　十一、膜法制氧富氧助燃技術開辟了水泥爐窯節能減排的新篇章

　　水泥產業是工業領域節能減排的重點和難點，其節能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業可持續發展起著舉足輕重的作用。

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

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

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

目前，都江堰拉法基水泥有限公司、棗莊中聯水泥有限公司業正在安裝調試期間。

　　十二、目前存在的問題

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

　　1. 干法水泥爐窯的監測儀表、窯操軟件都是按空氣煅燒工藝設計。自動化程度越高，調整越難。

　　2. 現有的窯操員都是按空氣煅燒工藝培養出來的。

　　3. 現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，需要調整二次風溫，燒成帶的監測儀表的位置（因為采用富氧燃燒火焰長度變短，現有的監測儀表位置布置不準，顯示不出真實溫度）；操窯員應按富氧煅燒工藝操作，工藝部門應修改熟料富氧煅燒工藝，調整操作規程，鞏固提高富氧煅燒的節能效果。

　　十三、前景展望

　　據統計，截至2012年底，我國新型干法水泥生產線達到1637條，設計熟料產能達16億噸。如果這些生產線全部采用目前膜法制氧富氧助燃節能技術，按照節煤10%計，年可節煤1997.55萬噸，每噸標煤按980元計，全年可節約資金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線采用膜法制氧全富氧助燃節能技術，節煤率可達30-40%，經濟效益和社會效益巨大。因此，膜法制氧富氧助燃技術是目前工業爐窯實現節能減排降耗的重要手段和必由之路。該技術的成功應用，不僅能帶動其他新生行業，而且標志著我國工業爐窯節能改造在科技創新方面達到了新的高度。隨著國家的大力推廣節能減排產品，富氧助燃節能技術有望成為水泥行業繼純低溫余熱發電之后又一新舉措，將為我國建材行業節能減排和環保事業作出巨大貢獻。