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[供應]VPSA制氧在全氧燃燒上的應用
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- 更新日期：2019-01-09 15:48:09
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VPSA制氧在全氧燃燒上的應用
詳細信息
摘要：詳細介紹了全氧燃燒的特點，VPSA制氧機的經濟性和深冷法制氧的對比。
關鍵詞：VPSA制氧機；玻纖；變壓吸附等
一、全氧燃燒的發(fā)展歷史
燃燒是物體快速氧化，產生光和熱的過程，燃燒是大自然本身就有的一種自然現象，人類掌握燃燒技術結束了飲毛茹血的野蠻時代，也為近代工業(yè)化革命奠定了基礎。燃燒的本質是氧化還原反應，廣義燃燒不一定要有氧氣參加，任何發(fā)光、發(fā)熱的劇烈化學反應，都可以叫燃燒。
在一個完整的燃燒反應中，某物質和氧化劑反應，其生成物為燃料的各元素氧化反應后的產物。例如：
CH4+2O2→CO2+2H2O+能量
CH2S+6F2→CF4+2HF+SF6
2H2+O2→2H2O(g)+能量
然而通常情況下我們很難實現完全的燃燒反應。當燃燒反應達到化學平衡時，會產生多種主要和次要產物；例如燃燒碳時會產生COX。此外，在大氣中發(fā)生燃燒反應時，因為大氣中含有78%的氮氣的緣故，會產生各式各樣的氮氧化物（NOX）。
現代工業(yè)生產大量存在需要加熱的過程，除去電、光、熱交換等辦法外，依靠燃料燃燒加熱原材料、工件實現工業(yè)化生產依然是目前主流的手段。目前可供燃燒的燃料包括天然氣、煤氣、重油等燃料?，F代工業(yè)中不論哪種燃料，通過燃燒產生熱量加熱工件一定是利用到燃料中的可燃成分，如C、CH4、H等，而助燃的一定存在（O2）氧氣。傳統(tǒng)的燃燒使用的是上述燃料時，提供氧氣的介質通長為大自然無償給予的空氣。眾所周知，空氣的組成是20.95%氧，78.12%氮和0.93％氬，其它組分含量甚微，可以忽略不計。所以在使用空氣助燃的時候，起有效成份只有大約20.95%氧氣在起作用，超過78%的氮氣和其它成分不僅不能產生熱量，反而會在燃燒過程中消耗和帶走大量的熱量。雖然在現代工業(yè)發(fā)展的過程中，人們設計出很多辦法提高燃燒效率，蓄熱室、熱交換器、燃燒裝置、窯爐結構……但是均沒有從根本上改變這一現狀。
全氧燃燒（又稱為純氧燃燒）技術的燃燒模式為燃料+氧氣，隨著制氧技術的迅猛發(fā)展及電力成本的降低，由氧氣+燃料組成的純氧燃燒技術在現代工業(yè)中成為取代由空氣、燃料組成的常規(guī)燃燒方式的更好的選擇方案，這是因為純氧燃燒在環(huán)保、節(jié)能、產量、質量、減少設備投資和節(jié)省廠房場地等諸多方面均有優(yōu)異的表現。目前國內在冶金、電力、化工、建材、熱加工、玻璃熔化、加工等行業(yè)，全氧燃燒技術已經得到廣泛的應用。
二、全氧燃燒在玻纖上的發(fā)展
從2009年起，國內玻纖企業(yè)開始逐步涉入全氧燃燒技術領域，目前國內行業(yè)內的領先企業(yè)巨石玻纖、泰山玻纖、重慶復合材料、忠信世紀均已全部或部分使用全氧燃燒或全氧助燃技術，取得了不錯的效果。特別令人欣慰的是，由于使用全氧燃燒技術后玻纖的品質、企業(yè)環(huán)保、節(jié)能方面的巨大優(yōu)勢，目前國內眾多有實力的玻纖企業(yè)均已進入這一領域，玻纖行業(yè)已經成為國內運用全氧燃燒技術最為廣泛的行業(yè)之一。山東玻纖自2011年起連續(xù)7套設備，總產量達到14000Nm3/h，所有設備為錦程氣體獨家承建，設備運行優(yōu)良，得到山東玻纖的贊譽。
三、氧氣的制備
全氧燃燒技術有別于傳統(tǒng)的空氣助燃技術的根本就在于在燃料燃燒時為其提供高純度的氧氣，關于全氧燃燒氧氣純度的定義目前國家并沒有建立起可供執(zhí)行的標準。有氧氣純度高于85%和90%等多種說法，當然提供的氧氣純度越高也就意味著制備氧氣所需的能耗越高，但是用時燃燒效果就越好。
空氣中含有約21%（體積濃度） 的氧氣，是最廉價的制氧原料，因此氧氣一般都通過從空氣中分離獲得。純氧燃燒對氧氣的濃度要求需要達到93%以上，由于使用液氧的成本較高，因此大部分玻纖生產線都是采用自建氧站或者購買管道氧氣來解決氧氣來源問題，同時在廠區(qū)設置液氧儲罐儲存液氧作為備用，這樣就可以實現在制氧站檢修或者故障時仍然能夠向窯爐供應助燃氧氣。目前為全氧燃燒窯爐提供氧氣的途徑一般有以下2種：
3.1變壓吸附制氧
分離原理：將空氣壓縮，再降溫、冷卻后液化，然后利用專用設備—精餾塔得以實現空氣分離為氧和氮、氬等。作為傳統(tǒng)制氧技術，氧氣純度高（一般可以達到99%以上）、產品種類多，適用于大規(guī)模制氧（一般主打10000Nm 3 / h以上的氧氣制備，目前最大可提供60000Nm3/h的成套設備）。其設備噪聲低，需要多名專業(yè)人員維護。系統(tǒng)較為復雜，維護較困難。如工廠氧用量較少時，其成本較高。
制氧成本：中小型制氧電耗高， 約為0.6～1.0KW/Nm3 ，設備投資費用高。
3.2 變壓吸附也稱VPSA（Vacuum Pressure Swing Adsorption）技術
工作原理：加壓吸附，抽真空解吸，利用氧氮吸附能力不同達到分離的目的。
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