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[供應(yīng)]VPSA制氧在全氧燃燒上的應(yīng)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(yīng)用
詳細(xì)信息
摘要：詳細(xì)介紹了全氧燃燒的特點(diǎn)，VPSA制氧機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和深冷法制氧的對比。
關(guān)鍵詞：VPSA制氧機(jī)；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(chǎn)生光和熱的過程，燃燒是大自然本身就有的一種自然現(xiàn)象，人類掌握燃燒技術(shù)結(jié)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(chǔ)。燃燒的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，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(xué)反應(yīng)，都可以叫燃燒。
在一個完整的燃燒反應(yīng)中，某物質(zhì)和氧化劑反應(yīng)，其生成物為燃料的各元素氧化反應(yīng)后的產(chǎn)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(shí)現(xiàn)完全的燃燒反應(yīng)。當(dāng)燃燒反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，會產(chǎn)生多種主要和次要產(chǎn)物；例如燃燒碳時會產(chǎn)生COX。此外，在大氣中發(fā)生燃燒反應(yīng)時，因?yàn)榇髿庵泻?8%的氮?dú)獾木壒?，會產(chǎn)生各式各樣的氮氧化物（NOX）。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)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。現(xiàn)代工業(yè)中不論哪種燃料，通過燃燒產(chǎn)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(zhì)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?dú)夂推渌煞植粌H不能產(chǎn)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(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的過程中，人們設(shè)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(jié)構(gòu)……但是均沒有從根本上改變這一現(xiàn)狀。
全氧燃燒（又稱為純氧燃燒）技術(shù)的燃燒模式為燃料+氧氣，隨著制氧技術(shù)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(shù)在現(xiàn)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?yàn)榧冄跞紵诃h(huán)保、節(jié)能、產(chǎn)量、質(zhì)量、減少設(shè)備投資和節(jié)省廠房場地等諸多方面均有優(yōu)異的表現(xiàn)。目前國內(nèi)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(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
二、全氧燃燒在玻纖上的發(fā)展
從2009年起，國內(nèi)玻纖企業(yè)開始逐步涉入全氧燃燒技術(shù)領(lǐng)域，目前國內(nèi)行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)巨石玻纖、泰山玻纖、重慶復(fù)合材料、忠信世紀(jì)均已全部或部分使用全氧燃燒或全氧助燃技術(shù)，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(shù)后玻纖的品質(zhì)、企業(yè)環(huán)保、節(jié)能方面的巨大優(yōu)勢，目前國內(nèi)眾多有實(shí)力的玻纖企業(yè)均已進(jìn)入這一領(lǐng)域，玻纖行業(yè)已經(jīng)成為國內(nèi)運(yùn)用全氧燃燒技術(shù)最為廣泛的行業(yè)之一。山東玻纖自2011年起連續(xù)7套設(shè)備，總產(chǎn)量達(dá)到14000Nm3/h，所有設(shè)備為錦程氣體獨(dú)家承建，設(shè)備運(yùn)行優(yōu)良，得到山東玻纖的贊譽(yù)。
三、氧氣的制備
全氧燃燒技術(shù)有別于傳統(tǒng)的空氣助燃技術(shù)的根本就在于在燃料燃燒時為其提供高純度的氧氣，關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。有氧氣純度高于85%和90%等多種說法，當(dāng)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(dá)到93%以上，由于使用液氧的成本較高，因此大部分玻纖生產(chǎn)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(shè)置液氧儲罐儲存液氧作為備用，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在制氧站檢修或者故障時仍然能夠向窯爐供應(yīng)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(shè)備—精餾塔得以實(shí)現(xiàn)空氣分離為氧和氮、氬等。作為傳統(tǒng)制氧技術(shù)，氧氣純度高（一般可以達(dá)到99%以上）、產(chǎn)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(shè)備）。其設(shè)備噪聲低，需要多名專業(yè)人員維護(hù)。系統(tǒng)較為復(fù)雜，維護(hù)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(shè)備投資費(fèi)用高。
3.2 變壓吸附也稱VPSA（Vacuum Pressure Swing Adsorption）技術(shù)
工作原理：加壓吸附，抽真空解吸，利用氧氮吸附能力不同達(dá)到分離的目的。
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