一座約30米長、14米寬、接近3層樓高的“大家伙”如何成為治理霧霾的“神秘武器”？產(chǎn)量增加12%，節(jié)煤率達到8.18%以上，這種被發(fā)達國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術”如何引發(fā)燃燒領域的“二次革命”？

只有站在煙臺華盛燃燒設備工程有限公司生產(chǎn)的富氧設備面前，你才明白何為“重量級”：近30米長的機身長度，十幾噸的噸位重量，這臺被稱為“膜法富氧助燃節(jié)能裝置”的設備書寫了該技術富氧流量最大的“中國記錄”。外表略顯粗獷的設備“內芯”，卻是細膩十足：這邊空氣進入，那邊氧氣出來，神奇的物理化學反應支持的是15%左右節(jié)能效率的提升。

“膜法制氧、富氧助燃節(jié)能技術是燃燒領域的二次革命”，幾十年技術積淀集于一臺設備，通過協(xié)同創(chuàng)新與自主創(chuàng)新最終研發(fā)成功，“富氧助燃節(jié)能裝置”并不缺乏漫長的往事和刻骨銘心的細節(jié)，但對發(fā)明者、煙臺華盛燃燒設備工程有限公司董事長姜政華來說，設備的意義并不僅僅是行業(yè)專業(yè)眼中的“國際同類產(chǎn)品的先進水平”如此簡單，更在于它擁有一種改變燃燒領域的現(xiàn)狀，對當下牽動國人神經(jīng)的節(jié)能減排提供了一劑良方。

用“資源的創(chuàng)造性技術”膜法富氧燃燒技術對付霧霾，如何撥開云霧見天日？

這是一個危險的信號：消除霧霾呼喚科技創(chuàng)新之風

霧霾，不再是北方城市的專利。曾經(jīng)大多在京津冀地區(qū)盤踞的霧霾，如今已經(jīng)成為全國性的問題。

今年1月，我國中東部地區(qū)頻發(fā)4次大范圍霧霾天氣，影響區(qū)域達30個�。▍^(qū)、市）。其中1月6日—16日，中東部大部地區(qū)出現(xiàn)了入冬以來持續(xù)時間最長、影響范圍最廣、強度最強的霧霾天氣過程。實際上，在剛剛過去的2013年中，我國有104個城市曾重度“淪陷”，平均霧霾天創(chuàng)52年之最；多地橙色、紅色預警不斷。從2013年到2014年，霧霾成了城市里揮之不去的陰影，呼吸一下新鮮的空氣似乎成了奢求。煩不勝煩的霧霾天氣給大氣環(huán)境、群眾健康、交通安全等帶來了極為嚴重的影響，受污染的每一個城市的各個系統(tǒng)都承受著巨大的壓力。

毋庸置疑，霧霾治理迫在眉睫，已經(jīng)成為眼下社會關注的環(huán)保首要大事！

中科院對北京PM2.5化學組成及來源的季節(jié)性變化進行了研究。研究成果表明，如果將燃煤、工業(yè)污染和二次無機氣溶膠（氣溶膠，是對懸浮在大氣中的固態(tài)或液態(tài)微粒的統(tǒng)稱）三個來源合并起來，化石燃料燃燒排放成為北京PM2.5污染的主要來源。

我國能源結構的特點是“多煤貧油少氣”，這是國情。長期以來，煤炭是中國的主體能源和重要的工業(yè)原料，在我國一次能源消費結構中的比重在65％以上。一次能源以煤炭為主，燃煤電廠排放二氧化硫和氮氧化物均居各行業(yè)首位，鋼鐵、建材、工業(yè)窯爐等行業(yè)都是高耗能污染排放行業(yè)，而這些行業(yè)均是大氣污染治理的重點行業(yè)。這也提醒著人們：治理霧霾，應向一次能源中的高耗能行業(yè)開刀。

2013年底，國家發(fā)改委發(fā)布第44號《2012年萬家企業(yè)節(jié)能目標責任考核結果》稱，2012年參加節(jié)能目標責任考核企業(yè)14542家考核企業(yè)中“未完成”等級有1338家企業(yè)，其中水泥企業(yè)占有84家。水泥工業(yè)作為我國國民經(jīng)濟建設的重要基礎材料產(chǎn)業(yè)，在百姓心中一直屬于高能耗、高排放的企業(yè)，而全國性的嚴重霧霾天氣，更是將水泥工業(yè)的污染詬病推上了風口浪尖。

觸目驚心的一組數(shù)據(jù)是：一方面，我國擁有水泥企業(yè)近5000家，產(chǎn)量已連續(xù)20多年位居世界首位；另一方面，水泥工業(yè)在支撐國民經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染。水泥生產(chǎn)中產(chǎn)生許多細顆粒和硫化物、氮氧化物都是形成PM2.5的因素，可以說水泥工業(yè)是副產(chǎn)PM2.5的大戶。資料顯示，中國水泥工業(yè)排放的水泥粉(煙)塵占全國工業(yè)粉塵排放總量的39%，氮氧化物排放量約占全國總量的10%—12%。2012年中國水泥工業(yè)粉塵、二氧化硫和氮氧化物的排放量分別為368萬噸、137萬噸、240萬噸。據(jù)介紹，我國每生產(chǎn)一噸水泥熟料的粉塵排放量為915克/立方納米，是國標限值90克/立方納米的10倍！

消除霧霾期待科技創(chuàng)新！就如何解決以上難題，國務院參事蔣明麟說得好：要抓好水泥產(chǎn)業(yè)環(huán)保工作，必須樹立危機意識，增強做好工作的責任心和使命感；必須確立從全局和系統(tǒng)分析問題的能力；必須大力推動科技創(chuàng)新，促進產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級；政府職能部門必須發(fā)揮政策引導、市場監(jiān)管的職責。

這是智慧的時代：“資源的創(chuàng)造性技術”大有可為

“這是最好的時代，這是最壞的時代，這是智慧的時代，這是愚蠢的時代。”以狄更斯在《雙城記》中的開篇之語形容當下的霧霾治理非常貼切。

一方面霧鎖中國，亟待科技發(fā)力；另一方面政府出手，召喚減排新品的出現(xiàn)。而被發(fā)達國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術”的富氧燃燒技術自然站到了舞臺中央。

2013年10月10日，國家發(fā)改委環(huán)資司副司長謝極表示，“十二五”節(jié)能減排實際進度落后于目標，當初確定的五年目標為單位國內生產(chǎn)總值（GDP）能源下降16%，但規(guī)劃前兩年只下降了5.5%，只完成了“十二五”進度的32.7%。按照時間進度前兩年應該完成40%左右，但現(xiàn)在實際進度落后目標，后3年國家層面面臨巨大減排壓力。

2013年12月27日，國家環(huán)保部會同國家質檢總局發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》及其配套的《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護技術規(guī)范》等3項標準，以及《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》等6項有色金屬行業(yè)排放標準修改單，增設了大氣污染物特別排放限值。

其中，業(yè)界最為關心的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》中明確指出，水泥行業(yè)現(xiàn)有與新建生產(chǎn)線氮氧化物排放標準為400毫克/立方米�，F(xiàn)有企業(yè)2015年6月30日前仍執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）中的標準，自2015年7月1日起執(zhí)行新標準，新建企業(yè)自2014年3月1日起執(zhí)行新標準。重點地區(qū)企業(yè)執(zhí)行生產(chǎn)線排放標準為320毫克/立方米。

新的標準調整了大氣污染物排放限值，增加了適用于重點地區(qū)的大氣污染物特別排放限值。新標準重點提高了PM、氮氧化物排放控制要求。根據(jù)除塵、脫硝技術進步情況，新標準規(guī)定的PM排放限值由現(xiàn)行標準的50毫克/立方米（水泥窯等熱力設備）和30毫克/立方米（水泥磨等通風設備）收嚴至30毫克/立方米和20毫克/立方米；新標準規(guī)定的氮氧化物排放限值由現(xiàn)行標準的800毫克/立方米收嚴至400毫克/立方米，促進水泥企業(yè)采用工藝控制（如低氮燃燒器、分解爐分級燃燒、燃料替代等）和末端治理（目前較為成熟可行的是SNCR技術）相結合的措施，有效控制氮氧化物排放。

新標準一旦施行，預期效益明顯。據(jù)環(huán)保部測算表示，實施新的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》將使水泥工業(yè)年PM排放將在目前200—250萬噸基礎上削減約77萬噸，削減30.8%—38.5%；氮氧化物年排放將在目前190—220萬噸基礎上削減約98萬噸，削減44.5%—51.6%。此外，落實《大氣污染防治行動計劃》重點配套標準的《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2001）和廣受公眾關注的《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001）修訂工作正在抓緊推進，修訂草案收嚴了污染物排放限值、提高了監(jiān)控要求。

一項項政策，一條條標準，呼喚著減排新產(chǎn)品的出現(xiàn)，也催促著煙臺華盛燃燒設備工程有限公司“重量級環(huán)保產(chǎn)品”的研發(fā)力度——2009年底，中國膜法富氧助燃技術的頂尖之作在華盛誕生，“膜法富氧助燃技術是近代燃燒領域的新突破，它可使燃料中的揮發(fā)份和沒燃盡的碳粒子在富氧中充分燃燒，極大地轉化成熱能，并降低燃燒后的排氣量、粉塵量和二氧化碳。”姜政華自信，該技術“已發(fā)展成為適用于水泥、建材、鋼鐵、有色冶金、玻纖各種工業(yè)鍋爐（窯爐）的節(jié)能集成技術。”

“新式武器”亮相：富氧燃燒技術或能留住藍天白云

“新式武器”甫一亮相，注定與眾不同。

2012年8月18日，一種名為“MZYR-12000富氧助燃節(jié)能裝置”在中國企業(yè)500強河南天瑞集團汝州水泥有限公司日產(chǎn)5000噸的水泥回轉窯上投入試運行。這是目前我國水泥爐窯配備的最大膜法富氧助燃裝置。

何為膜法富氧助燃？

“氧濃度大于21%、小于40%的氣體稱為富氧富氧助燃技術”，富氧助燃節(jié)能裝置的研發(fā)者、煙臺華盛燃燒設備工程有限公司姜政華向本報記者揭示了富氧助燃的神奇過程：“當氧濃度大于21%、小于40%的氣體稱為富氧。在燃燒設備最需要富氧的地方局部增氧助燃的過程稱為富氧助燃。”姜政華強調：“在助燃空氣中沒增加1%的氧氣，則相應減少4%的氮氣，所以富氧燃燒提高燃燒效率，減少廢氣排放是環(huán)保的選擇。”

燃燒是人類獲取能源的主要途徑，世界上80%以上的能源都來自燃燒，而這更是中國以火電為主體的能源現(xiàn)狀。人類通過燃燒獲得能量的同時，也產(chǎn)生了大量溫室氣體和酸性氣體，而這些是造成霧霾的重要原因之一。富氧助燃恰恰是近代燃燒的新突破，它是使燃料中的揮發(fā)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。從某種程度上，推廣富氧助燃正是最貼合中國能源國情的“中國道路”。

人們并沒有想到，安裝在河南天瑞水泥設備上的裝置能夠產(chǎn)生如此之功效。

經(jīng)效果試驗，爐窯火焰溫度提高了200℃，二次風溫提高100℃，節(jié)煤率達到8.18%。通過在線儀表進行測試，該公司加裝富氧助燃裝置后，水泥窯排放煙氣中NOx濃度降低了15.64%，二氧化硫濃度降低了7.71%，同時煙氣流速降低了2.28%，煙氣排放等各項指標達到了設計要求。

“2012年11月25日水泥窯富氧煅燒投入正式運行。從11月25日到12月2日，又進行了192小時的正式有富氧運行觀察，節(jié)煤率達到了10.19%。從2012年11月25日正式投入運行，至2013年1月9日停窯檢修，平均日產(chǎn)孰料提高約200t/d左右，平均節(jié)煤率為10.73%。”使用富氧煅燒后，天瑞集團水泥有限公司總工賈華平如是說，“爐窯操作運行穩(wěn)定；窯內熱負荷穩(wěn)定；窯皮穩(wěn)定；熟料質量穩(wěn)定并有提高；熟料的外觀顏色明顯改善；有提高熟料產(chǎn)量的能力；不影響低溫余熱發(fā)電工作；向大氣排放的主要指標均呈下降趨勢。”

“填補了該領域的國內空白，達到國際同類產(chǎn)品的領先水平。”這是姜政華帶領公司技術人員研發(fā)設備的科技高度，更是帶給環(huán)保領域一份禮物，“這臺裝置采用了國內最新的技術制造，首次把膜法制氧裝置大型化，為了保障在惡劣環(huán)境下的使用，他們精心設計了自潔式PLC控制空氣過濾裝置，可確保膜組件的使用壽命長達10年以上。同時，該裝置還首次采用了大型集成化膜組件，可使富氧流量每小時達到24000立方米，能滿足日產(chǎn)10000噸水泥爐窯和企業(yè)自備熱電聯(lián)產(chǎn)每小時450噸以下的鍋爐使用。據(jù)了解，局部全富氧助燃技術的應用，不僅讓工業(yè)爐窯節(jié)能率達到10%—15%，也使設備的性價比更加合理。”

除了在水泥產(chǎn)業(yè)，富氧助燃節(jié)能裝置在石灰回轉爐窯上的節(jié)能效果同樣顯著。2009年8月，我國首臺應用于石灰回轉窯的膜法富氧助燃節(jié)能裝置在濟南鋼鐵集團耐火材料有限責任公司投入運行。在不增加燃料前提下爐膛火焰溫度升高109℃，產(chǎn)品產(chǎn)量增加12.34%，節(jié)能率達到10.3%，煙塵排放量大為減少。顯著的節(jié)能效果，讓該公司又購置了第二臺富氧助燃節(jié)能裝置，并于2010年4月投入運行，綜合節(jié)能率達10%以上。

減少煙氣排放，減少燃料投入，在“兩頭瘦身”的前提下，富氧燃燒技術卻能神奇的將燃燒效率和產(chǎn)出大幅度增加，原因何在？

空氣中氧氣的體積含量約為21%，氮氣與極少量的惰性氣體的體積含量約為79%，在燃燒過程中，真正參與燃燒反應的只有約占空氣體積21%的氧氣，而占空氣體積79%的氮氣和惰性氣體不但不能助燃，還會在燃燒過程中帶走大量的熱量，所以嚴重制約了工業(yè)爐窯的熱效率。在工業(yè)爐窯中使用富氧燃燒技術后，不參與燃燒反應的氮氣量大大減小，因此由氮氣帶走的熱損失也大大減小，節(jié)省了加熱部分氮氣所需的燃料量，還將從根本上改善爐膛內部燃料的分布及燃燒狀態(tài)。

燃料在燃燒時因缺氧會導致設備熱效率低下，因此造成了極大的能源浪費。研究資料表明，煤炭（包括油品、天然氣）在氧濃度為26%時燃燒最完全，速度最快，溫度最高，熱輻量強度最大。而膜法制氧、富氧助燃的燃燒機理就是高分子膜在壓力差的作用下，使空氣中的氧氣優(yōu)先通過，送入燃燒設備中，從而提高工業(yè)爐窯內氧氣的含量，使燃料在燃燒中最大化地轉為熱能，大幅度提高工業(yè)爐窯的燃燒效率，由此達到節(jié)能之目的。

對富氧燃燒而言，首先，由于其節(jié)能效果，在總體能源雪球不變的條件下，燃料使用量會有明顯的減少，可以減少燃料型氮氧化物的排放。其次，由于煙氣量中含氧量上升，含氮量會有明顯下降。設空氣中含氮量為78%，含氧量21%，通過簡單的計算可得，富氧空氣氧含量為25%時，助燃空氣中的N2濃度下降至74%，降低5.1%；富氧空氣氧含量為29%時，助燃空氣中N2濃度降至70%。降低10.2%。同時空氣總量減少，總N2會有大幅下降。從這個角度來看，含氧量的上升有利于減排氮氧化物。

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