本報(bào)記者 魏 東

　　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(dá)到8.18%以上，這種被發(fā)達(dá)國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”如何引發(fā)燃燒領(lǐng)域的“二次革命”？

　　只有站在煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司生產(chǎn)的富氧設(shè)備面前，你才明白何為“重量級”：近30米長的機(jī)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(shè)備書寫了該技術(shù)富氧流量最大的“中國記錄”。外表略顯粗獷的設(shè)備“內(nèi)芯”，卻是細(xì)膩十足：這邊空氣進(jìn)入，那邊氧氣出來，神奇的物理化學(xué)反應(yīng)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(shù)是燃燒領(lǐng)域的二次革命”，幾十年技術(shù)積淀集于一臺設(shè)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(xì)節(jié)，但對發(fā)明者、煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司董事長姜政華來說，設(shè)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(jìn)水平”如此簡單，更在于它擁有一種改變?nèi)紵I(lǐng)域的現(xiàn)狀，對當(dāng)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(shù)”膜法富氧燃燒技術(shù)對付霧霾，如何撥開云霧見天日？

　　這是一個(gè)危險(xiǎn)的信號：消除霧霾呼喚科技創(chuàng)新之風(fēng)

　　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(dá)30個(gè)�。▍^(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(shí)間最長、影響范圍最廣、強(qiáng)度最強(qiáng)的霧霾天氣過程。實(shí)際上，在剛剛過去的2013年中，我國有104個(gè)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(yù)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(yán)重的影響，受污染的每一個(gè)城市的各個(gè)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(guān)注的環(huán)保首要大事！

　　中科院對北京PM2.5化學(xué)組成及來源的季節(jié)性變化進(jìn)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(jī)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(gè)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(diǎn)行業(yè)。這也提醒著人們：治理霧霾，應(yīng)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(biāo)責(zé)任考核結(jié)果》稱，2012年參加節(jié)能目標(biāo)責(zé)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(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)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(yán)重霧霾天氣，更是將水泥工業(yè)的污染詬病推上了風(fēng)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(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。水泥生產(chǎn)中產(chǎn)生許多細(xì)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(biāo)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(wù)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(jī)意識，增強(qiáng)做好工作的責(zé)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(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級；政府職能部門必須發(fā)揮政策引導(dǎo)、市場監(jiān)管的職責(zé)。

　　這是智慧的時(shí)代：“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”大有可為

　　“這是最好的時(shí)代，這是最壞的時(shí)代，這是智慧的時(shí)代，這是愚蠢的時(shí)代�！币缘腋乖凇峨p城記》中的開篇之語形容當(dāng)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(dá)國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”的富氧燃燒技術(shù)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(shí)際進(jìn)度落后于目標(biāo)，當(dāng)初確定的五年目標(biāo)為單位國內(nèi)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(jìn)度的32.7%。按照時(shí)間進(jìn)度前兩年應(yīng)該完成40%左右，但現(xiàn)在實(shí)際進(jìn)度落后目標(biāo)，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(zhì)檢總局發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》及其配套的《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》等3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以及《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等6項(xiàng)有色金屬行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)修改單，增設(shè)了大氣污染物特別排放限值。

　　其中，業(yè)界最為關(guān)心的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）中的標(biāo)準(zhǔn)，自2015年7月1日起執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，新建企業(yè)自2014年3月1日起執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)地區(qū)企業(yè)執(zhí)行生產(chǎn)線排放標(biāo)準(zhǔn)為320毫克/立方米。

　　新的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了大氣污染物排放限值，增加了適用于重點(diǎn)地區(qū)的大氣污染物特別排放限值。新標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)提高了PM、氮氧化物排放控制要求。根據(jù)除塵、脫硝技術(shù)進(jìn)步情況，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PM排放限值由現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的50毫克/立方米（水泥窯等熱力設(shè)備）和30毫克/立方米（水泥磨等通風(fēng)設(shè)備）收嚴(yán)至30毫克/立方米和20毫克/立方米；新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氮氧化物排放限值由現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的800毫克/立方米收嚴(yán)至400毫克/立方米，促進(jìn)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(shù)）相結(jié)合的措施，有效控制氮氧化物排放。

　　新標(biāo)準(zhǔn)一旦施行，預(yù)期效益明顯。據(jù)環(huán)保部測算表示，實(shí)施新的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》將使水泥工業(yè)年P(guān)M排放將在目前200—250萬噸基礎(chǔ)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(chǔ)上削減約98萬噸，削減44.5%—51.6%。此外，落實(shí)《大氣污染防治行動計(jì)劃》重點(diǎn)配套標(biāo)準(zhǔn)的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2001）和廣受公眾關(guān)注的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）修訂工作正在抓緊推進(jìn)，修訂草案收嚴(yán)了污染物排放限值、提高了監(jiān)控要求。

　　一項(xiàng)項(xiàng)政策，一條條標(biāo)準(zhǔn)，呼喚著減排新產(chǎn)品的出現(xiàn)，也催促著煙臺華盛燃燒設(shè)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(shù)的頂尖之作在華盛誕生，“膜法富氧助燃技術(shù)是近代燃燒領(lǐng)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(zhuǎn)化成熱能，并降低燃燒后的排氣量、粉塵量和二氧化碳�！苯A自信，該技術(shù)“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(shù)�！�

　　“新式武器”亮相：富氧燃燒技術(shù)或能留住藍(lán)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(qiáng)河南天瑞集團(tuán)汝州水泥有限公司日產(chǎn)5000噸的水泥回轉(zhuǎn)窯上投入試運(yùn)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(shù)”，富氧助燃節(jié)能裝置的研發(fā)者、煙臺華盛燃燒設(shè)備工程有限公司姜政華向本報(bào)記者揭示了富氧助燃的神奇過程：“當(dāng)氧濃度大于21%、小于40%的氣體稱為富氧。在燃燒設(shè)備最需要富氧的地方局部增氧助燃的過程稱為富氧助燃�！苯A強(qiáng)調(diào)：“在助燃空氣中沒增加1%的氧氣，則相應(yīng)減少4%的氮?dú)猓愿谎跞紵岣呷紵�，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(shí)，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(qiáng)的技術(shù)。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(shè)備上的裝置能夠產(chǎn)生如此之功效。

　　經(jīng)效果試驗(yàn)，爐窯火焰溫度提高了200℃，二次風(fēng)溫提高100℃，節(jié)煤率達(dá)到8.18%。通過在線儀表進(jìn)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(shí)煙氣流速降低了2.28%，煙氣排放等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　“2012年11月25日水泥窯富氧煅燒投入正式運(yùn)行。從11月25日到12月2日，又進(jìn)行了192小時(shí)的正式有富氧運(yùn)行觀察，節(jié)煤率達(dá)到了10.19%。從2012年11月25日正式投入運(yùn)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%�！笔褂酶谎蹯褵�，天瑞集團(tuán)水泥有限公司總工賈華平如是說，“爐窯操作運(yùn)行穩(wěn)定；窯內(nèi)熱負(fù)荷穩(wěn)定；窯皮穩(wěn)定；熟料質(zhì)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(biāo)均呈下降趨勢�！�

　　“填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國內(nèi)空白，達(dá)到國際同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平�！边@是姜政華帶領(lǐng)公司技術(shù)人員研發(fā)設(shè)備的科技高度，更是帶給環(huán)保領(lǐng)域一份禮物，“這臺裝置采用了國內(nèi)最新的技術(shù)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(shè)計(jì)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(dá)10年以上。同時(shí)，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(shí)達(dá)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(shí)450噸以下的鍋爐使用。據(jù)了解，局部全富氧助燃技術(shù)的應(yīng)用，不僅讓工業(yè)爐窯節(jié)能率達(dá)到10%—15%，也使設(shè)備的性價(jià)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(zhuǎn)爐窯上的節(jié)能效果同樣顯著。2009年8月，我國首臺應(yīng)用于石灰回轉(zhuǎn)窯的膜法富氧助燃節(jié)能裝置在濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)耐火材料有限責(zé)任公司投入運(yùn)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(dá)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(yùn)行，綜合節(jié)能率達(dá)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(shù)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?dú)馀c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(yīng)的只有約占空氣體積21%的氧氣，而占空氣體積79%的氮?dú)夂投栊詺怏w不但不能助燃，還會在燃燒過程中帶走大量的熱量，所以嚴(yán)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(shù)后，不參與燃燒反應(yīng)的氮?dú)饬看蟠鬁p小，因此由氮?dú)鈳ё叩臒釗p失也大大減小，節(jié)省了加熱部分氮?dú)馑璧娜剂狭�，還將從根本上改善爐膛內(nèi)部燃料的分布及燃燒狀態(tài)。

　　燃料在燃燒時(shí)因缺氧會導(dǎo)致設(shè)備熱效率低下，因此造成了極大的能源浪費(fèi)。研究資料表明，煤炭（包括油品、天然氣）在氧濃度為26%時(shí)燃燒最完全，速度最快，溫度最高，熱輻量強(qiáng)度最大。而膜法制氧、富氧助燃的燃燒機(jī)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(shè)備中，從而提高工業(yè)爐窯內(nèi)氧氣的含量，使燃料在燃燒中最大化地轉(zhuǎn)為熱能，大幅度提高工業(yè)爐窯的燃燒效率，由此達(dá)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(shè)空氣中含氮量為78%，含氧量21%，通過簡單的計(jì)算可得，富氧空氣氧含量為25%時(shí)，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(shí)，助燃空氣中N2濃度降至70%。降低10.2%。同時(shí)空氣總量減少，總N2會有大幅下降。從這個(gè)角度來看，含氧量的上升有利于減排氮氧化物。