为提高240吨循环流化床锅炉的热效率，达到节能减排的目的，利用膜法制氧技术，首次开放了局部助燃装置，进行了局部增氧助燃技术应用于循环流化床锅炉的工业试验。
试验证明，炉渣和飞灰可燃物含量降低，锅炉效率提高5%以上；降低了NOx排放浓度，为循环流化床锅炉的更经济、安全、环保运行探索了一条崭新的途径。
针对我公司1#循环流化床锅炉运行热效率较差，特别是燃用发热量较低的煤种时，灰渣可燃物高的实际问题，在小锅炉试验的基础上，把富氧局部助燃技术进一步开放，设计了循环流化床锅炉富氧局部助燃装置。
1.富氧助燃装置及辅助设备设计
1.1 富氧收集系统
本装置的富氧制造采用被发达国家称为”资源创造性技术”的膜法富氧技术，采用负压操作流程，流程如下图所示:
1.2
富氧风嘴设计、富氧风嘴的安装位置和进入炉膛的方式是该技术的核心。通过对炉内温度场分布测量和测试锅炉炉内氧量场分布发现：炉膛二次风上部有一个如下图所示的贫氧核心区，显然这是由于二次风的穿透扩散效果不佳而使氧气不能到达炉膛中部的结果，这对于核心区细颗粒的燃烧产生了负面影响。通过研究发现，目前循环流化床锅炉存在的炉渣及飞灰可燃物含量高，部分原因应该是由于二次风穿透能力不足引起的。最缺氧的地方加氧是一个重要手段。在不改变锅炉火焰特性的前提下，又对锅炉的性能进行系统优化！
富氧喷嘴安装在前后炉墙二次风管给风处，双层布置。
1.3 富氧风预热器设计
富氧风预热器是对膜法制造的富氧进行预热的热交换器。设计为二级预热，一级预热器安装在锅炉排渣管处，二级预热安装在一次风空气预热器前二次风空气预热器后，这样既充分回收了排渣热损失，又保证了锅炉的安全生产，设计预热温度240℃。
2.富氧助燃的原理分析
燃料的燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化并同时出光和热的过程。富氧燃烧是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于空气中的氧浓度。富氧燃烧在燃煤、燃气发电系统、工业锅炉、生物质能和废弃物能的利用锅炉等多方面均适用，它既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能。
实验表明用26.7%的浓氧空气燃烧褐煤或用21.8%的浓氧空气燃烧无烟煤所得到的理论燃烧温度相当于普通空气燃烧重油所得到的温度。
2.1. 富氧燃烧节能特性
富氧燃烧具有节能特性主要是由其燃烧特点来决定的，其主要特点如下：
（1）火焰温度大幅度提高，以甲烷燃烧为例见下图：30％富氧空气时的绝热火焰温度为2500K，比通常空气燃烧提高近300K；氧浓度大于80％时的火焰温度接近3000K，层流燃烧速度增大到近3m/s，而普通空气的层流燃烧速度仅为0.45m/s。通过富氧助燃可以提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时温度提高有利于燃烧反应；提高燃烧温度，促进了热量的交换。辐射换热量按绝对温度的四次方之差值的倍率增长。
（2）由于惰性成分的氮气浓度大大降低，提高减少了这部分的热损失，无谓的能源消耗大幅度降低，30%～40％的富氧空气燃烧就可以降低燃料消费20%～30%，提高了热效率；
（3）烟气量大幅度减低，纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4，烟气中的Cq浓度增加，有利于回收CO2综合利用或封存，实现清洁生产；烟气中高辐射率的CO2和水蒸气浓度增加，可促进炉内的辐射传热；
（4）设备尺寸缩小，燃烧系统的设备投资成本和维护费用降低。
2.2．富氧助燃的环保特性
CO2是导致温室效应的主要气体，目前为了防止地球温度进一步升高，世界上38个工业化国家于1997年12月正式通过《京都议定书》，这个议定书规定了这些工业化国家在2008～2012年的承诺期内，把它们的温室气体排放量从1990年排放水平平均降低大约5.2％。采用富氧助燃技术，由于提高了氧化剂中氧浓度，烟气中CO2的浓度得到大大提高，利于CO2的分离和后处理。由于节省了燃料，也就理所当然地减少燃烧过程中SO2的排放量。
结论：总之采用富氧燃烧技术可以提高火焰温度、燃烧效率，同时能够减少CO2、SO2的排放。富氧燃烧技术是一种节能的燃烧技术，在国家大力提倡节能减排的当前很值得推广。
3、节能效益举例
以我公司240循环流化床锅炉为例：按锅炉运行300天/年，年平均耗煤25万吨来计算，煤价为500元/吨，节能以最低2.5%评估为基准：
1.年节省标准煤：250000×2.5%×（4700÷7000）=4196吨
2.年可创造节能效益：25万吨×500元/吨×2.5%=312.5万元
3.环保效益：年减少SO2排放124吨
还没考虑二次风机和引风机因出力减少的节电效益，以及锅炉工况更稳定，循环流化床锅炉磨损减轻，因磨损、排渣故障停炉次数减少，运行周期更长等间接收益。
3）收益分析
年节能效益最少为25万吨×500元/吨×2.5%=312.5万元
能耗费用为260kW×0.75×24×300×0.6元/度/10000=84.24万元；
折旧费为：230万元/10=23万元
装置年维护维修费用12万元
年净效益最少为312.5–84.24–23-12（万元/ 年）=193.26万元
投资回收期最长为193.26万元/230（万元/年）=0.84（年）
如考虑二次风机和引风机因出力减少的节电效益，以及锅炉工况更稳定，循环流化床锅炉磨损减轻，因磨损、排渣故障停炉次数减少，运行周期更长等间接收益。投资回收期会更短，一般半年左右即可收回全部投资!
4.结束语
上述理论与应用证明，循环流化床锅炉富氧助燃装置的应用技术，在提高循环流化床锅炉热效率、节能减排方面有着巨大的应用前景!虽然应用中引发的其他问题由于其包含学科的广泛性还需要我们进一步去探索和完善，但实践表明，该创新是成功的。其在循环流化床锅炉的推广应用，必将带来可观的经济和社会效益。
