專(zhuān)利名稱(chēng)：一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的富氧氣體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供富氧氣體(氧化劑)的裝置。
技術(shù)背景富氧，已廣泛應(yīng)用于各種燃油、燃?xì)狻⑷济焊G爐(玻璃、水泥、陶瓷)、各種鍋爐、加熱爐、焚燒爐、熱媒爐、熱風(fēng)爐、冶煉爐、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶發(fā)動(dòng)機(jī)等助燃節(jié)能與環(huán)保領(lǐng)域；催化裂化、脫硫、廢水處理、發(fā)動(dòng)機(jī)增效、富氧造(煤)氣、各種氧化反應(yīng)、發(fā)酵等領(lǐng)域也應(yīng)用富氧技術(shù)，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益；另外，富氧也大量的應(yīng)用于醫(yī)療保健、大型富氧通風(fēng)、高原增氧、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面?？梢?jiàn)，富氧技術(shù)涉及石化、化工、醫(yī)藥、輕工、電力、建材、冶金、煤炭、交通運(yùn)輸、水產(chǎn)養(yǎng)殖和國(guó)防軍事等廣泛領(lǐng)域?？諝庵泻写蠹s21%的氧氣和78%的氮?dú)?。在以空氣為原料提取富氧的方法中，工業(yè)上最廣泛采用的方法是深冷精餾法和變壓吸附法，但這兩種方法構(gòu)建的富氧系統(tǒng)均存在投資大，耗能高，技術(shù)復(fù)雜，需專(zhuān)人操作，且運(yùn)行費(fèi)用較高等不足；此外，還有諸如電解法、化學(xué)法等氧氣分離方法，但因其以消耗水、消耗化學(xué)品原料來(lái)實(shí)現(xiàn)氧氣分離，存在原料獲取不易、能源消耗高、制造成本高、使用成本高等方面的弊端，因而難以為工業(yè)客戶(hù)所接受，僅在一些特殊場(chǎng)合采用。膜法富氧技術(shù)是自上世紀(jì)70年代末逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新分離方法，它利用有機(jī)高分子致密薄膜對(duì)氮、氧的選擇透過(guò)性差異，在膜兩側(cè)形成壓力差或者壓力比，使混合氣體中滲透速率快的氣體如水蒸汽、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等透過(guò)膜后在膜的低壓側(cè)富集成為富氧空氣(視膜材料的氧氮分離系數(shù)不同，單級(jí)分離可獲得純度約為23-60%的富氧)，而滲透速率相對(duì)慢的氣體如氮?dú)?、氬氣、甲烷和一氧化碳等在膜的滯留?cè)被富集為貧氧(或富氮)空氣。膜分離方法為富氧提取開(kāi)辟了一條新途徑，該方法在分離濃縮的全過(guò)程中不存在相變，常溫分離，尤其以板式膜構(gòu)建的負(fù)壓流程分離系統(tǒng)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、制造成本低、能源消耗小、產(chǎn)量可調(diào)節(jié)、啟動(dòng)迅速、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)的分離方法。目前，采用膜分離方法制取富氧已廣泛應(yīng)用于富氧助燃、富氧通風(fēng)、水處理等領(lǐng)域，尤其對(duì)玻璃、冶金、水泥回轉(zhuǎn)窯、工業(yè)鍋爐等等熱能工程領(lǐng)域的富氧助燃，因膜分離方法具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，可為各用能單位提供一種相對(duì)廉價(jià)、靈活的現(xiàn)場(chǎng)供氣方法而被廣泛采用。隨著膜分離材料的研究開(kāi)發(fā)以及流程工藝的突破，應(yīng)用于空氣分離的有機(jī)膜分離材料其氧氮分離的a (阿爾法)值大都在2 7之間，可以直接自空氣中獲得大約60%以下純度的氧氣，采用多級(jí)膜分離過(guò)程的系統(tǒng)可以獲得純度甚至大于90%的氧氣。單就空氣組分膜分離制氧過(guò)程來(lái)說(shuō)，一旦選型確定了膜分離材料、膜材料的分離面積以及動(dòng)力設(shè)備之后，分離材料的本征性能、動(dòng)力設(shè)備的能力即已確定，膜分離過(guò)程自空氣中獲得的氧氣組分與流量的穩(wěn)定性主要與被分離的進(jìn)料空氣的溫度有關(guān)。針對(duì)一個(gè)有可能應(yīng)用于各種環(huán)境溫度條件下的富氧助燃系統(tǒng)，不同安裝應(yīng)用場(chǎng)合的環(huán)境溫度會(huì)有所不同，甚至同一地點(diǎn)因季節(jié)的變化引起環(huán)境溫度的差異。因此，為爐窯富氧助燃提供氧氣的膜分離系統(tǒng)會(huì)因不同地點(diǎn)、不同季節(jié)的被分離空氣溫度的變化而導(dǎo)致分離出來(lái)的富氧空氣的流量、氧純度產(chǎn)生巨大的波動(dòng)。由于膜分離提供富氧空氣系統(tǒng)的流量、氧氣純度的穩(wěn)定直接決定了富氧助燃過(guò)程的效果，所以，從某種意義上說(shuō)，如果不能解決穩(wěn)定的氧化劑提供方法，以這種分離方法的富氧助燃系統(tǒng)的應(yīng)用將受到嚴(yán)重的制約。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種以膜法富氧技術(shù)為基礎(chǔ)，產(chǎn)生穩(wěn)定流量與純度的富氧氣體的裝置，以便應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化，為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩(wěn)定的氧化劑(富氧氣體)。通常的膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩(wěn)定的氧化劑(富氧氣體)的裝置如圖I所示。當(dāng)夏季或環(huán)境溫度較高的時(shí)候，富氧膜(亦稱(chēng)分離膜)通量隨溫度升高 而增大。對(duì)于通常使用額定功率的真空泵的膜分離工藝過(guò)程，富氧膜兩側(cè)的壓差將隨膜通量的增大而減小，從而造成富氧產(chǎn)品氣中氧濃度下降以致影響后段富氧氣體的使用。本實(shí)用新型采用的分離方法有別于現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單膜分離過(guò)程，采用了可隔離膜分離器內(nèi)膜分離面積以穩(wěn)定膜分離過(guò)程，即當(dāng)環(huán)境溫度升高可根據(jù)需要減少用于空氣分離的富氧膜組件數(shù)量，如此即可穩(wěn)定富氧產(chǎn)品(氧化劑)氣流量和純度。當(dāng)冬季或環(huán)境溫度較低的時(shí)候，富氧膜通量隨溫度降低而減小。對(duì)于通常使用額定功率的真空泵的膜分離工藝過(guò)程，富氧膜兩側(cè)的壓差將隨膜通量的減小而增大，這樣富氧產(chǎn)品氣中氧濃度會(huì)上升但是富氧產(chǎn)品氣流量會(huì)大幅下降以致影響后段富氧氣體的使用。本實(shí)用新型采用窯爐煙道氣或其它廉價(jià)熱源對(duì)原料空氣進(jìn)行預(yù)熱處理，經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)使膜材料在較適宜的溫度下分離空氣，從而得到穩(wěn)定流量和純度的富氧產(chǎn)品氣。綜上所述，通過(guò)改變富氧膜組件數(shù)量和對(duì)原料空氣預(yù)熱處理相結(jié)合的方式可以有效的避免膜分離過(guò)程因應(yīng)用環(huán)境溫度變化而導(dǎo)致采用膜分離制取的富氧組分與流量的波動(dòng)，從而使得以膜分離系統(tǒng)在較低制造成本為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定氧化劑進(jìn)行富氧助燃，是一種簡(jiǎn)單易行、非常適合爐窯富氧助燃過(guò)程所需的氧化劑供給方法?；谏鲜龅目煞€(wěn)定流量與純度的氧化劑的供給方法，本實(shí)用新型提供了相應(yīng)的膜分離裝置和處理流程。本實(shí)用新型提供的膜分離裝置，是對(duì)原有的用于制備富氧產(chǎn)品氣的膜分離裝置加以改進(jìn)而獲得。原有的用于制備富氧產(chǎn)品氣的膜分離裝置，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括空氣過(guò)濾器AFOl，升壓設(shè)備ABOl，N個(gè)膜分離器M01 MON，真空設(shè)備AB02 ;其中，每個(gè)膜分離器MOi中，i=l，2，…，N，分別設(shè)有一個(gè)分離膜，該分離膜至少有一高壓側(cè)和一低壓側(cè)，在高壓側(cè)設(shè)有一空氣入口 A0，低壓側(cè)設(shè)有一滲透氣出口 A2，上方設(shè)有一廢氣排放口(滯留氣出口);空氣過(guò)濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl通過(guò)管道連接；升壓設(shè)備ABOl通過(guò)管道(該管道上設(shè)有控制閥門(mén)TEOI)再分別與N個(gè)膜分離器MOfMON的空氣入口 AO連接；N個(gè)膜分離器M01 MON的滲透氣出口 A2分別通過(guò)管道與真空設(shè)備AB02連接。真空設(shè)備AB02通過(guò)管道與需富氧助燃的爐窯連接，為爐窯富氧助燃提供氧化劑，即由膜分離裝置獲得的富氧產(chǎn)品氣。本發(fā)明改進(jìn)之處在于，至少在一個(gè)膜分離器(圖2中為膜分離器M0N)的空氣入口 AO處設(shè)置一控制閥門(mén)(圖中為VOnl)，在滲透氣出口 A2處另一設(shè)置閥門(mén)(圖中為V0n2)。進(jìn)一步，在升壓設(shè)備ABOl后的管道上設(shè)置第一換熱器TC01，該第一換熱器TCOl兩端的管道上分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥門(mén)V00A、VOOB ;在真空設(shè)備AB02之后設(shè)置第二換熱器TC02，第一換熱器TCOl與第二換熱器TC02有管道連通。其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。窯爐煙道氣或其它廉價(jià)熱源通過(guò)管道進(jìn)入第二換熱器，經(jīng)換熱后進(jìn)入第一換熱器TC01，對(duì)原料空氣進(jìn)行預(yù)加熱。原料空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器AFOl過(guò)濾掉灰塵等雜質(zhì)，AFOl可以是各種形式的過(guò)濾器，包括纖維形式、濾料形式、袋式過(guò)濾，優(yōu)選采用可自清潔形式或者各種組合形式的過(guò)濾 器，用于過(guò)濾、清潔進(jìn)入膜分離器的原料空氣，保證膜分離器對(duì)原料空氣的清潔度要求。 過(guò)濾后的空氣經(jīng)升壓設(shè)備ABOl升壓，ABOl可以是各種形式的壓縮設(shè)備，如活塞式、離心式、螺桿、渦旋、羅茨、液環(huán)等等壓縮形式，將氣體升壓到適當(dāng)?shù)膲毫?。?jīng)過(guò)濾、升壓后的空氣經(jīng)膜分離器MOfMON的入口 AO進(jìn)入膜分離器的高壓側(cè)(正壓側(cè))，在膜分離器內(nèi)，氣體經(jīng)過(guò)膜分離后一部分滲透到低壓側(cè)、滲透?jìng)?cè)富集成富氧自滲透氣出口 A2輸出，另外一部分富集了難以滲透的貧氧富氮?dú)怏w則自滯留氣出口 Al被排除出膜分離器。膜分離器MOfMON可以是板式膜、卷式膜或中空纖維膜等；低壓側(cè)由真空設(shè)備AB02提供動(dòng)力，AB02可以是各種形式的如活塞式、離心式、螺桿、潤(rùn)旋、羅茨、液環(huán)等，將膜分離器負(fù)壓側(cè)減壓至分離器所需的分離壓力并克服后續(xù)流體輸送的阻力。當(dāng)需要改變膜組件數(shù)量或需要調(diào)節(jié)原料空氣溫度時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)V00A，V00B，VOnl, V0n2開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)；閥門(mén)V00A，V00B，VOnl，V0n2可以是各種形式的閥門(mén)，如各種手動(dòng)、自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)的截止閥、蝶閥、閘閥等，優(yōu)選采用各種形式的程控調(diào)節(jié)閥，可以是氣動(dòng)的、電動(dòng)的、液動(dòng)的，用于切換、調(diào)節(jié)待分離空氣進(jìn)入膜分離器之前的流體分配，其中，如果是程控調(diào)節(jié)閥門(mén)，它們可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯開(kāi)啟或關(guān)閉以及按照監(jiān)測(cè)的溫度進(jìn)行流量、純度控制調(diào)節(jié)，這些閥門(mén)可以是氣動(dòng)控制的，也可以是電動(dòng)、液壓控制的自動(dòng)閥。當(dāng)需要對(duì)原料空氣進(jìn)行預(yù)熱處理時(shí)，過(guò)濾后的原料空氣經(jīng)第一換熱器TCOl調(diào)節(jié)到適宜溫度后升壓；富氧氣體進(jìn)入窯爐助燃前可經(jīng)過(guò)第二換熱器TC02升高溫度；其中溫度參數(shù)可由第一換熱器TEOl實(shí)施監(jiān)控；換熱器TC01，換熱器TC02可以是各種形式的換熱器，如列管式，板翅式等；換熱器TEOl用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入膜分離器的氣體溫度，可安裝在一切可以實(shí)時(shí)反映進(jìn)入膜分離器的氣體溫度的任意位置，可以是電阻式、熱電偶溫度傳感或溫度監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)設(shè)備。為方便解釋膜分離過(guò)程的膜分離器與膜分離制氧，如附圖I所示，釋義如下如附圖I所示，薄膜分離器MOfMON均是一種3 口薄膜分離器，即每個(gè)薄膜分離器至少由I個(gè)原料氣入口 AO，I個(gè)滯留氣出口 Al，I個(gè)滲透氣出口 A2，膜分離器中的膜分離材料至少分成兩側(cè)，一側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)，正壓側(cè)也即膜分離器的原料氣側(cè)，也稱(chēng)為高壓側(cè)、滯留氣側(cè)，負(fù)壓側(cè)也即膜分離器的滲透氣側(cè)，也稱(chēng)為低壓側(cè)、負(fù)壓側(cè)。如附圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)以膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑(富氧氣體)的過(guò)程，其中，氣體經(jīng)過(guò)AFOl過(guò)濾掉灰塵等雜質(zhì)后經(jīng)ABOl升壓后自膜分離器的AO入口進(jìn)入膜分離器的正壓側(cè)，在膜分離器內(nèi)，氣體經(jīng)過(guò)膜分離后一部分滲透到低壓側(cè)、滲透?jìng)?cè)富集成富氧自A2輸出，另外一部分富集了難以滲透的貧氧富氮?dú)怏w則自滯留側(cè)出口 Al被排除出膜分離器，針對(duì)自空氣中分離富氧的膜分離過(guò)程，一般的，膜分離制取氧氣的純度與膜分離材料的氧氮分離系數(shù)(稱(chēng)為阿爾法值)、氣體通過(guò)膜分離器正壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)的絕對(duì)壓力比(稱(chēng)為分離壓力比)以及原料氣和富氧產(chǎn)品氣之比(稱(chēng)為空氧比)有關(guān)，氧氮分離系數(shù)越高，意味著可在更低的分離壓力比以及更小的空氧比下分離出更高純度的富氧氣體，針對(duì)相同的膜分離材料，分離壓力比越高，可以獲得更高純度的富氧，空氧比越大，可以獲得更高純度的富氧，而另一方面，膜分離制取富氧的流量即 膜分離材料的滲透量，主要與原料氣體的溫度以及壓力有關(guān)，針對(duì)相同的膜分離材料，分離溫度越高，滲透量越大，分離壓力越高，滲透量越大。因此，在采用不同的分離機(jī)制時(shí)，設(shè)置的動(dòng)力設(shè)備的目的也不同，如采用卷式或板式的分離器進(jìn)行的膜分離過(guò)程中，ABOl主要以滿(mǎn)足提供新鮮空氣為主要目的，克服流體輸送的阻力，典型的，采用卷式膜分離器，升壓I lOKPa，優(yōu)選的，建立2 5KPa的風(fēng)壓以克服卷式膜本身具有的氣體流通阻力，而采用板式膜，甚至僅需建立數(shù)十到幾百帕的風(fēng)壓，更有將ABOl放置在板式膜之后作為廢氣排放風(fēng)機(jī)的做法，目的也僅僅是為了克服原料空氣進(jìn)入膜分離器的阻力以不斷的提供新鮮空氣的目的，同時(shí)，AB02則主要以滿(mǎn)足分離所需的壓力比為主要目的，即建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為3 10，更典型的，在采用分離材料的阿爾法值在2 3的膜分離材料做成的卷式膜、板式膜，在所需富氧純度為30%左右時(shí)，約需建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為4左右(如3-5)，即可，如膜的正壓側(cè)壓力為2 5KPa的風(fēng)壓，絕壓為大氣壓(101. 325KPa)+(2 5KPa)，則負(fù)壓側(cè)應(yīng)建立大約25Kpa (相當(dāng)于_75KPa表壓的真空度)的絕壓，這樣，分離壓力比為101. 325+(2 5KPa)/25 2 4倍，可獲得約30%的富氧純度，顯然，在這個(gè)過(guò)程中，ABOl為保持分離壓力比為4左右提供新鮮空氣的風(fēng)壓對(duì)分離壓力比貢獻(xiàn)有限，僅以滿(mǎn)足輸送所需克服的阻力為主，AB02提供的約25kpa絕壓的真空動(dòng)力才是滿(mǎn)足分離壓力比的主要?jiǎng)恿υ?。而在另一?lèi)以中空纖維膜進(jìn)行氧氮分離的過(guò)程中，典型的，如采用ABOl升壓，其作用則不僅為了克服膜分離器MOfMON的阻力，更重要的是為了獲得分離所需的絕壓，提高膜兩側(cè)的分離壓力比，通常的做法會(huì)僅以ABOl升壓到合適的壓力，保持分離所需的壓力比后，省略AB02，典型的，在采用分離材料的阿爾法值在5 7的膜分離材料做成的中空纖維膜分離器進(jìn)行分離時(shí)，在所需富氧純度為30 60%左右時(shí)，約需建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為4以上，S卩，如膜的正壓側(cè)壓力為300 1300KPa的壓力，絕壓為大氣壓(101. 325KPa) + (400 1300KPa)，而負(fù)壓側(cè)或者滲透?jìng)?cè)則僅需保持大氣壓排放(相當(dāng)于OKPa表壓的真空度)，這樣，分離壓力比為101. 325+(300 1300KPa) 1/101. 325 2 4 14倍，可獲得約30 60%的富氧純度。顯然，在這個(gè)過(guò)程中，ABOl為保持分離壓力比為4 14倍左右提供新鮮空氣，并對(duì)保持分離過(guò)程的分離壓力比起決定性的作用，不僅以滿(mǎn)足輸送所需克服的阻力為主，在滿(mǎn)足分離所需的絕對(duì)壓力比之后，AB02則因僅需維持常壓而無(wú)需設(shè)置。同時(shí)，無(wú)論采用哪種膜分離器形式，一個(gè)膜分離制氧過(guò)程都需要滿(mǎn)足適當(dāng)?shù)目昭鮰匕，以避免濃差極化現(xiàn)象，通俗的說(shuō)即是需要時(shí)刻滿(mǎn)足分離所需的新鮮空氣，風(fēng)量視分離材料的阿爾法值以及所需的富氧純度要求。典型的，如以阿爾法值2 3的膜分離材料做成的卷式膜、板式膜，為了獲得30%左右的富氧，典型的，經(jīng)ABOl進(jìn)入膜分離器MOfMON所需的風(fēng)量大約為富氧空氣流量的8 20倍，更典型的，為所需富氧流量的10 15倍；又如中空纖維膜，典型的，如以阿爾法值5 7的膜分離材料做成的中空纖維膜，為了獲得30%左右的富氧，典型的，經(jīng)ABOl進(jìn)入膜分離器MOfMON所需的風(fēng)量大約為富氧空氣流量的2 5倍，更典型的，為所需富氧流量的2. 5倍，需要的純度越高，在其他條件不變時(shí)空氧比要求越大。如附圖1，參照上述，本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員會(huì)了解，原料氣經(jīng)ABOl進(jìn)入MOfMON分離出的廢氣自Al排除，富氧經(jīng)AB02收集送入用氣點(diǎn)，為了獲得穩(wěn)定的氧氣純度、氧氣流量，這一過(guò)程中因選型確定了 ABOl的風(fēng)量、風(fēng)壓，AB02的風(fēng)量、風(fēng)壓，也選型確定了膜分離器MOf M0N，其分離材料的氧氮分離系數(shù)以及分離面積均已確定，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境溫度變化時(shí)，將按照下述趨勢(shì)發(fā)生變化I、 環(huán)境溫度升高時(shí)，進(jìn)入膜分離器的流體溫度升高，針對(duì)確定面積與材料本證特性的膜分離器其滲透量將加大，同時(shí)，分離溫度的升高，還將導(dǎo)致分離系數(shù)的下降，更為重要的是，因?yàn)闈B透量的加大，將直接導(dǎo)致設(shè)置的真空泵AB02的抽速不能滿(mǎn)足抽取到預(yù)定 的分離壓力，這都將導(dǎo)致分離出來(lái)的富氧純度的降低，同時(shí)，分離出來(lái)的富氧流量將上升；2、 環(huán)境溫度下降時(shí)，進(jìn)入膜分離器的流體溫度下降，針對(duì)確定面積與材料本征特性的膜分離器其滲透量將減小，同時(shí)，分離溫度的下降，分離系數(shù)將有所增加，但更重要的是，因?yàn)闈B透量的減小，將直接導(dǎo)致設(shè)置的真空泵AB02的抽速過(guò)大，直至超過(guò)預(yù)定的分離壓力比，前述這些都將導(dǎo)致分離出來(lái)的富氧純度的上升，但同時(shí)，分離出來(lái)的總富氧流量將是下降趨勢(shì)。因?yàn)榄h(huán)境溫度的改變將直接導(dǎo)致為富氧助燃系統(tǒng)提供氧化劑的膜分離系統(tǒng)制取的富氧流量與純度均產(chǎn)生大幅的波動(dòng)，不利于進(jìn)行富氧助燃。正是為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了可穩(wěn)定流量與純度的富氧氣體的產(chǎn)生
>J-U裝直。如附圖2，本實(shí)用新型對(duì)膜分離器進(jìn)行了分組，并加裝了可以隔離至少一部分膜面積(不嚴(yán)密)的閥門(mén)VnOl、Vn02,當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)真空泵連接的滲透?jìng)?cè)絕壓、氧氣純度與流量，調(diào)節(jié)閥門(mén)VnOl、Vn02，直至隔離該部分膜面積，將因?yàn)闇囟茸兓瘜?dǎo)致純度與流量的波動(dòng)消除或者減輕到符合富氧助燃要求的范圍內(nèi)。如附圖3，是一套加裝了進(jìn)氣溫度補(bǔ)償，膜分離器進(jìn)行了分組，并加裝了可以隔離至少一部分膜面積的閥門(mén)VnOl、Vn02的膜分離系統(tǒng)，因原料氣進(jìn)入時(shí)可通過(guò)換熱器交換爐窯燃燒產(chǎn)生的廢氣等低品位熱能而獲得穩(wěn)定的原料氣分離溫度，在其它分離條件都不變的情況下，如典型的，ABOl的風(fēng)量、風(fēng)壓，AB02的抽速、真空度，膜分離器的分離材料確定以及分離面積確定，在前面這些條件都確定的條件下，本裝置可避免膜分離系統(tǒng)因環(huán)境溫度變化(不同安裝應(yīng)用場(chǎng)合的環(huán)境溫度不同，甚至同一地點(diǎn)因春夏秋冬的環(huán)境溫度不同)導(dǎo)致的富氧空氣的流量、氧純度產(chǎn)生巨大的變化，將這種變化消除或者減輕到符合富氧助燃要求的范圍內(nèi)(I)原料空氣經(jīng)過(guò)濾器AF01，將氣體中含有的灰塵等微粒性雜質(zhì)截留后進(jìn)入后級(jí)分離系統(tǒng)，該過(guò)濾器如公知技術(shù)所描述的一樣，可以是任意形式的過(guò)濾器，包括可以采用復(fù)合方法、自清潔形式的過(guò)濾器；(2)氣體經(jīng)過(guò)濾后，可分兩路送入升壓設(shè)備AB01，一路直接自VOOA送入，另外一路自VOOB送入換熱器TCOl進(jìn)行熱交換后送入。兩個(gè)旁路分別以V00A、VOOB兩個(gè)調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，通過(guò)接收TEOl監(jiān)測(cè)的溫度反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定進(jìn)入膜分離器的氣體溫度，維持進(jìn)入ABOl的氣體溫度趨于穩(wěn)定。典型的，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境溫度低，如在冬天運(yùn)行，溫度降至_20°C，可通過(guò)減少VOOA的流通量，加大VOOB的流通量將空氣預(yù)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的原料氣溫度，最終保證分離系統(tǒng)出口的富氧空氣的流量與純度的穩(wěn)定；(3)同時(shí)，優(yōu)選但非必要的，進(jìn)行一次富氧空氣預(yù)熱，自AB02出口輸出的富氧空氣優(yōu)先以換熱器TC02交換爐窯廢氣等低品位熱能以預(yù)熱富氧；(4)并且，在一個(gè)典型的采用低品位熱能的利用方式上，優(yōu)選交換窯爐煙囪排出的廢氣熱能，并且，首先以逆流方向預(yù)熱富氧再以逆流方向預(yù)熱原料空氣；(5)當(dāng)運(yùn)行環(huán)境溫度高時(shí)，如在夏天運(yùn)行，溫度升至40°C，可通過(guò)監(jiān)測(cè)真空泵連接的滲透?jìng)?cè)絕壓、氧氣純度與流量，隔離至少一部分膜面積來(lái)實(shí)施調(diào)節(jié)。如根據(jù)需要調(diào)節(jié)V00A、VOOB直至關(guān)閉V00B，并調(diào)節(jié)VOnl、V0n2的流通量隔離該部分膜面積來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的原料氣溫度，最終保證分離系統(tǒng)出口的富氧空氣的流量與純度的穩(wěn)定。 與現(xiàn)有技術(shù)不同，通過(guò)對(duì)膜分離器進(jìn)行了分組并加裝了可以隔離至少一部分膜面積的閥門(mén)V0nl、V0n2，加裝優(yōu)選但非必要的對(duì)原料空氣的溫度穩(wěn)定系統(tǒng)，本實(shí)用新型可以連續(xù)穩(wěn)定的以膜分離方法獲取富氧空氣，其純度、流量相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在環(huán)境溫度變化時(shí)較為穩(wěn)定，而且，本實(shí)用新型采用簡(jiǎn)單的隔離措施，以及充分回收廢氣熱能的方法，以相對(duì)廉價(jià)的建造成本與運(yùn)行成本解決了以膜分離方法提供富氧燃燒所需氧化劑的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提高了系統(tǒng)總效率；本實(shí)用新型應(yīng)用于空氣組分膜分離過(guò)程為爐窯富氧助燃提供氧化劑，但是所公開(kāi)的基本原則可用于很多其它的分離場(chǎng)合。通過(guò)本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)分離的典型實(shí)例包括氧氣/氮?dú)獾姆蛛x、氣體干燥、二氧化碳/甲燒的分離、二氧化碳/氮?dú)獾姆蛛x、氫氣/氮?dú)獾姆蛛x和烯烴/烷烴的分離。如附圖3所示，一個(gè)完整的膜分離裝置，它包括I、至少一個(gè)空氣過(guò)濾器AFOl ;2、至少兩個(gè)并聯(lián)流通回路連接在AFOl之后，其中，一路僅由VOOA與必要的連接管道組成，另一路，由VOOB串接熱交換器TCOl與必要的連接管道組成，兩個(gè)旁路匯集并串聯(lián)連接升壓設(shè)備ABOl ；3、至少一個(gè)升壓設(shè)備AB01，用以將原料氣升壓到一定的壓力或者將該升壓設(shè)備放置在膜分離器之后用以排除廢氣；4、一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備TE01，用以監(jiān)測(cè)原料氣溫度，包括以此溫度反饋進(jìn)行控制V00A, VOOB開(kāi)度的控制與執(zhí)行機(jī)構(gòu)；5、至少一組膜分離器，它們以并聯(lián)連接，并且至少隔離了一部分膜面積(如MOn);6、至少一組用以調(diào)節(jié)、隔離膜面積MOn的閥門(mén)V0nl、V0n2 ；7、抽空設(shè)備 AB02;8、優(yōu)選但非必要的換熱器TC02，用于交換廢氣熱能預(yù)熱富氧空氣；9、如公知技術(shù)，系統(tǒng)還需包含必要的控制組件，以使的系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備能夠運(yùn)行，控制閥門(mén)能夠按照要求進(jìn)行切換等。本文所說(shuō)的分離系數(shù)，如氧氮分離系數(shù)，其一般定義為a (阿爾法)值，氧氮分離系數(shù)=(QN2/Q02)式中Qn2和Q02分別為單位時(shí)間、壓力下純組分氮?dú)夂脱鯕馔ㄟ^(guò)特定膜材料的滲透量。

圖1，以膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示，現(xiàn)有技術(shù)。圖2，將膜分離器分組并加以隔離至少一部分膜面積的膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示。圖3，帶原料空氣預(yù)熱措施，將膜分離器分組并加以隔離至少一部分膜分離面積的膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I 一個(gè)采用Oxylead 板式膜分離器為水泥回轉(zhuǎn)窯富氧助燃提供氧化劑的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)板式膜分離器為單組件富氧流量5000Nm3/hr，Oxylead 板式膜分離器由上海穂杉實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，可由市售獲得，其分離器采用的氧氮分離膜材料，在25°C條件下的分離系數(shù)為2. 05，氧氣滲透量為5. 068 NmVhr bar m2，氮?dú)鉂B透量為2. 479 Nm3/hr bar m2，5000Nm3/hr，單組件分離器總共采用了 1381 m2膜材料，本案設(shè)計(jì)選擇了一套25 °C下21352.9 Nm3/hr抽速的真空泵，在20°C條件下取得了 29. 94%純度的富氧4974 Nm3ArJi足設(shè)計(jì)要求
權(quán)利要求1.一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的富氧氣體的裝置，其特征在于包括空氣過(guò)濾器AFOI，升壓設(shè)備ABOl，N個(gè)膜分離器M01 M0N，真空設(shè)備AB02 ;其中，每個(gè)膜分離器MOi中，i=l，2，…，N，分別設(shè)有一個(gè)分離膜，該分離膜至少有一高壓側(cè)和一低壓側(cè)，在高壓側(cè)設(shè)有一空氣入口 A0，低壓側(cè)設(shè)有一滲透氣出口 A2，上方設(shè)有ー廢氣排放ロ ；空氣過(guò)濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl通過(guò)管道連接；升壓設(shè)備ABOl通過(guò)連接管道再分別與N個(gè)膜分離器MOfMON的空氣入ロ AO連接，該連接管道上設(shè)有控制閥門(mén)TEOl ；N個(gè)膜分離器MOfMON的滲透氣出ロ A2分別通過(guò)管道與真空設(shè)備AB02連接；真空設(shè)備AB02通過(guò)管道與需富氧助燃的爐窯連接，為爐窯富氧助燃提供氧化劑，即由膜分離裝置獲得的富氧產(chǎn)品氣；將N個(gè)膜分離器MOfMON分組，至少在ー個(gè)膜分離器的空氣入口 AO處設(shè)置ー控制閥門(mén)VOnl，在滲透氣出口 A2處另ー設(shè)置閥門(mén)V0n2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的富氧氣體的裝置，其特征在于，在升壓設(shè)備ABOl后的管道上設(shè)置第一換熱器TC01，該第一換熱器TCOl兩端的管道上分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥門(mén)V00A、VOOB ;在真空設(shè)備AB02之后設(shè)置第二換熱器TC02，第一換熱器TCOl與第二換熱器TC02有管道連通；窯爐煙道氣通過(guò)管道進(jìn)入第二換熱器，經(jīng)換熱后進(jìn)入第一換熱器TCOI，對(duì)原料空氣進(jìn)行預(yù)加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的富氧氣體的裝置，其特征在于，所述第一換熱器TC01，第二換熱器TC02為列管式或板翅式。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的富氧氣體的裝置。其包括空氣過(guò)濾器，升壓設(shè)備，膜分離器，真空設(shè)備；膜分離器分別設(shè)有一個(gè)含有高壓側(cè)和低壓側(cè)的分離膜，在高壓側(cè)設(shè)有一空氣入口，低壓側(cè)設(shè)有一滲透氣出口，上方設(shè)有一廢氣排放口；空氣過(guò)濾器與升壓設(shè)備通過(guò)管道連接；升壓設(shè)備通過(guò)連接管道與膜分離器的空氣入口連接；膜分離器的滲透氣出口通過(guò)管道與真空設(shè)備連接；真空設(shè)備通過(guò)管道與爐窯連接；將膜分離器分組，至少在一個(gè)膜分離器的空氣入口處設(shè)置一控制閥門(mén)。本實(shí)用新型是對(duì)原制備富氧產(chǎn)品氣的膜分離裝置改進(jìn)而成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，可為爐窯富氧助燃提供流量和純度穩(wěn)定的富氧氣體。
文檔編號(hào)F23L7/00GK202390201SQ20112043605
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者丁艷賓, 張敏, 林峰, 賈吉來(lái), 趙宏煒, 陳如真 申請(qǐng)人:上海奕材環(huán)?？萍加邢薰?br>