CN102913938A - 用于工业窑炉节能减排的膜法局部富氧助燃系统 - Google Patents

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Abstract

一种膜法局部富氧助燃系统，包括：过滤器、通风机、富氧膜装置、水环式真空泵、气水分离装置、脱湿装置、增压稳压装置、初步预热装置、预热装置和特定结构的富氧燃烧器，空气经过滤器过滤后进通风机，然后经富氧膜装置分离，富氧空气经水环式真空泵排入气水分离装置，分离出水汽后的富氧空气进入脱湿装置，经脱湿干燥后进入增压稳压装置，然后以一定压力进入初步预热装置，利用工业炉排放的烟气进行预加热，然而进入预热装置加热到设定的温度，最后富氧空气通过富氧燃烧器送至工业炉进行助燃。

Description

用于工业窑炉节能减排的膜法局部富氧助燃系统
技术领域
本发明涉及一种应用于燃油、燃气和燃煤等工业炉的助燃系统，以及应用该系统的工业炉。
背景技术
目前我国绝大部分工业炉仍采用空气助燃，这造成了能源的极大浪费。富氧助燃技术因其具有提高火焰温度、降低燃料的燃点、促进燃烧完全、减少CO、NOx排放等优点，近年来在国外得到了广泛应用。
膜法富氧技术是根据高分子复合膜渗透的原理，利用空气中各组分的渗透速率不同，使空气中氧和氮分子在压力差驱动下透过富氧膜，由于富氧膜的特性是氧分子比氮分子透过率大，在膜低压一侧收集富氧空气，收集后气体中的富氧含量为25％～32％。
虽然国内已有膜法富氧助燃技术应用于实际的生产实践之中，然而其节能效果还不是很理想。本发明人多年从事工业炉的膜法富氧助燃研究，在此提供一种新的膜法富氧助燃系统，将该系统应用于实际生产中，能够大大提供工业炉的节能效果，更突出的特点是系统能够长时间平稳地运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜法富氧助燃系统以及应用该系统的工业炉。
本发明提供：
一种膜法富氧助燃系统，其特征在于，包括：
过滤器1：带干燥剂滤芯，与通风机2连接；
通风机2：出口管路连接到富氧膜装置3；
富氧膜装置3；
水环式真空泵4：包括真空止回阀、调节阀、真空表、真空泵和水循环控制，富氧膜装置3出口的富氧空气经过真空止回阀、调节阀、真空表后进入真空泵，并经过真空泵抽真空后进入气水分离装置5；
气水分离装置5；
脱湿装置6；
增压稳压装置8；
初步预热装置9：以工业炉排放的烟气作为加热气体，对富氧空气进行预加热；
预热装置10：调节富氧空气达到恒定温度；
富氧燃烧器11：接入工业炉12内；
其中富氧燃烧器11具备如下结构：中心点为中心燃气喷嘴111，外周均匀分布n个富氧空气喷嘴112，再向外均匀分布n个外周燃气喷嘴113，富氧空气喷嘴与外周燃气喷嘴数目相同，而且每个外周燃气喷嘴与最接近的两个富氧空气喷嘴成等腰三角形，其中n为3-7，优选为5；
空气经过滤器1过滤后进通风机2，然后经富氧膜装置3分离，得到富氧空气，富氧空气经水环式真空泵4排入气水分离装置5，分离出水汽后的富氧空气进入脱湿装置6，经脱湿干燥后进入增压稳压装置8，然后以一定压力进入初步预热装置9，利用工业炉排放的烟气进行预加热，然而进入预热装置10加热到设定的温度，最后富氧空气通过富氧燃烧器11送至工业炉进行助燃。
上述膜法富氧助燃系统，优选富氧燃烧器具备图3所示结构。
上述膜法富氧助燃系统，优选在脱湿装置6和增压稳压装置8之间还包括一氧浓度调节系统7，氧浓度调节系统7包括富氧空气进口71、空气进口72，比例阀73、氧浓度传感器74、单片机75以及位移传感器76，氧浓度传感器74位于富氧喷嘴附近，恒定的氧浓度的富氧空气由脱湿装置6出来进入氧浓度调节系统7，然后根据监测的燃烧情况调节氧浓度后进入增压稳压装置8。
其中氧浓度调节系统7的工作原理为：首先调试确定燃烧最佳状态时氧浓度传感器74测定的氧浓度值，其次以该氧浓度值为设定值，继而以该设定值与氧浓度传感器74实际测得的氧浓度值之差值调节输送至炉内的富氧空气的氧气浓度。氧浓度调节系统7优选线性调节。
上述膜法富氧助燃系统中，干燥剂滤芯中干燥剂优选为变色硅胶和分子筛。
富氧膜装置3可选用现有的卷式膜组合或中空显微膜组合空气分离富氧装置。
气水分离装置5可选用现有的离心或丝网气水分离器。
脱湿装置6可选用现有的冷冻法或吸附法脱湿器。
增压稳压装置8可选用现有的蓄势稳压罐。
初步预热装置9可选用板式空气预热器。
预热装置10可选用现有的电阻丝加热器。
上述膜法富氧助燃系统，优选富氧空气在预热装置10预热后为130℃。
本发明还提供：
工业炉，其包括本发明所述的膜法富氧助燃系统。所述工业炉优选燃烧燃气的锅炉、加热炉、焚烧炉、冶炼炉、造气炉。
本发明中采用特定结构的富氧燃烧器，因此更有利于燃料的充分燃烧，较现有的同类助燃系统节约5％以上的能源。
本发明中氧浓度调节系统可根据氧浓度传感器检测的炉内燃气燃烧情况调整氧气浓度。氧浓度调节系统根据实际燃烧情况改变输送至炉内的富氧空气的氧气浓度，而无需调节富氧膜装置产生的富氧空气的氧气浓度，其能够维持通风机、富氧膜装置、水环式真空泵、气水分离装置和脱湿装置的功率恒定，因此有利于富氧助燃系统长时间稳定运行。
本发明中设定两步预热方案，初步预热装置以工业炉排放的烟气作为加热气体，其能够节约10％以上的能源。而预热装置能够使得富氧空气达到恒定的温度，这有利于燃烧平稳充分的进行。
应用本发明膜法富氧助燃系统的工业炉能够节能20％以上，并能显著降低CO、NOx排放等有毒有害气体的排放，而且工业炉能够长时间的稳定运行。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1、2是本发明具体实施方式所述的膜法富氧助燃系统的结构图；
图3是本发明氧浓度调节装置7的结构图；
图4是本发明富氧燃烧器11的结构图。
图中：1、过滤器  2、通风机  3、富氧膜装置  4、水环式真空泵  5、气水分离装置  6、脱湿装置  7、氧浓度调节系统  8、增压稳压装置  9、初步预热装置  10、预热装置  11、富氧燃烧器  12、工业炉  71、富氧空气进口  72、空气进口  73、比例阀  74、氧浓度传感器  75、单片机76、位移传感器  111、中心燃气喷嘴  112、富氧空气喷嘴  113、外周燃气喷嘴
具体实施方式
如图1所示，一种膜法局部富氧助燃系统，包括：
过滤器1：带干燥剂滤芯(干燥剂为变色硅胶和分子筛)，与通风机连接，根据通风量选取过滤参数，有关指标为：＞0.5μ的灰尘除去率大于99.9％，烃除去率大于90％，水除去率大于98％，阻力＜0.3KPa；
通风机2：出口管路连接到富氧膜装置，全压为2-3KPa.风量约为富氧空气量的9-15倍；
富氧膜装置3：采用卷式膜组合空气分离富氧装置，主要由空气均配箱、卷式膜组件、真空均分器和外壳组成；
水环式真空泵4：包括真空止回阀、调节阀、真空表、真空泵和水循环控制，富氧膜装置出口的富氧空气经过真空止回阀、调节阀、真空表后进入真空泵，并经过真空泵抽真空后进入气水分离装置；
气水分离装置5：采用丝网气水分离器。
脱湿装置6：采用冷冻法脱湿器；
增压稳压装置8：采用气体增压稳压泵；
初步预热装置9：采用板式空气预热器，以工业炉排放的烟气作为加热气体，对富氧空气进行预加热，减少能源浪费；
预热装置10：采用油热媒装置，加热富氧空气到恒定温度，如130℃；
富氧燃烧器11：为图3所示结构，接入炉12内。
空气经过滤器1过滤后进通风机2，然后经富氧膜装置3分离，得到富氧空气；富氧空气经水环式真空泵4排入气水分离装置5，分离出水汽后的富氧空气进入脱湿装置6，经脱湿干燥后进入增压稳压装置8，然后以一定压力进入初步预热装置9，利用工业炉排放的烟气进行预加热，然而进入预热装置10加热到设定的温度，最后富氧空气通过富氧燃烧器11送至工业炉进行助燃。
如图2所示，一种膜法局部富氧助燃系统，包括：
过滤器1：带干燥剂滤芯(干燥剂为变色硅胶和分子筛)，与通风机连接，根据通风量选取过滤参数，有关指标为：＞0.5μ的灰尘除去率大于99.9％，烃除去率大于90％，水除去率大于98％，阻力＜0.3KPa；
通风机2：出口管路连接到富氧膜装置，全压为2-3KPa.风量约为富氧空气量的9-15倍；
富氧膜装置3：采用卷式膜组合空气分离富氧装置，主要由空气均配箱、卷式膜组件、真空均分器和外壳组成，控制进入氧浓度调节系统的富氧空气中氧含量为恒定值，如31％；
水环式真空泵4：包括真空止回阀、调节阀、真空表、真空泵和水循环控制，富氧膜装置出口的富氧空气经过真空止回阀、调节阀、真空表后进入真空泵，并经过真空泵抽真空后进入气水分离装置；
气水分离装置5：采用离心气水分离器；
脱湿装置6：采用吸附法脱湿器；
氧浓度调节系统7：包括富氧空气进口71、空气进口72，比例阀73、氧浓度传感器74、单片机75以及位移传感器76，氧浓度传感器74位于富氧喷嘴附近，其工作原理为：首先调试确定燃烧最佳状态时氧浓度传感器74测定的氧浓度值，如27％，其次以该氧浓度值为设定值，最后以该设定值与氧浓度传感器74实际测得的氧浓度值之差值调节输送至炉内的富氧空气的氧气浓度；
增压稳压装置8：采用气体增压稳压泵；
初步预热装置9：采用板式空气预热器，以工业炉排放的烟气作为加热气体，对富氧空气进行预加热，减少能源浪费；
预热装置10：采用油热媒装置，加热富氧空气到恒定温度，如130℃；
富氧燃烧器11：为图3所示结构，接入炉12内。
空气经过滤器1过滤后进通风机2，然后经富氧膜装置3分离，得到富氧空气；富氧空气经水环式真空泵4排入气水分离装置5，分离出水汽后的富氧空气进入脱湿装置6，经脱湿干燥后进入氧浓度调节装置7，接着进入增压稳压装置8，然后以一定压力进入初步预热装置9，利用工业炉排放的烟气进行预加热，然而进入预热装置10加热到设定的温度，最后富氧空气通过富氧燃烧器11送至工业炉进行助燃。
本技术领域中的相关技术人员应当熟悉到，以上所述实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对上述实施例所做的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种膜法富氧助燃系统，其特征在于，包括：
过滤器(1)：带干燥剂滤芯，与通风机(2)连接；
通风机(2)：出口管路连接到富氧膜装置(3)；
富氧膜装置(3)；
水环式真空泵(4)：包括真空止回阀、调节阀、真空表、真空泵和水循环控制，富氧膜装置(3)出口的富氧空气经过真空止回阀、调节阀、真空表后进入真空泵，并经过真空泵抽真空后进入气水分离装置(5)；
气水分离装置(5)；
脱湿装置(6)；
增压稳压装置(8)；
初步预热装置(9)：以工业炉排放的烟气作为加热气体，对富氧空气进行预加热；
预热装置(10)：调节富氧空气达到恒定温度；
富氧燃烧器(11)：接入工业炉(12)内；
其中富氧燃烧器(11)的结构为：中心点为中心燃气喷嘴(111)，外周均匀分布n个富氧空气喷嘴(112)，再向外均匀分布n个外周燃气喷嘴(113)，富氧空气喷嘴与外周燃气喷嘴数目相同，而且每个外周燃气喷嘴与最接近的两个富氧空气喷嘴成等腰三角形，其中n为3-7，优选为5；
空气经过滤器(1)过滤后进通风机(2)，然后经富氧膜装置(3)分离，得到富氧空气，富氧空气经水环式真空泵(4)排入气水分离装置(5)，分离出水汽后的富氧空气进入脱湿装置(6)，经脱湿干燥后进入增压稳压装置(8)，然后以一定压力进入初步预热装置(9)，利用工业炉排放的烟气进行预加热，然而进入预热装置(10)加热到设定的温度，最后富氧空气通过富氧燃烧器(11)送至工业炉进行助燃。
2.根据权利要求1所述的膜法富氧助燃系统，其特征在于：富氧燃烧器(11)具备图3所示结构。
3.根据上述权利要求所述的膜法富氧助燃系统，其中在脱湿装置(6)和增压稳压装置(8)之间还包括一氧浓度调节系统(7)，氧浓度调节系统(7)包括富氧空气进口(71)、空气进口(72)，比例阀(73)、氧浓度传感器(74)、单片机(75)以及位移传感器(76)，氧浓度传感器(74)位于富氧喷嘴附近，恒定氧浓度的富氧空气由脱湿装置(6)出来进入氧浓度调节系统(7)，然后根据监测的燃烧情况调节氧浓度后进入增压稳压装置(8)。
4.根据上述权利要求所述的膜法富氧助燃系统，氧浓度调节系统(7)的工作原理为：首先调试确定燃烧最佳状态时氧浓度传感器(74)测定的氧浓度值，其次以该氧浓度值为设定值，继而以该设定值与氧浓度传感器(74)实际测得的氧浓度值之差值调节输送至炉内的富氧空气的氧气浓度。
5.根据权利要求4所述的膜法富氧助燃系统，其特征在于：氧浓度调节系统(7)优选线性调节。
6.根据上述权利要求所述的膜法富氧助燃系统，其特征在于：富氧空气在预热装置(10)预热后为130℃。
7.工业炉，其包括膜法富氧助燃系统。
8.如权利要求7所述的工业炉，所述工业炉优选燃烧燃气的锅炉、加热炉、焚烧炉、冶炼炉、造气炉。
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