CN103641071A

CN103641071A - 回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置及方法

Info

Publication number: CN103641071A
Application number: CN201310659733.1A
Authority: CN
Inventors: 郗春满; 卢洲; 李辉; 郭正军
Original assignee: Suzhou Sujing Protective Atmosphere Co ltd
Current assignee: Suzhou Sujing Protective Atmosphere Co ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: CN103641071B

Abstract

本发明涉及一种回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其由上游至下游依次包括对空气进行过滤的空气处理单元、利用过滤后的空气制取纯度较高的氧气的真空变压吸附制氧单元、氧气缓冲罐、加热纯度较高的氧气的换热单元和将纯度较高的氧气与空气混合成具有合适含氧量的富氧气体的混合单元。将空气经过空气处理单元进行过滤获得洁净空气后进入真空变压吸附制氧单元获得纯度较高的氧气，纯度较高的氧气经过氧气缓冲罐后进入换热单元与篦冷机的废热气换热成为高温氧气，高温氧气在混合单元中与空气混合为富氧气体后通入燃烧器供氧。本发明采用真空变压吸附技术，同时充分利用篦冷机的多余热量将富氧气体加热，提高了燃烧效率，降低燃烧成本。

Description

回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置及方法

技术领域

本发明涉及一种为回转窑多通道燃烧器富氧燃烧提供氧气的装置以及方法，尤其是一种利用真空变压吸附装置提供富氧气体以及利用回转窑后端的篦冷机对富氧气体进行加热，以供回转窑进行富氧燃烧所用的装置和方法。

背景技术

水泥行业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，近年来随着我国经济建设的快速发展，水泥行业得到了快速的扩张，业内虽进行了多次整合和兼并，目前仍有规模以上企业近3000家。同时水泥是一种低技术附加值的产品，生产过程中必须消耗大量的燃料及电能，整个行业受原材料供给及价格的影响极大，在目前严峻的能源与环境形势下，国家加大了对各行各业节能减排的力度，作为高能耗的水泥生产行业，被迫使用较多的劣质煤、无烟煤等燃料煅烧熟料，由于较难达到硅酸盐反应需要的温度，严重影响水泥熟料的质量，增加了生产成本，同时对环境造成了巨大的污染。

富氧燃烧即采用比空气中含氧量更高的空气进行助燃。采用富氧空气助燃有以下优点：降低着火温度，有利于燃料的点燃，降低燃煤品质；加快燃烧速率，促进燃料完全燃烧；降低过量空气系数，减少排烟量和排烟热损失；提高炉膛温度，强化炉内传热。将富氧燃烧技术应用于水泥回转窑劣质煤煅烧水泥熟料工艺过程中，能够保证煤粉燃烧火焰温度达到1700℃以上，满足熟料烧成温度；能够形成完整有力、适当缩短并易于调节控制的火焰；促进燃料燃烧完全，减少不完全燃烧热损失。通过水泥回转窑煤富氧燃烧技术最终实现劣质煤、无烟煤等低品位或难于燃烧燃料的使用，并且保证工艺要求合理的温度带及流场，在节能降耗的前提下，实现水泥熟料产量和质量的提高。

现有的为富氧燃烧供氧的方法主要有以下几种：

公开号为102434890A，名称为“一种为水泥回转窑多通道燃烧器富氧助燃提供富氧气体的方法”的发明专利申请，公开了一种利用膜分离技术分离获得高纯度氧气进行助燃。其技术方案主要是：利用膜分离技术，将自空气中分离的两种不同的纯度的富氧气体分别送入燃烧器的不同部位，进行富氧助燃。该技术方案存在以下的技术缺陷：尽管膜分离设备后的富氧空气温度较高，但是其中含水量较大，需要除水后用于助燃，增大了能源的消耗；其次富氧气体从膜分离设备的渗透端升压后直接进入燃烧器，一般干法水泥工艺产量都比较大，用气量也比较大，仅靠膜分离设备所得的富氧气体直接进行助燃，膜设备往往体积非常庞大；同时，膜设备的寿命周期较短，出现问题就需要更换膜组件，维修成本较高。

真空变压吸附技术（VPSA）利用制氧分子筛对气体混合物中各组分的吸附能力的差异，吸附容量随压力的变化而变化的特性，在平衡状态下制氧分子筛优先吸附氮气组分，在提高压力状态下氮的吸附高于低压时的吸附容量；制氧分子筛的脱附再生是靠改变操作压力来实现的，即加压吸附减压脱附从而达到O₂/N₂分离的目的。

变压吸附法制氧较其他方法制氧（低温精馏法、薄膜渗透法和化学吸收法等）具有如下优点：

（1）装置启动迅速，随时开机即可制氧，启动后几分钟至几十分钟便可获得合格产品氧；

（2）装置体积小，操作简单，自动化程度高，不需人工操作；

（3）投资和管理费用比较低，单位产品能耗低（尤其是中小型），气体生产成本低；

（4）产品纯度可以在一定范围内任意调节。吸附装置在常温下运行，不涉及绝热问题；氧气纯度在50％～95％之问可以任意调整。

公开号为102913939A，名称为“一种用于干法回转窑水泥生产的富氧供应工艺”的发明专利申请，公开了一种与干法回转窑水泥生产过程相适应的富氧供应工艺，其主要提供了一种采用空气经VPSA处理后，所得的富氧气体由回转窑及分解炉的煤风风机和净风风机吸入，作为富氧煤风和富氧净风送至回转窑和分解炉各自的多风道煤粉燃烧器。该技术方案仅仅提供了一种富氧燃烧的工艺，同时VPSA制氧设备产出的空气温度较低，并未充分利用后期篦冷机产出的废热空气对富氧空气进行换热，造成了热量的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用真空变压吸附产生氧气，并利用篦冷机的废热加热氧气的效率高、成本低的水泥回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置和方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其由上游至下游依次包括对空气进行过滤的空气处理单元、利用过滤后的空气制取纯度较高的氧气的真空变压吸附制氧单元、氧气缓冲罐、加热所述的纯度较高的氧气的换热单元和将所述的纯度较高的氧气与空气混合成具有合适含氧量的富氧气体的混合单元；

所述的空气处理单元具有空气进口和空气出口，所述的空气处理单元的空气进口与外界空气相连接，所述的真空变压吸附制氧单元具有进气口、出气口、再生气出口和吹扫气入口，所述的空气处理单元的空气出口与所述的真空变压吸附制氧单元的进气口相连接，所述的真空变压吸附制氧单元的再生气出口与外界空气相连接，所述的氧气缓冲罐具有进口和两个出口，所述的氧气缓冲罐的进口与所述的真空变压吸附制氧单元的出气口相连接，所述的氧气缓冲罐的一个出口与所述的真空变压吸附制氧单元的吹扫气入口相连接，所述的换热单元具有两条能够进行换热的气流通道且每个所述的气流通道分别具有进口和出口，所述的氧气缓冲罐的另一个出口与所述的换热单元中的一条所述的气流通道的进口相连接，所述的换热单元中的另一条所述的气流通道的进口与燃烧器后端的篦冷机的废热空气出口相连接，所述的混合单元具有氧气进口和空气进口以及出气口，所述的换热单元中与所述的氧气缓冲罐相连接的气流通道的出口与所述的混合单元的氧气进口相连接，所述的混合单元的空气进口与外界空气相连接，所述的混合单元的出气口与燃烧器相连接。

优选的，所述的空气处理单元包括空气过滤器、设置于所述的空气过滤器与所述的真空变压吸附制氧单元之间的鼓风机，所述的鼓风机通过自清洗功能控制阀回连至所述的空气过滤器而形成所述的空气过滤器的自清洗结构。

优选的，所述的真空变压吸附制氧单元包括若干个交替进行吸附和再生的吸附塔，所述的吸附塔中设置有通过吸附分离而产生氧气的制氧分子筛。

优选的，所述的真空变压吸附制氧单元的再生气出口通过真空泵与外界空气相连接。

优选的，所述的换热单元与所述的混合单元的氧气进口之间设置有调节氧气量的截止阀。

优选的，所述的混合单元为混合鼓风机。

一种上述回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置采用的供氧方法，将空气经过所述的空气处理单元进行过滤获得洁净空气，所述的洁净空气进入所述的真空变压吸附制氧单元获得纯度较高的氧气，所述的纯度较高的氧气经过所述的氧气缓冲罐进行缓冲后，进入所述的换热单元与所述的篦冷机的废热气换热成为高温氧气，所述的高温氧气在所述的混合单元中与空气混合成为具有合适含氧量的富氧气体后通入燃烧器为其中的富氧燃烧供氧。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的供氧装置结合供氧方法根据水泥回转窑的工艺特点和结构，采用真空变压吸附技术自空气中分离出富氧气体，同时充分利用后端篦冷机的多余热量将富氧气体加热后送入燃烧器中进行富氧燃烧，以提高燃烧效率，同时降低燃烧成本。

附图说明

附图1为本发明的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置的示意图。

以上附图中：1、空气过滤器；11、自清洗功能控制阀；2、鼓风机；3、真空泵；4、真空变压吸附制氧单元；41、吸附塔；42、控制阀；43、控制阀；44、控制阀；45、控制阀；46、控制阀；5、氧气缓冲罐；6、换热单元；7、混合鼓风机；71、截止阀；8、燃烧器；9、篦冷机。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。一种回转窑燃烧器8富氧燃烧的供氧装置，其由上游至下游依次包括对空气进行过滤的空气处理单元、利用过滤后的空气制取纯度较高的氧气的真空变压吸附制氧单元4、氧气缓冲罐5、加热纯度较高的氧气的换热单元6和将纯度较高的氧气与空气混合成具有合适含氧量的富氧气体的混合单元。

空气处理单元具有空气进口和空气出口，空气处理单元的空气进口与外界空气相连接，而其空气出口则与真空变压吸附制氧单元4相连接。空气处理单元包括空气过滤器1、设置于空气过滤器1与真空变压吸附制氧单元4之间的鼓风机2，鼓风机2通过自清洗功能控制阀11回连至空气过滤器1而形成空气过滤器1的自清洗结构。

真空变压吸附制氧单元4包括若干个交替进行吸附和再生的吸附塔41，吸附塔41中设置有通过吸附分离而产生氧气的制氧分子筛。在本实施例中，真空变压吸附制氧单元4为两个吸附塔41构成的吸附塔41组，两个吸附塔41交替进行吸附和再生。真空变压吸附制氧单元4具有进气口、出气口、再生气出口和吹扫气入口，且进气口处、出气口处、再生气出口处和吹扫气入口处均设置有控制阀。真空变压吸附制氧单元4的进气口与空气处理单元的空气出口相连接，其再生气出口通过真空泵3与外界空气相连接。

氧气缓冲罐5具有进口和两个出口。氧气缓冲罐5的进口与真空变压吸附制氧单元4的出气口相连接，氧气缓冲罐5的一个出口与真空变压吸附制氧单元4的吹扫气入口相连接，另一个出口则与换热单元6相连接。

换热单元6具有两条能够进行换热的气流通道且每个气流通道分别具有进口和出口。氧气缓冲罐5的另一个出口与换热单元6中的一条气流通道的进口相连接，该气流通道的出口则与混合单元相连接。换热单元6中的另一条气流通道的进口与燃烧器8后端的篦冷机9的废热空气出口相连接。

混合单元为混合鼓风机7，其具有氧气进口和空气进口以及出气口。换热单元6中与氧气缓冲罐5相连接的气流通道的出口与混合单元的氧气进口相连接，换热单元6与混合单元的氧气进口之间设置有调节氧气量的截止阀71，混合单元的空气进口与外界空气相连接，混合单元的出气口与燃烧器8相连接。

附图1中，a为空气处理单元的空气进口，带有自清洗功能的空气过滤器1直接与大气相连；b为纯氧出口；c为热空气入口，在换热单元6利用来自篦冷机9的多余热空气将氧气温度加热；d为高温氧气出口，e为空气进口，d和e中的气体通过混合单元变成符合富氧燃烧的气体后进入燃烧器8，f为喷油枪，用于燃烧器8点火时喷油助燃。

上述回转窑燃烧器8富氧燃烧的供氧装置采用的供氧方法为，空气经过空气处理单元进行过滤获得洁净空气，洁净空气进入真空变压吸附制氧单元4获得纯度较高的氧气，该纯度较高的氧气的温度较低，纯度较高的氧气经过氧气缓冲罐5进行缓冲后，进入换热单元6与篦冷机9的废热气换热成为高温氧气，高温氧气在混合单元中与空气混合成为具有合适含氧量的富氧气体后通入燃烧器8为其中的富氧燃烧供氧。

具体的，空气首先经过带有自清洗功能的空气过滤器1，由于水泥厂空气中粉尘含量较大，空气过滤器1带有自清洗功能控制阀11。鼓风机2和真空泵3分别与真空变压吸附制氧单元4相连，吸附时，真空变压吸附制氧单元4的进气口处的控制阀42控制鼓风机2进气，空气经过装有制氧分子筛的吸附塔41后，纯氧气体经过真空变压吸附制氧单元4的出气口处的控制阀43、44进入氧气缓冲罐5；再生时真空泵3通过真空变压吸附制氧单元4的再生气出口处的控制阀45将再生气体排出，同时为了床层彻底的解吸，通过真空变压吸附制氧单元4的吹扫气入口处的控制阀46控制部分纯氧气体对床层进行吹扫。吸附塔4141和控制阀42、43、44、46均为2套，控制阀可以通过PLC控制两个吸附塔41交替进行吸附和解吸。

带有自清洗功能的空气过滤器1主要利用脉冲气流对其进行吹扫，以保证空气过滤器1的正常使用，延长其寿命。在两塔变压吸附工艺中，两塔交替进行吸附和再生，但鼓风机2并不是一直对吸附塔41供气的，交替的间隙鼓风机2需要通过旁通管道将气排放至空气，本装置和方法中利用鼓风机2通过旁通排放的空气对空气过滤器1进行清洗。利用PLC控制自清洗功能控制阀11动作，既实现了脉冲气流对过滤器的清洗，又保护了系统正常工作。

由于变压吸附产生的氧气温度较低，在进入燃烧器8助燃之前先进入换热单元6。换热单元6利用篦冷机9产生的废热空气对氧气进行升温，升温后获得高温氧气并进入混合单元，即混合鼓风机7中。

在混合鼓风机7中，通过调节管道上的截止阀71来控制吸入氧气量，以便根据窑内熟料烧成情况手动或者自动的控制富氧气体中的氧含量。

燃烧器8是将生料粉煅烧成熟料的关键设备之一，现代回转窑单位容积产量都比较高，为了获得高的容积产量，必须加快回转窑的转速，这样才能保持窑内物料填充率基本不变，为此高入窑分解率和优良性能的燃烧器8是窑取得高产的根本保证。目前高容积产量的回转窑要求入分解率一般在95%以上，同时燃烧器8要能适应高转速窑内熟料的烧成。

目前市场上的燃烧器8形式较多，但无论何种燃烧器8都应该具有如下性能：①空气动力学参数是否合理可靠，燃烧器8的火焰形状是否易于调节；②燃烧火焰是否稳定；③燃烧效率如何，一次风用量是否较低，是否能够消除有害气体的产生；④燃烧器8是否对回转窑的窑皮有不利的影响等。

富氧气体进入燃烧器8后，分别进入中心风管、旋流风管和轴流风管。中心风管的末端是火焰稳定器，只能通过很小的风量。旋流风管和轴流风管可以通过改变结构来改变火焰形状。中心风管、旋流风管和中心风管的入口上都装有蝶阀，可单独地调节各风量和比例。旋动调节螺母，可把各管向内压入或向外拉出，调节各喷出口面积大小从而调节喷出的速度。

为节约能源和减少污染物的排放，中心风管、旋流风管和轴流风管的风量较大，占整个燃烧器8风量的95%以上，因此富氧气体的质量对燃烧器8燃烧质量影响较大。

燃烧器8后端的篦冷机9主要用来对经过回转窑的熟料进行冷却以满足粉磨设备对熟料的温度要求，因冷却熟料产生的多余气与混合单元的一个入口端相连。

本实施例所描述的用于回转窑燃烧器8富氧燃烧的供氧工艺方法，能够为回转窑燃烧器8提供适合浓度的富氧气体，该富氧气体常压露点为-50℃以下，其单位氧气能耗小于0.4KW·h/m³·O₂。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：其由上游至下游依次包括对空气进行过滤的空气处理单元、利用过滤后的空气制取纯度较高的氧气的真空变压吸附制氧单元、氧气缓冲罐、加热所述的纯度较高的氧气的换热单元和将所述的纯度较高的氧气与空气混合成具有合适含氧量的富氧气体的混合单元；

2.根据权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：所述的空气处理单元包括空气过滤器、设置于所述的空气过滤器与所述的真空变压吸附制氧单元之间的鼓风机，所述的鼓风机通过自清洗功能控制阀回连至所述的空气过滤器而形成所述的空气过滤器的自清洗结构。

3.根据权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：所述的真空变压吸附制氧单元包括若干个交替进行吸附和再生的吸附塔，所述的吸附塔中设置有通过吸附分离而产生氧气的制氧分子筛。

4.根据权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：所述的真空变压吸附制氧单元的再生气出口通过真空泵与外界空气相连接。

5.根据权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：所述的换热单元与所述的混合单元的氧气进口之间设置有调节氧气量的截止阀。

6.根据权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其特征在于：所述的混合单元为混合鼓风机。

7.一种如权利要求1所述的回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置采用的供氧方法，其特征在于：将空气经过所述的空气处理单元进行过滤获得洁净空气，所述的洁净空气进入所述的真空变压吸附制氧单元获得纯度较高的氧气，所述的纯度较高的氧气经过所述的氧气缓冲罐进行缓冲后，进入所述的换热单元与所述的篦冷机的废热气换热成为高温氧气，所述的高温氧气在所述的混合单元中与空气混合成为具有合适含氧量的富氧气体后通入燃烧器为其中的富氧燃烧供氧。