CN201507941U - 一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置 - Google Patents

Abstract

一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置，是采用中空纤维分离膜得到富氧空气，通过专用喷嘴送入工业锅炉实现助燃的节能装置。通过节能装置的运行获得含氧率23％～40％可调节的富氧空气，根据工业锅炉运行热工状况参数，本节能装置输出的富氧空气流量为工业锅炉或窑炉助燃空气总量的0.3％～8％，送入工业锅炉为助燃空气。本装置输出的富氧空气含水率低，氧含量稳定，不受海拔高度影响，通过增加膜组件可容易地扩大装置的富氧空气产量，适用于各种工业锅炉的助燃节能。

Description

一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置

发明技术领域：

本实用新型装置涉及用中空纤维分离膜得到富氧空气、对工业锅炉或窑炉实现助燃的节能装置，具体地说是采用空气压缩机为分离动力，中空纤维分离膜为空气分离元件，获得含氧率大于40％的富氧空气，并根据工业锅炉或窑炉燃烧需要，掺混适量普通空气，最终得到含氧率23％～40％的富氧空气作为工业锅炉或窑炉的助燃空气，达到提高工业锅炉或窑炉热效率节约燃料的节能目的。

背景技术：

从空气中分离氧气和氮气的膜分离法，分为正压法(单侧加压)和负压法(一侧加低压一侧抽真空)已经得到工业应用，而采用负压法分离得到富氧空气的方法，受到分离装置所处地的海拔高度限制，海拔高度升高，氧氮分离效果下降，这在高原缺氧地区尤为明显。并且负压膜分离法采用水环式真空泵抽取真空得到富氧空气，造成分离后的富氧空气中含有大量的水分。作为工业锅炉的助燃空气，所含有的大量水分直接影响了助燃节能效果。

发明技术内容：

为了克服现有负压法膜分离工艺方法(一侧加低压一侧抽真空)的不足，本实用新型提出一种采用中空纤维膜正压分离法得到富氧空气，用于工业锅炉或窑炉助燃的节能装置。本实用新型由普通空气进气管(1)、鼓风机(2)、空气过滤器(3)、空气压缩机(4)、气液分离罐(5)、精密过滤器(6)、混气调节阀(7)、中空纤维分离膜箱(8)、气体混合罐(10)、增压鼓风机(11)、富氧空气预热器(12)、富氧空气喷嘴(13)、工业锅炉(14)由空气输送管道(15)依次连接。本实用新型的结构示意图见附图。

本实用新型装置是采用正压法中空纤维膜分离氧氮，分离效果受海拔高度影响很小，得到的富氧空气含水率低，对工业锅炉实现富氧空气助燃，有明显节能效果。适用于各种工业锅炉如链条炉、煤粉炉、循环流化床锅炉、抛煤机锅炉、沸腾锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等。

产生富氧空气的过程如下：经鼓风机推动空气，经空气过滤器过滤后的洁净空气进入空气压缩机，压缩后的空气压力达到1.0MPa以上后送入中空纤维分离膜，在膜的分离作用下，得到含氧率大于40％的富氧空气。富氧空气进入气体混合罐，普通空气与富氧空气的混合，达到适合于助燃的23％～40％含氧浓度的富氧空气。再经过增压鼓风机的升压，以及富氧空气预热器升温，通过富氧空气喷嘴送进工业锅炉助燃，提高燃烧温度、降低空气过量系数，从而实现节能目的。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。普通空气进气管(1)、鼓风机(2)、空气过滤器(3)、空气压缩机(4)、气液分离罐(5)、精密过滤器(6)、混气调节阀(7)、中空纤维分离膜箱(8)、富氮气排出口(9)、气体混合罐(10)、增压鼓风机(11)、富氧空气预热器(12)、富氧空气喷嘴(13)、工业锅炉(14)和空气输送管道(15)

技术方案和实施范例的效果

在工业锅炉安装本实用新型装置，结合实施的实例进说明本实用新型的技术方案和节能效果。在一台蒸发量为20吨的链排式燃煤蒸汽锅炉上安装本实用新型装置，其工作过程如下：给本实用新型装置接通电源，依次启动鼓风机(2)、空气压缩机(4)、增压鼓风机(11)，鼓风机(2)吸入空气并升压至2～3KPa，升压后的空气经过空气过滤器(3)滤去灰尘，通过管道进入空气压缩机(4)，经过空气压缩机的压缩，再次升压至1.0MPa以上，压缩机输出的高压空气通过空气输送管道(15)进入气液分离罐(5)，在气液分离罐中除去升压过程中产生的液体微滴，然后，压缩空气经精密过滤器(6)进一步滤清，过滤干净的压缩空气通过管道连接到中空纤维分离膜箱(8)，中空纤维分离膜箱内可以根据助燃富氧空气量的多少，设置2根或2根以上中空纤维膜组件，每根中空纤维膜组件由数十万根中空纤维组成，当压缩空气沿中空纤维内腔表面流动过程中，空气中的各种气体成分在膜中的溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中的相对渗透速度不同，渗透速度相对快的气体如H₂和O₂等，很快速地透过纤维膜壁，在膜的渗透侧富集，而渗透速度相对慢的气体如N2则在膜的滞流侧被富集，随之通过管道被排出分离膜箱。压缩空气通过膜分离得到的富氧空气含氧率在40％以上，压力降低到20KPa以下，直接进入气体混合罐(10)，与从鼓风机(2)并经过空气过滤器(3)、混气调节阀(7)分流送过来的部分空气在气体混合罐(10)内混合，得到氧气体积含量23％～40％之间可调的富氧空气，混合后富氧空气的氧含量由混气调节阀(7)的开度大小控制调节。混合后的富氧空气从气体混合罐(10)的出口管道进入增压鼓风机(11)，升压到6Kpa以上，通过管道送入富氧空气预热器(11)，利用锅炉烟道的烟气余热，将富氧空气加热升温到100℃以上，用管道连接至富氧空气喷嘴(13)，送进工业锅炉(14)助燃。混合后的富氧空气流量控制在锅炉燃烧空气总流量的8％以下。实测该台锅炉的燃烧情况，没有富氧空气助燃前，煤层的燃烧温度约为1300℃，采用富氧空气助燃后，煤层的燃烧温度升到1400℃，富氧空气喷嘴四周的火焰温度达到1600℃。当燃煤的低发热值在18MJ/Kg时，锅炉的吨煤产蒸汽量从原来的4.97吨，提高到5.51吨，排烟温度从210℃下降到190℃，鼓风机和引风机的综合耗电量下降了15％，锅炉的热效率由65.67％提高至79.2％，每天节约燃煤7吨以上。

本实用新型并不限于上述举例，它还有一些变化和改型，而不超出本实用新型的实质范围。

Claims (3)

1.一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置，其特征是由鼓风机(1)、空气过滤器(2)、空气压缩机(3)、压力空气管道(4)、气液分离罐(5)、精密过滤器(6)、中空纤维膜分离箱(7)、气体混合罐(8)、混气调节阀(9)、增压鼓风机(10)、富氧空气预热器(11)、富氧空气喷嘴(12)和工业锅炉(13)由空气管道依次连接，将分离得到的富氧空气由喷嘴(12)送进工业锅炉作为助燃空气。

2.根据权利要求1所述的一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置，其特征是富氧空气喷嘴为金属、陶瓷或复合材料制成的圆管，富氧空气喷嘴出口的形状是圆锥形或扁平形，喷嘴出口的截面积不小于0.1平方厘米。

3.根据权利要求1所述的一种采用中空纤维分离膜的富氧空气助燃节能装置，其特征是气体混合罐为圆形低压金属容器，内部装有气体分配喷嘴、伞形混合器，容器体积在0.1m³～1m³之间。