[發明專利]一種燃氣鍋爐富氧燃燒供氣方法及裝置

在審

• 申請號: 202110222297.6
• 申請日: 2021-02-28
• 公開（公告）號: CN113154436A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 陳奕璇;羅二平;羅鵬;李新;申廣浩;王晨;顧修筑;謝東紅;賈吉來
• 申請（專利權）人: 上海穗杉實業股份有限公司;穗杉（寧波）科技有限公司
• 主分類號: F23L7/00
• 分類號: F23L7/00;F23N1/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于熱能工程技術領域，具體為一種燃氣鍋爐富氧燃燒供氣方法及裝置。本發明燃氣鍋爐富氧燃燒供氣裝置包括：采用常溫空分技術的現場制氧系統，用于直接自空氣中制取25～50%的富氧空氣；供氣回路系統，用于確保將富氧和燃氣進入燃燒器的“末端”、“開式”并與燃氣流量“等比例跟隨”加入：控制系統，用于控制現場制氧系統開停/切換，并接收燃氣回路的燃氣安全切斷閥的信號，來決定富氧供氣比例閥的開度，實現等比例供氣。本發明采用富氧與燃氣預混后進入燃燒器，對比將助燃空氣整體富氧化的富氧燃燒的工藝，所需富氧量更小，可降低制氧設備的投資成本、運行費用，是一種高效安全、低成本的富氧燃燒解決方案。

技術領域

本發明屬于熱能工程技術領域，具體涉及一種燃氣鍋爐富氧燃燒供氣方法及裝置。

背景技術

富氧，廣泛應用于各種燃油、燃氣、燃煤窯爐(玻璃、水泥、陶瓷)、各種鍋爐、加熱爐、焚燒爐、熱媒爐、熱風爐、冶煉爐、航空發動機、船舶發動機等助燃節能與環保；催化裂化、脫硫、廢水處理、發動機增效、富氧造(煤)氣、各種氧化反應、發酵等領域也應用富氧技術取得了較好的經濟效益；另外，富氧也大量的應用于醫療保健、大型富氧通風、高原增氧、水產養殖等方面，涉及石化、化工、醫藥、輕工、電力、建材、冶金、煤炭、交通運輸和水產養殖等領域。

空氣中含有大約21％的氧氣和78％的氮氣，在以空氣為原料提取富氧的方法中，工業上最廣泛采用的方法是深冷精餾法和變壓吸附法，但這兩種方法構建的富氧系統均存在投資大，耗能高，技術復雜，需專人操作，且運行費用較高；此外，還有諸如電解法、化學法等氧氣分離方法，但因其以消耗水、消耗化學品原料來實現氧氣分離，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，為工業客戶所不能接受，僅在一些特殊場合采用；

膜法富氧技術是自70年代末逐漸發展起來的一種新分離方法，它利用有機高分子致密薄膜對氮、氧的選擇透過性差異，當在膜兩側存在壓力差或者壓力比時，混合氣體中滲透速率快的氣體如水蒸汽、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等透過膜后在膜的低壓側富集成為富氧空氣(視膜材料的氧氮分離系數不同，單級分離可獲得純度約為23～60％的富氧)，而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等在膜的滯留側被富集為貧氧(或富氮)空氣，膜分離方法為富氧提取開辟了一條新途徑，因它在分離濃縮的全過程中不存在相變，常溫分離，具有設備簡單、制造成本低、能源消耗小、產量可調節、啟動迅速、操作簡便、系統靜態運行、可靠性高等突出優點，是一種經濟的分離方法，目前，采用膜分離方法制取富氧已廣泛應用于富氧助燃、富氧通風、水處理等領域，尤其針對玻璃、冶金、水泥回轉窯、工業鍋爐等等熱能工程領域的富氧助燃，因膜分離方法具有的一系列優點，可為各用能單位提供一種相對廉價、靈活的現場供氣方法而被廣泛采用；

眾所周知，富氧燃燒成敗的關鍵在于如何低成本的供給氧氣，有效的降低富氧裝置的運行成本、維護成本及裝置造價，而隨著膜分離材料的研究開發以及流程工藝的突破，應用于空氣分離的有機膜分離材料其氧氮分離的α(阿爾法)值大都在2～7之間，在一定的壓力比下可以直接自空氣中獲得大約30～60％純度的氧氣，而提高膜分離材料的分離系數、進一步降低分離壓力比、提高滲透量等圍繞前述所要求的成本控制已做到極限，挑戰艱難愈發難以為繼，而在燃氣鍋爐、窯爐采用的富氧燃燒方法中，大都直接提高助燃空氣含氧量的方法，這使得所需富氧量非常大，很難將設備成本控制在一般客戶可接受的程度，投資回收期太長，而在直接預混到燃料側進行預混燃燒的富氧燃燒方法中，因存在爆燃的風險而使得技術推廣飽受質疑，在這個領域，急需一種高效、安全的解決方案。

發明內容

鑒于以上情況，針對以天然氣(典型的，以～97％甲烷為例)為燃料的燃氣鍋爐、窯爐，本發明的目的在于提供一種高效、安全、低成本的燃氣鍋爐富氧燃燒供氣方法及裝置。

本發明采用常溫空分(膜分離或變壓吸附方法)技術直接自空氣中提取富氧，并采用如本發明設計的供氣回路，將制取的富氧與燃氣預混后進行富氧燃燒。

本發明提供的燃氣鍋爐富氧燃燒供氣裝置，其結構如圖1和圖2所示，包括：