[發明專利]一種水泥回轉窯富氧燃燒供氧方法及裝置

在審

• 申請號: 202110222362.5
• 申請日: 2021-02-28
• 公開（公告）號: CN112857030A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 陳奕璇;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: F27B7/34
• 分類號: F27B7/34;F27B7/42;F23L7/00;C01B13/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于空氣分離技術領域，具體為一種水泥回轉窯富氧燃燒供氧方法及裝置。本發明采用膜分離制氧技術有機耦合至原壓縮空氣供氣設施上，將原壓縮空氣分離為兩種氣體：富氮和富氧；產生的富氮，直接替代原工廠的壓縮空氣需求，回收壓縮能；產生的富氧，可送爐窯直接完全或部分替代原凈風、煤風而進行富氧燃燒，回收風機的壓縮能，并且因富氧燃燒取得額外的經濟效益；還充分考慮到壓縮空氣使用的極端情況，采用備用壓縮空氣補償回路進行流量補償，總體上實現以壓縮空氣換氧氣的供氧方案，極大的降低了氧氣提取的能耗；本發明設備管理、維護成本低，沒有安全隱患，是水泥廠富氧燃燒節能改造的首選方案。

技術領域

本發明屬于空氣分離技術領域，具體涉及一種水泥回轉窯富氧燃燒供氧方法及裝置。

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、水產養殖和國防軍事等領域。

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。

典型的，如水泥廠的回轉窯的富氧燃燒，眾所周知，其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，而尤其在很多如水泥工藝生產過程中大都已具有壓縮空氣資源的場合，如何使壓縮空氣供應與富氧分離有機結合，充分利用這些諸如原水泥工藝中用于清灰、清堵而配套的壓縮空氣設施，以怎樣的分離技術利用這些壓縮空氣低成本的獲取富氧的同時產生的富氮基本不影響原定清灰、清堵等用氣需求，而由此低成本獲得的富氧則可為諸如水泥回轉窯提供額外的氧化劑來實施富氧燃燒技術改造而產生額外的經濟效益，急需有一種高效的解決方案。

發明內容

鑒于以上情況，本發明的目的在于提供一種高效、安全、低成本的水泥回轉窯富氧燃燒供氧方法及裝置。

本發明充分利用現場壓縮空氣資源，低成本的獲得富氧空氣而并不影響原有壓縮空氣特定的保障用途以及富氧燃燒工藝所需的富氧純度、壓力需求。