[发明专利]一种燃气锅炉富氧燃烧供气方法及装置

说明书

本发明属于热能工程技术领域，具体为一种燃气锅炉富氧燃烧供气方法及装置。本发明燃气锅炉富氧燃烧供气装置包括：采用常温空分技术的现场制氧系统，用于直接自空气中制取25～50%的富氧空气；供气回路系统，用于确保将富氧和燃气进入燃烧器的“末端”、“开式”并与燃气流量“等比例跟随”加入：控制系统，用于控制现场制氧系统开停/切换，并接收燃气回路的燃气安全切断阀的信号，来决定富氧供气比例阀的开度，实现等比例供气。本发明采用富氧与燃气预混后进入燃烧器，对比将助燃空气整体富氧化的富氧燃烧的工艺，所需富氧量更小，可降低制氧设备的投资成本、运行费用，是一种高效安全、低成本的富氧燃烧解决方案。

技术领域

本发明属于热能工程技术领域，具体涉及一种燃气锅炉富氧燃烧供气方法及装置。

背景技术

富氧，广泛应用于各种燃油、燃气、燃煤窑炉(玻璃、水泥、陶瓷)、各种锅炉、加热炉、焚烧炉、热媒炉、热风炉、冶炼炉、航空发动机、船舶发动机等助燃节能与环保；催化裂化、脱硫、废水处理、发动机增效、富氧造(煤)气、各种氧化反应、发酵等领域也应用富氧技术取得了较好的经济效益；另外，富氧也大量的应用于医疗保健、大型富氧通风、高原增氧、水产养殖等方面，涉及石化、化工、医药、轻工、电力、建材、冶金、煤炭、交通运输和水产养殖等领域。

空气中含有大约21％的氧气和78％的氮气，在以空气为原料提取富氧的方法中，工业上最广泛采用的方法是深冷精馏法和变压吸附法，但这两种方法构建的富氧系统均存在投资大，耗能高，技术复杂，需专人操作，且运行费用较高；此外，还有诸如电解法、化学法等氧气分离方法，但因其以消耗水、消耗化学品原料来实现氧气分离，存在原料获取不易、能源消耗高、制造成本高、使用成本高等方面的弊端，为工业客户所不能接受，仅在一些特殊场合采用；

膜法富氧技术是自70年代末逐渐发展起来的一种新分离方法，它利用有机高分子致密薄膜对氮、氧的选择透过性差异，当在膜两侧存在压力差或者压力比时，混合气体中渗透速率快的气体如水蒸汽、氢气、氦气、氧气、二氧化碳等透过膜后在膜的低压侧富集成为富氧空气(视膜材料的氧氮分离系数不同，单级分离可获得纯度约为23～60％的富氧)，而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等在膜的滞留侧被富集为贫氧(或富氮)空气，膜分离方法为富氧提取开辟了一条新途径，因它在分离浓缩的全过程中不存在相变，常温分离，具有设备简单、制造成本低、能源消耗小、产量可调节、启动迅速、操作简便、系统静态运行、可靠性高等突出优点，是一种经济的分离方法，目前，采用膜分离方法制取富氧已广泛应用于富氧助燃、富氧通风、水处理等领域，尤其针对玻璃、冶金、水泥回转窑、工业锅炉等等热能工程领域的富氧助燃，因膜分离方法具有的一系列优点，可为各用能单位提供一种相对廉价、灵活的现场供气方法而被广泛采用；

众所周知，富氧燃烧成败的关键在于如何低成本的供给氧气，有效的降低富氧装置的运行成本、维护成本及装置造价，而随着膜分离材料的研究开发以及流程工艺的突破，应用于空气分离的有机膜分离材料其氧氮分离的α(阿尔法)值大都在2～7之间，在一定的压力比下可以直接自空气中获得大约30～60％纯度的氧气，而提高膜分离材料的分离系数、进一步降低分离压力比、提高渗透量等围绕前述所要求的成本控制已做到极限，挑战艰难愈发难以为继，而在燃气锅炉、窑炉采用的富氧燃烧方法中，大都直接提高助燃空气含氧量的方法，这使得所需富氧量非常大，很难将设备成本控制在一般客户可接受的程度，投资回收期太长，而在直接预混到燃料侧进行预混燃烧的富氧燃烧方法中，因存在爆燃的风险而使得技术推广饱受质疑，在这个领域，急需一种高效、安全的解决方案。

发明内容

鉴于以上情况，针对以天然气(典型的，以～97％甲烷为例)为燃料的燃气锅炉、窑炉，本发明的目的在于提供一种高效、安全、低成本的燃气锅炉富氧燃烧供气方法及装置。

本发明采用常温空分(膜分离或变压吸附方法)技术直接自空气中提取富氧，并采用如本发明设计的供气回路，将制取的富氧与燃气预混后进行富氧燃烧。

本发明提供的燃气锅炉富氧燃烧供气装置，其结构如图1和图2所示，包括：