[发明专利]一种水泥回转窑富氧燃烧供氧方法及装置

说明书

本发明属于空气分离技术领域，具体为一种水泥回转窑富氧燃烧供氧方法及装置。本发明采用膜分离制氧技术有机耦合至原压缩空气供气设施上，将原压缩空气分离为两种气体：富氮和富氧；产生的富氮，直接替代原工厂的压缩空气需求，回收压缩能；产生的富氧，可送炉窑直接完全或部分替代原净风、煤风而进行富氧燃烧，回收风机的压缩能，并且因富氧燃烧取得额外的经济效益；还充分考虑到压缩空气使用的极端情况，采用备用压缩空气补偿回路进行流量补偿，总体上实现以压缩空气换氧气的供氧方案，极大的降低了氧气提取的能耗；本发明设备管理、维护成本低，没有安全隐患，是水泥厂富氧燃烧节能改造的首选方案。

技术领域

本发明属于空气分离技术领域，具体涉及一种水泥回转窑富氧燃烧供氧方法及装置。

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、水产养殖和国防军事等领域。

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。

典型的，如水泥厂的回转窑的富氧燃烧，众所周知，其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，而尤其在很多如水泥工艺生产过程中大都已具有压缩空气资源的场合，如何使压缩空气供应与富氧分离有机结合，充分利用这些诸如原水泥工艺中用于清灰、清堵而配套的压缩空气设施，以怎样的分离技术利用这些压缩空气低成本的获取富氧的同时产生的富氮基本不影响原定清灰、清堵等用气需求，而由此低成本获得的富氧则可为诸如水泥回转窑提供额外的氧化剂来实施富氧燃烧技术改造而产生额外的经济效益，急需有一种高效的解决方案。

发明内容

鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种高效、安全、低成本的水泥回转窑富氧燃烧供氧方法及装置。

本发明充分利用现场压缩空气资源，低成本的获得富氧空气而并不影响原有压缩空气特定的保障用途以及富氧燃烧工艺所需的富氧纯度、压力需求。