专利名称：膜式富氧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种富氧制造装置，具体的说是一种利用有机高分子复合膜对不同物 质具有选择性渗透的原理制造富氧空气的膜式富氧装置。
背景技术：
燃烧是由燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，氧的供给情况决 定了燃烧过程完成的是否充分。在常规空气助燃的燃烧系统中，这种高能碰撞作用受到占 空气成分近五分之四不助燃的氮分子阻碍，氧分子与燃料可燃分子之间的碰撞机会减少， 直接影响燃烧效率，而且氮还吸收大量的热量在废气中排出，造成热损失，浪费能源。采用 比常规空气含氧量高的空气助燃称富氧燃烧，富氧燃烧目的就在于使燃料充分燃烧，并有 效地充分利用燃烧生成的热量，它有提高火焰温度、加快燃烧速度、降低燃料燃点温度、增 加热量利用率的优点，同时富氧燃烧增加了空气中的氧浓度，减少了助燃空气量，从而降低 了烟气生成量，也降低了 N02等有害气体生成物的排放，改善了环境。当前技术界富集空气中含氧量的方法主要有四种变压吸附法、深冷法、化学法和 膜分离法。变压吸附法是一种纯物理制氧法，它是利用吸附剂只对特定气体有不同吸附和 解吸能力而进行分离各种气体，可获得浓度在80%以上的富氧空气；而现有的变压吸附法 制氧装置体积较大、制造使用成本高，用于工农业生产中不但起不到节能减排的作用，还额 外增加能源的消耗。深冷法是将空气低温高压液化后利用各种气体沸点温度的差异进行分 馏而得到纯度相当高的各种气体，使用深冷法制氧装置可以获得100%的纯氧；但成本高、 价格昂贵，只适用于特定产所使用。化学法是通过化学反应制氧的方法，制氧装置比较简 单，但需要添加化学药品，在制氧的同时，会有其他的产物产生，消耗能源、污染环境。膜分 离法是利用有机高分子复合膜对不同物质具有选择性渗透的原理来达到对氧气的富集，可 将空气中的氧含量从20. 9%富集到30%以上，膜法富氧技术是近年发展的非常适合各种工 业锅炉做助燃用途的高新技术，它具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资 较少等特点，被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”；但现有的膜法富氧装置不但体 积大、结构复杂、运输和拆卸不便，而且富氧助燃效果低，增加了投资成本及运行成本，节能 减排的效果较小。
发明内容
本发明的目的是针对现有膜法富氧装置体积大、结构复杂、运输拆卸不便及富氧 助燃效果低的问题，提供一种结构简单、体积小、生产使用成本低，便于运输、组装、拆卸、维 修和富氧助燃充分的膜式富氧装置。本发明的目的是通过以下技术方案解决的
一种膜式富氧装置，包括中心管和外壳，中心管位于外壳内的中轴线上，所述的中心管 为一端封闭、一端开口的镂空管，中心管和外壳之间设置膜组件，膜组件裹在中心管的管面 外侧；所述的膜组件由隔网、富氧膜和密封层组成，所述的隔网和富氧膜间隔设置，密封层位于膜组件的最外侧。所述的膜组件由4-10层隔网和4-10层富氧膜间隔设置以及最外层的密封层组 成。所述的富氧膜为有机高分子复合膜。所述的密封层的材质为钢、合金或塑料。所述中心管的封闭端处设置空气入口，所述的空气入口位于中心管和密封层的端 面之间。所述中心管的开口端为富氧出口。所述的中心管为钢管、合金管或塑料管。所述的外壳的材质为钢、合金或塑料。本发明相比现有技术有如下优点
本发明利用高分子复合膜对不同物质有选择性渗透的原理性能，而采用对氧具有高渗 透性能的富氧复合膜加上隔网组合为封闭的膜组件，能够在常温低压下通过物理变化获得 含氧浓度富集到31%以上的富氧空气，并且产生的副产品无污染。本发明的能耗只有0. llkw. h/Nm3富氧，膜组件部分使用寿命可达8 — 10年；工业 锅炉安装本装置后可节能8%- %，提高锅炉出力10%以上，投资回收快。本发明的结构简单、体积小，可根据实际需要将多台膜式富氧装置联装成符合工 程需求的富氧装置；设备投资成本低、系统操作简单，运行可靠，占地面积小，安装周期短， 在不改动锅炉本体的前提下，对新老烧煤锅炉均能改造，设备适应面广，局部增氧助燃效果 好，符合当前国内节能减排的需要。
附图1为本发明膜式富氧装置的结构示意图； 附图2为本发明膜式富氧装置的局部剖视图； 附图3为本发明膜式富氧装置的外观结构附图4为本发明膜组件中富氧膜和隔网设置示意图。其中1 一中心管；2—膜组件；3—隔网；4一富氧膜；5—密封层；6—富氧出口 ； 7—空气入口 ；8—外壳。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图1-4所示一种膜式富氧装置，包括中心管1和外壳8，中心管1可为钢管、合 金管或塑料管，外壳8的材质可为钢、合金或塑料；中心管1位于外壳8内的中轴线上，其中 中心管1为一端封闭、一端开口的镂空管，中心管1的开口端为富氧出口 6。在中心管1和 外壳7之间设置膜组件2，膜组件2裹在中心管1的外侧面上；膜组件2由4-10层隔网3、 4-10层富氧膜4和密封层5组成，其中隔网3和富氧膜4间隔设置，密封层5位于膜组件2 的最外侧。其中富氧膜4为有机高分子复合膜，密封层5的材质为钢、合金或塑料。另外在 中心管1的封闭端处设置空气入口 7，空气入口 7位于中心管1和密封层5的端面之间。膜法富氧技术是利用高分子复合膜对不同物质有选择性渗透的原理性能，而采用对氧具有高渗透性能的复合膜——富氧复合膜。在常温低压下，空气从膜高压侧流向低压 侧时，空气中氧和氮分子在压力差的驱动下透过富氧膜。由于富氧膜的特性是有选择地让 氧分子比氮分子透过率大，结果在膜低压一侧收集到的空气中氧气浓度增加，使空气中含 氧浓度从20. 9%富集到31%以上。如图1-3所示，经过加压或常规的空气从空气入口 6 进入膜式富氧装置，膜组件2的最外侧密封层5所处的位置相对中心管1所处的位置处于 高压侧，中心管1处于低压侧，进入膜式富氧装置中的空气受压强影响，空气中的氧和氮分 子在压力差的驱动透过膜组件2，由于膜组件2有选择地让氧分子比氮分子透过率大，结果 在膜组件2低压一侧收集到的空气中氧气浓度增加，富氧空气通过中心管1的镂空进入中 心管1内，从氧气出口 5流出；贫氧空气从组件2的隔网3处流出。副产物为贫氧的空气， 排出后不会污染外界的空气。实施例1
在烧煤锅炉的实际使用中，一般来说助燃空气中氧浓度越高，燃料燃烧越完全，但富氧 浓度太高，会导致火焰温度太高而降低炉膛受热面的寿命，同时制氧投资等费用增高，综合 效益反而下降，国内外研究均表明，助燃空气的富氧浓度一般在26 30%时为最佳。据测 试氧含量增加4 - 5%，火焰温度可升高200 - 300°C，火焰温度的升高，促进整个炉膛温度 的上升，炉堂受热物质更容易获得热量，热效率大幅提高。本发明的膜式富氧装置，如图4 所示为膜组件2中富氧膜和隔网设置示意图，隔网3和富氧膜4间隔设置，将多层隔网3和 有机高分子制成的富氧膜4分层间隔排列整齐后，在最外侧封上密封层，膜组件2的内侧面 则既可使用隔网3，也可使用富氧膜4。隔网3和富氧膜4的数量可按照实际需要配置。当本发明的膜组件2使用4层隔网3和4层富氧膜4组装时，经本发明制取的富 氧空气的含氧浓度可达到26%-28%。按照配套锅炉的实际规模，将需求的多台膜式富氧装 置联装后运用在锅炉上助燃时，锅炉内的火焰温度可升高250°C -400°C，烟气量能够下降 14%-40%，当炉膛温度为1300°C左右时，其可利用的热量能够增加14% _20%，热量利用率 可增加14%。本发明在某2台20吨锅炉上组合配置200-300Nm3/h富氧量的膜式富氧装置 后，经对比显示，平均节煤达10. 05%。实施例2
根据实施例所述的膜式富氧装置，当膜组件2使用5层隔网3和5层富氧膜4组装时， 经本发明制取的富氧空气的含氧浓度可达到31%以上。按照配套锅炉的实际规模，将按照5 层隔网3和5层富氧膜4制造的膜组件2使用在膜式富氧装置上后，将需求的多台膜式富氧 装置联装后运用在锅炉上助燃时，锅炉内的火焰温度可升高350°C -500°C，烟气量能够下 降20%-46%，当炉膛温度为1300°C左右时，其可利用的热量能够增加18% _20%，热量利用 率可增加15%以上。本发明安装在某油田上的一个4吨燃煤锅炉的使用的数据显示，与未 使用本发明的4吨燃煤锅炉相比，使用本发明的膜式富氧装置后，该锅炉平均节煤29. 74%, 热效率提高15. 59%,平均负荷提高17. 96 %，蒸汽压力提高39% ；某化肥厂20吨燃煤链条发 电锅炉配置150-200Nm3/h富氧量的膜式富氧装置后，经对比显示，月平均节煤达11. 04%。本发明利用高分子复合膜对不同物质有选择性渗透的原理性能，而采用对氧具有 高渗透性能的富氧复合膜加上隔网组合为封闭的膜组件，能够在常温常压下通过物理变化 获得含氧浓度富集到31%以上的富氧空气，而且产生的副产品无污染。本发明的能耗只 有0. llkw. h/Nm3富氧，膜组件部分使用寿命可达8-10年；工业锅炉安装本装置后可节能8%-16%，提高锅炉出力10%以上，投资回收快。本发明的结构简单、体积小，可根据实际需 要用多台膜式富氧装置联装成符合工程需求的富氧装置；设备投资成本低、系统操作简单， 运行可靠，占地面积小，安装周期短，在不改动锅炉本体的前提下，对新老烧煤锅炉均能改 造，设备适应面广，局部增氧助燃效果好，符合当前国内节能减排的需要。
权利要求
1.一种膜式富氧装置，包括中心管(1)和外壳(8)，中心管(1)位于外壳(8)内的中轴线 上，其特征在于所述的中心管(1)为一端封闭、一端开口的镂空管，中心管(1)和外壳(8)之 间设置膜组件(2)，膜组件(2)裹在中心管(1)的管面外侧；所述的膜组件(2)由隔网(3)、 富氧膜(4)和密封层(5)组成，所述的隔网(3)和富氧膜(4)间隔设置，密封层(5)位于膜 组件(2)的最外侧。
2.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述的膜组件(2)由4-10层隔网 (3)和4-10层富氧膜(4)间隔设置以及最外层的密封层(5)组成。
3.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述的富氧膜(4)为有机高分子复合膜。
4.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述的密封层(5)的材质为钢、合 金或塑料。
5.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述中心管(1)的封闭端处设置 空气入口(7)，所述的空气入口(7)位于中心管(1)和密封层(5)的端面之间。
6.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述中心管(1)的开口端为富氧 出口(6)。
7.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述的中心管(1)为钢管、合金管或塑料管。
8.根据权利要求1所述的膜式富氧装置，其特征在于所述的外壳(8)的材质为钢、合金 或塑料。
全文摘要
本发明公开了一种膜式富氧装置，包括中心管(1)和外壳(8)，中心管(1)位于外壳(8)内的中轴线上，中心管(1)为一端封闭、一端开口的镂空管，中心管(1)和外壳(8)之间设置膜组件(2)，膜组件(2)裹在中心管(1)的管面外侧；膜组件(2)由隔网(3)、富氧膜(4)和密封层(5)组成，隔网(3)和富氧膜(4)间隔设置，密封层(5)位于膜组件(2)的最外侧。本发明采用的膜组件可获得浓度为31%以上的富氧空气，副产品无污染；寿命长达8-10年，能耗低至0.11kw.h/Nm3富氧，工业锅炉可节能8%-16%，提高出力10%以上，结构简单、体积小，可多台联装，适应面广，符合节能减排的需求。
文档编号C01B13/02GK102059041SQ20101057159
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者孙益明 申请人:盐城市名鼎环保设备有限公司