专利名称：一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置的制作方法
技术领域：
一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置技术领域[0001]本实用新型涉及燃气锅炉节能环保技术领域，具体地讲是一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，主要适用于燃气锅炉集中式高富氧供气。
背景技术：
[0002]氮氧化物(NOx)是我国十二五期间重点控制的大气污染物。[0003]当氧气浓度> 21%时称为富氧，当氧气浓度> 90%时称为高富氧。目前，富氧燃烧在工业过程中已被广泛应用，节能效果显著。但富氧燃烧产生的NOx大幅度增加，在以天然气为燃料的燃烧过程中尤为明显，这是因为富氧助燃提高了火焰温度，从而促进了热力型NOx(空气中氮气在高温条件下氧化生成)的生成。在富氧助燃的天然气燃烧过程中， NOx主要来源是高温区的热力型NOx，因此控制热力型NOx的生成是降低燃气锅炉NOx生成总量的关键。[0004]针对富氧助燃燃气锅炉，目前广泛应用的低NOx燃烧技术主要是通过降低火焰温度、缩短高温区停留时间、改进燃烧方式等途径来实现，如空气分级、烟气再循环、特制燃烧器等。这些技术虽然起到了积极的效果，但只是部分程度上(最高达50%)降低NOx生成总量，且降低火焰温度与高温燃烧的特点相抵触，同时控制空气系数及燃烧器喷出速率对操作精度要求程度高，因此有必要开发一种不需要降低富氧火焰温度，操控简单，同时可以更大幅度降低燃气锅炉NOx排放的新方法或新装置。实用新型内容[0005]为了解决现有技术的缺陷，本实用新型实施例提供一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，该装置通过从源头上降低氮气含量来降低NOx的排放量。[0006]为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，所述装置包括前预处理单元，对空气进行加压、干燥，并通过缓冲罐提供稳定空气流；变压吸附制氧单元，连接所述前预处理单元，分离所述空气中的氧气并去除氮气得到富氧；后预处理单元，连接所述变压吸附制氧单元，对所述富氧再次加压、干燥、除油除尘， 并加热至高于露点的恒定温度；膜分离提纯单元，连接所述后预处理单元，对压缩过滤后的富氧进行膜分离提纯进一步去除氮气得到高富氧。[0007]所述前预处理单元包括空气压缩机、冷干机和空气缓冲罐；所述空气压缩机连接所述冷干机，所述冷干机连接所述空气缓冲罐。[0008]所述变压吸附制氧单元包括吸附器和氧气缓冲罐；所述吸附器，连接所述氧气缓冲罐以及所述前预处理单元的空气缓冲罐，分离所述空气中的氧气并去除氮气得到富氧；所述氧气缓冲罐的一个分支通过一出口阀直接输出所述富氧，另一分支经一入口阀连接所述后预处理单元。[0009]所述变压吸附制氧单元还包括进气阀，连接所述前预处理单元的空气缓冲罐和所述吸附器，为所述吸附器输入空气原料；排气阀，连接所述吸附器，排出经所述吸附器处理后的含氮尾气；出气阀，通过一单向入口阀连接所述后预处理单元，输出经所述吸附器分离出的富氧；冲洗阀，连接所述吸附器，对所述吸附器进行均压和冲洗。[0010]所述吸附器为多个。[0011]所述吸附器为AB碳分子筛吸附器。[0012]所述后预处理单元包括空气压缩机、冷干机、过滤器和电加热器；所述空气压缩机连接所述冷干机，所述冷干机连接所述过滤器，所述过滤器连接所述电加热器，所述电加热器连接所述膜分离提纯单元。[0013]所述膜分离提纯单元包括膜分离器和氧气缓冲罐；所述膜分离器，连接所述后预处理单元的电加热器，并通过一入口阀连接所述氧气缓冲罐；所述氧气缓冲罐，通过一出口阀连接燃气燃烧器。[0014]所述膜分离器为中空纤维膜分离器。[0015]本实用新型实施例提供的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，从供气源头控制氮气含量，在保持富氧燃烧高温的同时大幅度(超过90% )降低NOx的产生量；且该装置对现有燃气燃烧器的适用性强，操控简单，只需对接正常供气燃烧即可达到目的，实验证明其输出的高氧气浓度> 98%。
[0016]图1为本实用新型实施例装置的整体结构图；[0017]图2为本实用新型实施例装置的细化结构图。
具体实施方式
[0018]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0019]针对富氧助燃燃气锅炉，本实用新型提供一种高富氧(氧气浓度> 98% )助燃节能装置，从供气源头控制氮气含量，在保持富氧燃烧高温的同时大幅度(超过90%)降低 NOx的产生量；且该装置对现有燃气燃烧器的适用性强，操控简单，只需对接正常供气燃烧即可达到目的。[0020]图1为本实用新型实施例装置的整体结构图。如图1所示，该装置包括前预处理单元100、变压吸附制氧单元200、后预处理单元300以及膜分离提纯单元400。如图1所示，前预处理单元100、变压吸附制氧单元200、后预处理单元300以及膜分离提纯单元400 依次连接。[0021]具体地，前预处理单元100，对空气进行加压、干燥，并通过缓冲罐提供稳定空气流；变压吸附制氧单元200，连接前预处理单元100，分离空气中的氧气并去除氮气得到富氧(本实用新型中浓度约94%)；后预处理单元300，连接变压吸附制氧单元200，对富氧再次加压、干燥、除油除尘，并加热至高于露点的恒定温度；膜分离提纯单元400，连接后预处理单元300，对压缩过滤后的富氧进行膜分离提纯进一步去除氮气得到高富氧(本实用新型中氧含量达到>98% )。[0022]图2为本实用新型实施例装置的细化结构图结构图。如图2所示[0023]前预处理单元100包括空气压缩机1、冷干机2和空气缓冲罐3 ；空气压缩机1连接冷干机2，冷干机2连接空气缓冲罐3 ；空气缓冲罐3后接变压吸附制氧单元200。空气压缩机1用于对空气进行压缩，冷干机2用于对压缩后的空气进行冷却干燥，空气缓冲罐3 用于向变压吸附制氧单元200提供稳定的空气流。[0024]变压吸附制氧单元200包括吸附器4和氧气缓冲罐13 ；吸附器4，连接氧气缓冲罐13以及前预处理单元100的空气缓冲罐3，分离空气中的氧气并去除氮气得到富氧；氧气缓冲罐13的一个分支通过一出口阀14直接输出富氧，另一分支经一入口阀15连接后预处理单元300。可选地，该吸附器4可以是AB碳分子筛吸附器。[0025]具体地，吸附器4可以为多个，图2以2个吸附器为例来进行说明，实际应用中根据需要还可以是其他数量。[0026]如图2所示，对应于2个吸附器的情况，变压吸附制氧单元200还包括2个进气阀5、8，连接前预处理单元100的空气缓冲罐3和吸附器4，为吸附器4输入空气原料；2个排气阀6、7，连接吸附器4，排出经吸附器4处理后的含氮尾气；出气阀9、11，通过一单向入口阀12连接后预处理单元300，输出经吸附器4分离出的富氧；冲洗阀10，连接吸附器4， 对吸附器4进行均压和冲洗。[0027]后预处理单元300包括空气压缩机16、冷干机17、过滤器18和电加热器19 ；空气压缩机16连接冷干机17，冷干机17连接过滤器18，过滤器18连接电加热器19，电加热器19连接膜分离提纯单元400。过滤器18是进行除油除尘，电加热器19是将气体加热到高于其露点温度，防止气体在膜分离器内液化，两者都是为例保证后续膜分离的效果。[0028]膜分离提纯单元400包括膜分离器20和氧气缓冲罐22 ；膜分离器20，连接后预处理单元300的电加热器19，并通过一入口阀21连接氧气缓冲罐22 ；氧气缓冲罐22，通过一出口阀23连接燃气燃烧器，非渗透尾气排空。可选地，所述膜分离器为中空纤维膜分离ο[0029]下面结合图2对本实用新型实施例装置的工作原理进行详细描述。[0030]空气经过空压机1加压、冷干机2冷却干燥后，通过空气缓冲罐3进入吸附器4循环制氧。缓冲罐的作用是在供气源和进气设备之间稳定压力和流量，氧气缓冲罐是对氧气进行缓冲，空气缓冲罐是对空气进行缓冲。[0031 ] 进气阀5、8，出气阀9、11，冲洗阀10，排气阀6、7均为可编程控制器PLC (可编程控制器，Programmable Logic Controller)控制的自动切换电磁阀。进气阀5、8输入空气原料，出气阀9、11输出94%的氧气，排气阀6、7排出解析后的含氮尾气，冲洗阀10的作用是均压和清洗碳分子筛。吸附器4分离出的富氧经入口单向阀12进入氧气缓冲罐13，解析后的含氮尾气经排气阀6、7排出，氧气缓冲罐13内的氧气浓度约为94%。 为了达到变压吸附制氧单元200和膜分离提纯单元400的最佳匹配效果，需要调节由吸附制氧单元200进入膜分离提纯单元400空气量，这时可以打开出口阀14进行调节，同时对膜分离器20中的膜起到保护作用。因此，此处可直接通过出口阀14向满足其要求的用户提供高富氧，该供气支路可同时达到调节后续膜分离提纯单元进气量、保障安全的目的。[0033]氧气缓冲罐13出气口连接的另一支路经入口阀15进入后预处理单元300，富氧经过空压机16加压，冷干机17干燥除水，过滤器18除油除尘，电加热器19加热至恒温(高于露点温度)后，进入膜分离器20进行分离提纯，氮气被进一步分离，氧气含量可达98 %以上，提纯后的高富氧经单向入口阀21进入氧气缓冲罐22，再经出口阀23接燃气燃烧器，膜分离器分离出的非渗透尾气排空。[0034]本实用新型实施例提供的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，从供气源头控制氮气含量，在保持富氧燃烧高温的同时大幅度(超过90% )降低NOx的产生量；且该装置对现有燃气燃烧器的适用性强，操控简单，只需对接正常供气燃烧即可达到目的，实验证明其输出的高氧气浓度> 98%。[0035]本实用新型与目前低NOx燃烧技术相比具有以下优势[0036](1)大大降低了 NOx排放量。经实际测算，NOx排放量可降低90%以上。[0037](2)制氧装置氧气回收率达到10%。[0038](3)节能降耗，热效率高。相同热效率条件下，燃气燃烧量节省60-70%;保持了富氧火焰的高温特性，炉头火口温度成倍提高，提高了燃气锅炉的热效率。[0039](4)该供气装置简化了低NOx燃烧技术及设备，适用性广。[0040]以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述装置包括前预处理单元，对空气进行加压、干燥，并通过缓冲罐提供稳定空气流；变压吸附制氧单元，连接所述前预处理单元，分离所述空气中的氧气并去除氮气得到富氧；后预处理单元，连接所述变压吸附制氧单元，对所述富氧再次加压、干燥、除油除尘，并加热至高于露点的恒定温度；膜分离提纯单元，连接所述后预处理单元，对压缩过滤后的富氧进行膜分离提纯进一步去除氮气得到高富氧。
2.根据权利要求1所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述前预处理单元包括空气压缩机、冷干机和空气缓冲罐；所述空气压缩机连接所述冷干机，所述冷干机连接所述空气缓冲罐。
3.根据权利要求1所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述变压吸附制氧单元包括吸附器和氧气缓冲罐；所述吸附器，连接所述氧气缓冲罐以及所述前预处理单元的空气缓冲罐，分离所述空气中的氧气并去除氮气得到富氧；所述氧气缓冲罐的一个分支通过一出口阀直接输出所述富氧，另一分支经一入口阀连接所述后预处理单元。
4.根据权利要求3所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述变压吸附制氧单元还包括进气阀，连接所述前预处理单元的空气缓冲罐和所述吸附器，为所述吸附器输入空气原料；排气阀，连接所述吸附器，排出经所述吸附器处理后的含氮尾气；出气阀，通过一单向入口阀连接所述后预处理单元，输出经所述附器分离出的富氧；冲洗阀，连接所述吸附器，对所吸附器进行均压和冲洗。
5.根据权利要求3所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述吸附器为多个。
6.根据权利要求3所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述吸附器为AB碳分子筛吸附器。
7.根据权利要求1所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述后预处理单元包括空气压缩机、冷干机、过滤器和电加热器；所述空气压缩机连接所述冷干机，所述冷干机连接所述过滤器，所述过滤器连接所述电加热器，所述电加热器连接所述膜分离提纯单元。
8.根据权利要求1所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述膜分离提纯单元包括膜分离器和氧气缓冲罐；所述膜分离器，连接所述后预处理单元的电加热器，并通过一入口阀连接所述氧气缓冲罐；所述氧气缓冲罐，通过一出口阀连接燃气燃烧器。
9.根据权利要求8所述的降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，其特征在于，所述膜分离器为中空纤维膜分离器。
专利摘要一种降低氮氧化物产生的高富氧助燃节能装置，所述装置包括前预处理单元，对空气进行加压、干燥，并通过缓冲罐提供稳定空气流；变压吸附制氧单元，连接所述前预处理单元，分离所述空气中的氧气并去除氮气得到富氧；后预处理单元，连接所述变压吸附制氧单元，对所述富氧再次加压、干燥、除油除尘，并加热至高于露点的恒定温度；膜分离提纯单元，连接所述后预处理单元，对压缩过滤后的富氧进行膜分离提纯进一步去除氮气得到高富氧。该装置从供气源头控制氮气含量，在保持富氧燃烧高温的同时大幅度降低NOx的产生量；且该装置对现有燃气燃烧器的适用性强，操控简单，只需对接正常供气燃烧即可达到目的，实验证明其输出的高富氧浓度≥98％。
文档编号C01B13/02GK202253722SQ20112038855
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者刘颜南, 张庆军, 张超, 张雪祯, 梁涛, 毕研斌, 王晓宇, 王雅贤, 赵鹏, 邵本东, 陈大众, 高峰, 魏姝玮, 齐越 申请人:中国石油天然气股份有限公司