本發(fā)明涉及膜法富氧制取系統(tǒng)，具體是一種節(jié)能環(huán)保膜法富氧制取系統(tǒng)及方法。

前景技術(shù)

富氧助燃技術(shù)是一種應(yīng)用于工業(yè)窯爐的新型節(jié)能燃燒技術(shù)，具有提高火焰溫度、增強(qiáng)輻射傳熱能力、減少廢氣排放、提高熱效率、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。既滿足了窯爐產(chǎn)品燒成的工藝要求，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，又減少廢煙氣的排放量，節(jié)能與減排的效果顯著，可以較好的解決我國工業(yè)窯爐存在的能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。

目前，公知的膜法富氧制取系統(tǒng)，主要是由空氣過濾器、通風(fēng)機(jī)、膜裝置、羅茨真空泵等組成。其配套的羅茨真空泵用以抽取富氧氣體，但在實(shí)際應(yīng)用中存在以下諸多技術(shù)缺陷和不足：

（1）羅茨泵的工況真空度及抽氣速率相對低下，故此需配套串聯(lián)至少兩臺以上才能低限度的達(dá)到富氧制取的技術(shù)要求與條件，導(dǎo)致其制氧濃度低、占地面積大、無法形成機(jī)組整體化，系統(tǒng)造價(jià)、制氧成本及運(yùn)行成本都很高。

（2）羅茨泵的運(yùn)行噪音非常大，尤其是排氣出口有壓力時(shí)設(shè)備負(fù)荷會加大、噪音更是成倍增長，長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會使轉(zhuǎn)子軸承過熱加速磨損、故障率增高。這是由于設(shè)備本身設(shè)計(jì)是排氣出口直接向大氣排空，不能有壓力，而富氧制取系統(tǒng)的排氣出口需連接幾十米甚至上百米的管道將富氧氣體輸送至工業(yè)窯爐的燃燒器，這就會產(chǎn)生一定壓力，而且富氧助燃技術(shù)也要求進(jìn)入燃燒器的富氧氣體具有一定的壓力才能取得火焰燃燒的最佳狀態(tài)，這就使得該羅茨泵無法保障富氧制取系統(tǒng)長期運(yùn)行的工況穩(wěn)定性。

（3）羅茨泵的排氣出口壓力增大時(shí)，會影響其抽取真空的效率，而制氧膜組裝置的技術(shù)要求為膜滲透側(cè)的真空度不低于-0.076mpa，真空度的下降導(dǎo)致制氧濃度及制氧流量的不足，將嚴(yán)重制約富氧助燃應(yīng)用的實(shí)際效果。

（4）羅茨泵在高負(fù)荷的工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，主要熱量包括：設(shè)備本身的無效功率、吸入氣體溫度較高帶來的熱量、吸入氣體含有可凝性氣體在壓縮過程中釋放出相變熱。溫度控制就成了保障設(shè)備運(yùn)行工況的關(guān)鍵，羅茨泵大多采用風(fēng)冷降溫的方式，其安裝環(huán)境的首要條件必須是通風(fēng)、利于散熱，尤其在夏季或環(huán)境溫度過高時(shí)，極易造成設(shè)備的噪聲、振動變大，喪失吸氣能力，甚至損壞設(shè)備。另外，針對上述問題也有采用水環(huán)冷卻的方式作為改善措施，但又要解決水垢問題作軟化水處理，不僅進(jìn)一步加大了系統(tǒng)成本和能耗，也使得整體系統(tǒng)過于龐大，嚴(yán)重制約了項(xiàng)目的開展。

綜上可見，現(xiàn)有配套羅茨真空泵的膜法富氧制取系統(tǒng)除了存在體積過大、工作效率低、真空度低、能耗高、故障率高、維護(hù)周期短等缺點(diǎn)之外，在根本上無法保障一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的、高效的富氧氣體的制取過程。這也是富氧助燃技術(shù)在我國一直以來未能真正形成產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)行推廣應(yīng)用的主要原因之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種節(jié)能環(huán)保膜法富氧制取系統(tǒng)及方法，其采用變速驅(qū)動油潤滑螺桿式真空泵作為抽取富氧氣體的配套設(shè)備，由于其優(yōu)異的抽氣速率與真空度，一臺可替代多臺羅茨真空泵，并將整個(gè)膜法富氧制取系統(tǒng)以一臺結(jié)構(gòu)緊湊的整機(jī)設(shè)備的形式體現(xiàn)，運(yùn)輸和安裝尤為方便，并從根本上克服了前者所存在的運(yùn)行缺陷。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種節(jié)能環(huán)保膜法富氧制取系統(tǒng)，包括用于過濾空氣源中雜質(zhì)的空氣過濾箱、用于傳送空氣的通風(fēng)機(jī)、用于儲存空氣的正壓氣箱、用于分離空氣中氮?dú)夂脱鯕獾哪そM裝置、用于儲存富氧氣體的負(fù)壓氣箱，還包括用于抽取真空產(chǎn)生負(fù)壓并輸送富氧氣體的螺桿真空泵，螺桿真空泵進(jìn)氣端連接負(fù)壓氣箱。

上述節(jié)能環(huán)保膜法富氧制取系統(tǒng)的富氧制取方法，包括下述步驟：

（1）啟動通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使空氣進(jìn)入其前端連接的空氣過濾箱；

（2）經(jīng)過濾的潔凈空氣通過通風(fēng)機(jī)并進(jìn)入其后端連接的正壓氣箱；

（3）正壓氣箱內(nèi)為高壓空氣，輸送至膜組裝置中；

（4）螺桿真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)抽取其前端連接負(fù)壓氣箱的真空負(fù)壓；

（5）膜組裝置前后形成正負(fù)壓差，并在壓差的驅(qū)動下，空氣由高壓側(cè)向負(fù)壓側(cè)滲透；

（6）由于氧氣分子與氮?dú)夥肿釉谕ㄟ^膜組時(shí)的滲透速率不同，氧氣分子為快氣優(yōu)先通過膜組進(jìn)入負(fù)壓氣箱并形成富氧空氣，而氮?dú)夥肿訛槁龤馕茨芡ㄟ^膜組而從其前端一側(cè)被分離排出；

（7）負(fù)壓氣箱內(nèi)的富氧空氣經(jīng)過螺桿真空泵壓縮并帶走一部分機(jī)械熱能，最終形成約1350mbar、90℃的富氧氣體經(jīng)富氧管道被輸送至安裝于工業(yè)窯爐的富氧專用燃燒器參與助燃；

（8）自動控制系統(tǒng)配置高清彩色顯示屏，全方位掌握設(shè)備日常管理信息、報(bào)警、安全停機(jī)及維護(hù)需求等，自動對富氧流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，與vsd變速驅(qū)動雙管齊下，將能耗降至最低。

采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

本發(fā)明將油封旋轉(zhuǎn)螺桿真空泵裝配到富氧助燃設(shè)備系統(tǒng)，提升了富氧助燃設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。螺桿真空泵是以旋轉(zhuǎn)螺桿抽取氣體，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)氣體從進(jìn)氣口被吸入轉(zhuǎn)子腔，待進(jìn)氣口被封閉后，氣體沿著螺桿方向移動，隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，壓縮的氣體通過油氣過濾器從油氣混合物中分離，被帶向排氣口并從排氣口排出；充滿了轉(zhuǎn)子腔的真空泵油起了潤滑、密封和冷卻的作用，壓縮是一個(gè)連續(xù)且相對無波動的過程?；诖耍景l(fā)明具有整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊、作效率高、性能穩(wěn)定可靠、運(yùn)行噪音小、能耗低、運(yùn)行工況更加穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明不再受環(huán)境溫度的影響，能量回收也不會產(chǎn)生過多熱量，對富氧的產(chǎn)氣量及持續(xù)性起到了保障，突破了高溫氣候地域性與季節(jié)性的限制。

作為優(yōu)選，本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:

所述螺桿真空泵為變頻控制、變速驅(qū)動的油潤滑螺桿式真空泵。

所述膜組裝置為高分子富氧膜分離器，由多支單組富氧膜分離器并聯(lián)組成。

所述空氣過濾箱內(nèi)裝配初效板式過濾器、袋式過濾器、高效過濾器三級空氣過濾器。

所述通風(fēng)機(jī)為高壓離心通風(fēng)機(jī)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖正面圖；

圖2是圖1的背面示意圖；

圖3是為工業(yè)窯爐燃燒器提供富氧氣體助燃的系統(tǒng)示意圖；

圖中：1-空氣進(jìn)風(fēng)管；2-空氣過濾箱；3-初效過濾器4-袋式過濾器；5-高效過濾器；6-離心通風(fēng)機(jī)；7-正壓氣箱；8-高分子膜組裝置；9-富氧支管；10-負(fù)壓氣箱；11-螺桿真空泵；12-plc控制器；13-富氧出口；14-富氧機(jī)組；15-工業(yè)窯爐；16-燃燒器；17-富氧管道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參見圖1、圖2，一種節(jié)能環(huán)保膜法富氧制取系統(tǒng)，基于一個(gè)撬裝式機(jī)箱，其內(nèi)依次設(shè)置用于過濾空氣源中雜質(zhì)的空氣過濾箱2、用于傳送空氣的離心通風(fēng)機(jī)6、用于儲存空氣的正壓氣箱7、用于分離空氣中氮?dú)夂脱鯕獾母叻肿幽そM裝置8、用于儲存富氧氣體的負(fù)壓氣箱10，用于抽取真空產(chǎn)生負(fù)壓并輸送富氧氣體的螺桿真空泵11、進(jìn)行智能控制的plc控制器12。

空氣過濾箱2通過空氣進(jìn)風(fēng)管1與外界連通，空氣過濾箱2內(nèi)裝配有依次連通的初效板式過濾器3、袋式過濾器4、高效過濾器5，形成三級空氣過濾結(jié)構(gòu)，空氣過濾箱2與正壓氣箱7之間設(shè)置離心通風(fēng)機(jī)6，使過濾好的空氣傳送至正壓氣箱7。

高分子膜組裝置8為高分子富氧膜分離器，由多支單組富氧膜分離器并聯(lián)組成。高分子膜組裝置8的富氧氣體出口通過富氧支管9與負(fù)壓氣箱10連通，負(fù)壓氣箱10富氧氣體出口連通至螺桿真空泵11，螺桿真空泵11產(chǎn)生負(fù)壓抽取富氧氣體。

螺桿真空泵11為變頻控制、變速驅(qū)動的油潤滑螺桿式真空泵，主要由螺桿轉(zhuǎn)子（真空腔）、電機(jī)、油泵、油自動調(diào)節(jié)器、油過濾器、油氣分離器、油冷卻器、模塊化調(diào)節(jié)閥、隔音外罩等組成，工作原理是當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，富氧氣體從進(jìn)氣口被吸入轉(zhuǎn)子腔，待進(jìn)氣口被封閉后，富氧氣體沿螺桿方向移動，隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，富氧氣體被帶向出氣口并排出。充滿了轉(zhuǎn)子腔的真空泵油起到了潤滑、密封和冷卻的作用，壓縮的富氧氣體通過油氣過濾器從油氣混合物中分離，并最終排向出氣口，而油仍留在油氣分離桶中。富氧氣體的壓縮過程是一個(gè)連續(xù)且相對無波動的過程。

結(jié)合圖3，本實(shí)施例所述的富氧機(jī)組14為工業(yè)窯爐15的各燃燒器16提供富氧氣體助燃時(shí)，按下述步驟進(jìn)行：

（1）啟動離心通風(fēng)機(jī)6，使外界空氣由空氣進(jìn)風(fēng)管1進(jìn)入離心通風(fēng)機(jī)6前端連接的空氣過濾箱2；

（2）經(jīng)三級過濾的潔凈空氣再通過離心通風(fēng)機(jī)6進(jìn)入離心通風(fēng)機(jī)6后端連接的正壓氣箱7；

（3）正壓氣箱7內(nèi)為高壓空氣，輸送至高分子膜組裝置8中；

（4）螺桿真空泵11運(yùn)轉(zhuǎn)抽取其前端連接的負(fù)壓氣箱10的真空負(fù)壓；

（5）高分子膜組裝置8前后形成正負(fù)壓差，并在壓差的驅(qū)動下，空氣由高壓側(cè)向負(fù)壓側(cè)滲透；

（6）由于氧氣分子與氮?dú)夥肿釉谕ㄟ^膜組時(shí)的滲透速率不同，氧氣分子為快氣優(yōu)先通過膜組進(jìn)入負(fù)壓氣箱10并形成富氧空氣，而氮?dú)夥肿訛槁龤馕茨芡ㄟ^膜組而從其前端一側(cè)被分離排出；

（7）負(fù)壓氣箱10內(nèi)的富氧空氣經(jīng)過螺桿真空泵11壓縮并帶走一部分機(jī)械熱能，最終形成約1350mbar、90℃的富氧氣體經(jīng)富氧管道17被輸送至安裝于工業(yè)窯爐15的富氧專用燃燒器16參與助燃；

（8）plc控制器12配置高清彩色顯示屏，全方位掌握設(shè)備日常管理信息、報(bào)警、安全停機(jī)及維護(hù)需求等，自動對富氧流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，與vsd變速驅(qū)動雙管齊下，將能耗降至最低。

本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，裝配快捷。節(jié)省空間，同功率機(jī)組比之前減小體積約1/4。

（2）運(yùn)行噪音小，工作效率高。以22kw為例，運(yùn)行噪音為51db(a)，比之前降低23db(a)；抽速為863m3/h，同比之前增加363m3/h。

（3）運(yùn)行工況可靠性高，維護(hù)保養(yǎng)便捷簡單，成本低，周期長。維保周期為一年，期內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)無停機(jī)，維保項(xiàng)目更換油霧濾芯、油濾芯及真空泵油。同比之前偏高的故障率與維保成本，優(yōu)勢大為明顯。

（4）節(jié)約能耗，變速控制和設(shè)定點(diǎn)控制使之更高效、更節(jié)能。額定富氧產(chǎn)氣量m³/h，耗電量kw/h，同比之前節(jié)約kw/h。

（5）環(huán)境溫度影響小，溫度控制更可靠。采用密封冷熱隔離設(shè)計(jì)，將所有發(fā)熱源和高溫部件與其它部件隔離開，使電子元器件低溫運(yùn)行，延長使用壽命，減少維修頻率。在工作原理上熱產(chǎn)出量較低，對本身溫度控制更為簡單。同比之前，無須裝配制冷伺服系統(tǒng)，減少了重點(diǎn)維保項(xiàng)目及成本，突破了高溫氣候地域性與季節(jié)性的限制。

（6）螺桿真空泵11作為核心的動力設(shè)備，以一臺的裝配數(shù)量取代了以往同類產(chǎn)品需配套串聯(lián)多臺羅茨真空泵，并能更好的滿足富氧制取的技術(shù)要求與條件。

上述實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。