本技術(shù)涉及氣體分離，具體是指一種基于負壓膜的低露點富氧裝置。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)領(lǐng)域是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要陣地，涉及燃料燃燒的工業(yè)場景普遍高碳排。富氧燃燒具有提產(chǎn)增效、節(jié)能降耗和降低排放的三重價值，是國家大力推廣的一項節(jié)能技術(shù)。富氧燃燒的核心技術(shù)之一就是如何低成本制取富氧氣體。

2、負壓膜制氧是一種富氧氣體的制備方法，具體是指通過負壓式膜分離法從空氣中提取氧氣。這種方法利用了特定膜材料對氧氣的高選擇性滲透特性，在負壓環(huán)境下，空氣通過膜材料時，氧氣分子能夠更容易地通過膜孔，而其他氣體分子則被阻隔，從而實現(xiàn)氧氣的富集和提純。由于采用負壓操作，空氣在通過膜時不需要額外的高壓氣體，從而降低了富氧裝置的能耗、簡化了設(shè)備流程。

3、在負壓膜制氧過程中，空氣中的水分子與氧分子都是滲透速率很高的“快氣”，空氣經(jīng)過膜分離后會在膜的另一側(cè)形成氣液多相流(富氧氣體+水汽)，如果直接將氣液多相流噴入窯爐內(nèi)，在燃燒過程中水汽將迅速轉(zhuǎn)化為蒸氣，這一過程不僅會帶走大量熱量，進而降低窯爐內(nèi)的富氧燃燒效率。

4、中國專利cn108534169a描述了一種“用于增氧助燃的集成裝置”，包括補風(fēng)裝置、制氧裝置和輸送裝置，通過利用補風(fēng)裝置將空氣補充到富氧發(fā)生器內(nèi)，然后通過真空泵進行抽取真空，將得到的富氧空氣輸送到燃燒裝置內(nèi)。相比現(xiàn)有的利用水環(huán)式真空泵進行抽取真空，該發(fā)明利用干式真空泵抽取富氧膜，該專利的技術(shù)方案存在明顯的物理缺陷。因為在實際的工程應(yīng)用中，即便采用干式真空泵進行抽氣處理，所得富氧氣體中依然會含有大量水汽，這無疑影響了富氧氣體的質(zhì)量和富氧助燃的節(jié)能效果。此外，該方案中的富氧氣體先通過預(yù)熱器加熱后，再經(jīng)由增壓風(fēng)機送入窯爐。顯熱，增壓風(fēng)機一遍采取中壓鼓風(fēng)機，如果增壓風(fēng)機的入口氣體溫度提高、不僅大幅降低了運行效率、增加了設(shè)備造價，而且高溫風(fēng)機的長期運行會存在嚴(yán)重的安全隱患。

5、因此，有必要提出新的技術(shù)方案來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于負壓膜的低露點富氧裝置。

2、為解決技術(shù)問題，本實用新型的解決方案是：

3、提供一種基于負壓膜的低露點富氧裝置，該裝置包括通過管路依次連接的空氣過濾器、通風(fēng)機和負壓膜富氧組件，負壓膜富氧組件的富氧空氣出口通過管路依次連接真空泵、干燥機、增壓風(fēng)機和預(yù)熱器，預(yù)熱器出口用于對外供應(yīng)富氧空氣；

4、所述負壓膜富氧組件包括矩形的箱體，箱體的進氣端和排氣端的側(cè)板上布設(shè)若干通氣孔，進氣端通過管路連接通風(fēng)機且排氣端直接通向大氣；在箱體內(nèi)部設(shè)有多組平行布置的膜結(jié)構(gòu)，每組膜結(jié)構(gòu)的端部設(shè)排氣管；相鄰兩組膜結(jié)構(gòu)之間保持間距形成空氣流道，空氣流道的一端連通箱體的進氣端用于引入空氣，另一端連通箱體的排氣端用于排除不能透過膜材料的富氮空氣；水分子和氧氣進入膜結(jié)構(gòu)后由排氣管匯入集氣管，所述富氧空氣出口設(shè)于集氣管的末端。

5、作為一種改進的方案，所述膜結(jié)構(gòu)是由聚砜、聚酰亞胺或聚苯醚中任意一種材質(zhì)膜材料構(gòu)成的板式膜結(jié)構(gòu)或卷式膜結(jié)構(gòu)。

6、作為一種改進的方案，所述板式膜結(jié)構(gòu)由兩片平行布置且保持間距的膜材料組成，其側(cè)面和兩端封閉用于形成空腔，在一個封閉端設(shè)排氣管用于接至集氣管。

7、作為一種改進的方案，所述真空泵是干式真空泵，具體是渦旋真空泵、螺桿真空泵、羅茨真空泵或磁懸浮離心真空泵中的任意一種。

8、作為一種改進的方案，所述預(yù)熱器出口通過管路接至設(shè)于燃燒裝置中的富氧燃燒器。

9、作為一種改進的方案，所述預(yù)熱器是一個換熱器，其加熱介質(zhì)入口通過管路連接至燃燒裝置的煙道，加熱介質(zhì)出口通過管路連接至燃燒裝置的爐膛，用于加熱富氧空氣的換熱介質(zhì)是引自煙道的煙氣。

10、作為一種改進的方案，該裝置還包括電自控系統(tǒng)，電自控系統(tǒng)包括自控設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)包括設(shè)于通風(fēng)機、真空泵、干燥機和增壓風(fēng)機的電控部件，自控設(shè)備通過信號線分別連接執(zhí)行機構(gòu)中的各電控部件和設(shè)于預(yù)熱器出口管路上的氣體狀態(tài)傳感器。

11、作為一種改進的方案，所述自控設(shè)備是plc控制器或ddc控制器。

12、作為一種改進的方案，所述自控設(shè)備還通過有線或無線通信方式連接至云端控制平臺。

13、技術(shù)原理描述：

14、利用膜組件分離空氣的膜分離法工藝，在空氣分離制取富氮氣體和富氧氣體的應(yīng)用中，已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)。但由于水分通常被視為會影響氣體產(chǎn)品質(zhì)量的有害成分，因此普遍的做法是利用干燥機、干燥器或干燥劑進行除水處理后，才能將空氣引入膜分離組件；然后利用有機高分子致密薄膜對氮、氧的選擇透過性差異，獲得富氧氣體和富氮氣體。但是如鑒于空氣含有78％的氮氣，如果針對空氣進行除水處理，那么該工序處置的對象中大部分都是制氧工藝中作為“廢氣”排放掉的氮氣。此外，前置的干燥機、干燥器或干燥劑也造成空氣進氣壓力損失，為保證膜組件的正常運行，就需要增大真空泵的工作負荷。顯然，以上做法勢必帶來巨量能耗增加或干燥劑損耗，對于工業(yè)生產(chǎn)而言是必須要考慮的。

15、申請人在設(shè)計本實用新型裝置時，突破“水分需要在空氣進入膜分離設(shè)備前預(yù)先除去”的常規(guī)設(shè)計的慣性思維，利用膜材料同時對氧氣和水分子具有滲透選擇性的特性提出了本申請的設(shè)計方案。讓透過膜材料的富氧空氣攜帶水分子一并作為粗產(chǎn)品排出后，再進行干燥和升溫處理，從而獲得低露點的富氧氣體。通過該設(shè)計，使得需要通過干燥機或干燥劑的氣體體積相對于空氣進氣而言大幅度減少，大幅度減少了空氣壓降或干燥劑的損耗量。

16、此外，為了提升富氧氣體溫度和壓力以滿足窯爐等燃燒裝置的需求，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)膜組件產(chǎn)出的富氧空氣通常是先通過預(yù)熱器加熱，然后再經(jīng)由增壓風(fēng)機送入燃燒設(shè)備。但在實際生產(chǎn)中增壓風(fēng)機一般采取中壓鼓風(fēng)機，如果增壓風(fēng)機的入口氣體溫度過高，不僅大幅降低了運行效率、增加了設(shè)備造價，而且高溫風(fēng)機的長期運行會存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，本申請?zhí)岢鰧㈩A(yù)熱器置于增壓風(fēng)機之后，從而解決了該技術(shù)問題。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果：

18、1、本實用新型能夠?qū)Τ槌龈谎鯕怏w中的水汽進行直接除濕，以確保富氧燃燒達到高效狀態(tài)；裝置通過采取更有效措施控制富氧氣體的溫濕度，以確保富氧燃燒過程的高效進行。

19、2、本實用新型通過優(yōu)化富氧空氣處置的流程，解決了高溫風(fēng)機的效率問題、成本問題和安全問題。

20、3、本實用新型裝置根據(jù)富氧燃燒的工況需求，控制富氧氣體的供氣壓力和溫濕度，從而優(yōu)化燃燒裝置內(nèi)的燃燒條件，使燃料得以更充分、高效地燃燒。

21、4、本基于本實用新型裝置的電自控系統(tǒng)，能夠進一步提高裝置的可靠性與穩(wěn)定性；在裝置接入云平臺后能夠進一步實現(xiàn)數(shù)智管控和遠程運維，為裝置的長期穩(wěn)定運行和高效管控奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，該裝置包括通過管路依次連接的空氣過濾器、通風(fēng)機和負壓膜富氧組件，負壓膜富氧組件的富氧空氣出口通過管路依次連接真空泵、干燥機、增壓風(fēng)機和預(yù)熱器，預(yù)熱器出口用于對外供應(yīng)富氧空氣；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述膜結(jié)構(gòu)是由聚砜、聚酰亞胺或聚苯醚中任意一種材質(zhì)膜材料構(gòu)成的板式膜結(jié)構(gòu)或卷式膜結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述板式膜結(jié)構(gòu)由兩片平行布置且保持間距的膜材料組成，其側(cè)面和兩端封閉用于形成空腔，在一個封閉端設(shè)排氣管用于接至集氣管。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述真空泵是干式真空泵，具體是渦旋真空泵、螺桿真空泵、羅茨真空泵或磁懸浮離心真空泵中的任意一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述預(yù)熱器出口通過管路接至設(shè)于燃燒裝置中的富氧燃燒器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述預(yù)熱器是一個換熱器，其加熱介質(zhì)入口通過管路連接至燃燒裝置的煙道，加熱介質(zhì)出口通過管路連接至燃燒裝置的爐膛，用于加熱富氧空氣的換熱介質(zhì)是引自煙道的煙氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，該裝置還包括電自控系統(tǒng)，電自控系統(tǒng)包括自控設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)包括設(shè)于通風(fēng)機、真空泵、干燥機和增壓風(fēng)機的電控部件，自控設(shè)備通過信號線分別連接執(zhí)行機構(gòu)中的各電控部件和設(shè)于預(yù)熱器出口管路上的氣體狀態(tài)傳感器。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述自控設(shè)備是plc控制器或ddc控制器。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于負壓膜的低露點富氧裝置，其特征在于，所述自控設(shè)備還通過有線或無線通信方式連接至云端控制平臺。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氣體分離技術(shù)，旨在提供一種基于負壓膜的低露點富氧裝置。提供一種基于負壓膜的低露點富氧裝置，該裝置包括通過管路依次連接的空氣過濾器、通風(fēng)機和負壓膜富氧組件，負壓膜富氧組件的富氧空氣出口通過管路依次連接真空泵、干燥機、增壓風(fēng)機和預(yù)熱器，預(yù)熱器出口用于對外供應(yīng)富氧空氣。該裝置能夠?qū)Τ槌龈谎鯕怏w中的水汽進行直接除濕，以確保富氧燃燒達到高效狀態(tài)，采取更有效措施控制富氧氣體的溫濕度，以確保富氧燃燒過程的高效進行；通過優(yōu)化富氧空氣處置的流程，解決了高溫風(fēng)機的效率問題、成本問題和安全問題；基于電自控系統(tǒng)，能夠進一步提高裝置的可靠性與穩(wěn)定性，為裝置的長期穩(wěn)定運行和高效管控奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：沈天昱,楊華波,郁輝球,傅卓勝,單寶明,曾璆,沈新榮
受保護的技術(shù)使用者：杭州哲達科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240426
技術(shù)公布日：2024/12/23