一种基于负压膜的低露点富氧装置的制作方法

本技术涉及气体分离，具体是指一种基于负压膜的低露点富氧装置。

背景技术：

1、工业领域是我国实现“双碳”目标的主要阵地，涉及燃料燃烧的工业场景普遍高碳排。富氧燃烧具有提产增效、节能降耗和降低排放的三重价值，是国家大力推广的一项节能技术。富氧燃烧的核心技术之一就是如何低成本制取富氧气体。

2、负压膜制氧是一种富氧气体的制备方法，具体是指通过负压式膜分离法从空气中提取氧气。这种方法利用了特定膜材料对氧气的高选择性渗透特性，在负压环境下，空气通过膜材料时，氧气分子能够更容易地通过膜孔，而其他气体分子则被阻隔，从而实现氧气的富集和提纯。由于采用负压操作，空气在通过膜时不需要额外的高压气体，从而降低了富氧装置的能耗、简化了设备流程。

3、在负压膜制氧过程中，空气中的水分子与氧分子都是渗透速率很高的“快气”，空气经过膜分离后会在膜的另一侧形成气液多相流(富氧气体+水汽)，如果直接将气液多相流喷入窑炉内，在燃烧过程中水汽将迅速转化为蒸气，这一过程不仅会带走大量热量，进而降低窑炉内的富氧燃烧效率。

4、中国专利cn108534169a描述了一种“用于增氧助燃的集成装置”，包括补风装置、制氧装置和输送装置，通过利用补风装置将空气补充到富氧发生器内，然后通过真空泵进行抽取真空，将得到的富氧空气输送到燃烧装置内。相比现有的利用水环式真空泵进行抽取真空，该发明利用干式真空泵抽取富氧膜，该专利的技术方案存在明显的物理缺陷。因为在实际的工程应用中，即便采用干式真空泵进行抽气处理，所得富氧气体中依然会含有大量水汽，这无疑影响了富氧气体的质量和富氧助燃的节能效果。此外，该方案中的富氧气体先通过预热器加热后，再经由增压风机送入窑炉。显热，增压风机一遍采取中压鼓风机，如果增压风机的入口气体温度提高、不仅大幅降低了运行效率、增加了设备造价，而且高温风机的长期运行会存在严重的安全隐患。

5、因此，有必要提出新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于负压膜的低露点富氧装置。

2、为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

3、提供一种基于负压膜的低露点富氧装置，该装置包括通过管路依次连接的空气过滤器、通风机和负压膜富氧组件，负压膜富氧组件的富氧空气出口通过管路依次连接真空泵、干燥机、增压风机和预热器，预热器出口用于对外供应富氧空气；

4、所述负压膜富氧组件包括矩形的箱体，箱体的进气端和排气端的侧板上布设若干通气孔，进气端通过管路连接通风机且排气端直接通向大气；在箱体内部设有多组平行布置的膜结构，每组膜结构的端部设排气管；相邻两组膜结构之间保持间距形成空气流道，空气流道的一端连通箱体的进气端用于引入空气，另一端连通箱体的排气端用于排除不能透过膜材料的富氮空气；水分子和氧气进入膜结构后由排气管汇入集气管，所述富氧空气出口设于集气管的末端。

5、作为一种改进的方案，所述膜结构是由聚砜、聚酰亚胺或聚苯醚中任意一种材质膜材料构成的板式膜结构或卷式膜结构。

6、作为一种改进的方案，所述板式膜结构由两片平行布置且保持间距的膜材料组成，其侧面和两端封闭用于形成空腔，在一个封闭端设排气管用于接至集气管。

7、作为一种改进的方案，所述真空泵是干式真空泵，具体是涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或磁悬浮离心真空泵中的任意一种。

8、作为一种改进的方案，所述预热器出口通过管路接至设于燃烧装置中的富氧燃烧器。

9、作为一种改进的方案，所述预热器是一个换热器，其加热介质入口通过管路连接至燃烧装置的烟道，加热介质出口通过管路连接至燃烧装置的炉膛，用于加热富氧空气的换热介质是引自烟道的烟气。

10、作为一种改进的方案，该装置还包括电自控系统，电自控系统包括自控设备和执行机构；执行机构包括设于通风机、真空泵、干燥机和增压风机的电控部件，自控设备通过信号线分别连接执行机构中的各电控部件和设于预热器出口管路上的气体状态传感器。

11、作为一种改进的方案，所述自控设备是plc控制器或ddc控制器。

12、作为一种改进的方案，所述自控设备还通过有线或无线通信方式连接至云端控制平台。

13、技术原理描述：

14、利用膜组件分离空气的膜分离法工艺，在空气分离制取富氮气体和富氧气体的应用中，已经是较为成熟的技术。但由于水分通常被视为会影响气体产品质量的有害成分，因此普遍的做法是利用干燥机、干燥器或干燥剂进行除水处理后，才能将空气引入膜分离组件；然后利用有机高分子致密薄膜对氮、氧的选择透过性差异，获得富氧气体和富氮气体。但是如鉴于空气含有78％的氮气，如果针对空气进行除水处理，那么该工序处置的对象中大部分都是制氧工艺中作为“废气”排放掉的氮气。此外，前置的干燥机、干燥器或干燥剂也造成空气进气压力损失，为保证膜组件的正常运行，就需要增大真空泵的工作负荷。显然，以上做法势必带来巨量能耗增加或干燥剂损耗，对于工业生产而言是必须要考虑的。

15、申请人在设计本实用新型装置时，突破“水分需要在空气进入膜分离设备前预先除去”的常规设计的惯性思维，利用膜材料同时对氧气和水分子具有渗透选择性的特性提出了本申请的设计方案。让透过膜材料的富氧空气携带水分子一并作为粗产品排出后，再进行干燥和升温处理，从而获得低露点的富氧气体。通过该设计，使得需要通过干燥机或干燥剂的气体体积相对于空气进气而言大幅度减少，大幅度减少了空气压降或干燥剂的损耗量。

16、此外，为了提升富氧气体温度和压力以满足窑炉等燃烧装置的需求，现有技术中经膜组件产出的富氧空气通常是先通过预热器加热，然后再经由增压风机送入燃烧设备。但在实际生产中增压风机一般采取中压鼓风机，如果增压风机的入口气体温度过高，不仅大幅降低了运行效率、增加了设备造价，而且高温风机的长期运行会存在严重的安全隐患。因此，本申请提出将预热器置于增压风机之后，从而解决了该技术问题。

17、与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：

18、1、本实用新型能够对抽出富氧气体中的水汽进行直接除湿，以确保富氧燃烧达到高效状态；装置通过采取更有效措施控制富氧气体的温湿度，以确保富氧燃烧过程的高效进行。

19、2、本实用新型通过优化富氧空气处置的流程，解决了高温风机的效率问题、成本问题和安全问题。

20、3、本实用新型装置根据富氧燃烧的工况需求，控制富氧气体的供气压力和温湿度，从而优化燃烧装置内的燃烧条件，使燃料得以更充分、高效地燃烧。

21、4、本基于本实用新型装置的电自控系统，能够进一步提高装置的可靠性与稳定性；在装置接入云平台后能够进一步实现数智管控和远程运维，为装置的长期稳定运行和高效管控奠定基础。

技术特征：

1.一种基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，该装置包括通过管路依次连接的空气过滤器、通风机和负压膜富氧组件，负压膜富氧组件的富氧空气出口通过管路依次连接真空泵、干燥机、增压风机和预热器，预热器出口用于对外供应富氧空气；

2.根据权利要求1所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述膜结构是由聚砜、聚酰亚胺或聚苯醚中任意一种材质膜材料构成的板式膜结构或卷式膜结构。

3.根据权利要求2所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述板式膜结构由两片平行布置且保持间距的膜材料组成，其侧面和两端封闭用于形成空腔，在一个封闭端设排气管用于接至集气管。

4.根据权利要求1所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述真空泵是干式真空泵，具体是涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或磁悬浮离心真空泵中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述预热器出口通过管路接至设于燃烧装置中的富氧燃烧器。

6.根据权利要求1所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述预热器是一个换热器，其加热介质入口通过管路连接至燃烧装置的烟道，加热介质出口通过管路连接至燃烧装置的炉膛，用于加热富氧空气的换热介质是引自烟道的烟气。

7.根据权利要求1所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，该装置还包括电自控系统，电自控系统包括自控设备和执行机构；执行机构包括设于通风机、真空泵、干燥机和增压风机的电控部件，自控设备通过信号线分别连接执行机构中的各电控部件和设于预热器出口管路上的气体状态传感器。

8.根据权利要求7所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述自控设备是plc控制器或ddc控制器。

9.根据权利要求7所述的基于负压膜的低露点富氧装置，其特征在于，所述自控设备还通过有线或无线通信方式连接至云端控制平台。

技术总结本发明涉及气体分离技术，旨在提供一种基于负压膜的低露点富氧装置。提供一种基于负压膜的低露点富氧装置，该装置包括通过管路依次连接的空气过滤器、通风机和负压膜富氧组件，负压膜富氧组件的富氧空气出口通过管路依次连接真空泵、干燥机、增压风机和预热器，预热器出口用于对外供应富氧空气。该装置能够对抽出富氧气体中的水汽进行直接除湿，以确保富氧燃烧达到高效状态，采取更有效措施控制富氧气体的温湿度，以确保富氧燃烧过程的高效进行；通过优化富氧空气处置的流程，解决了高温风机的效率问题、成本问题和安全问题；基于电自控系统，能够进一步提高装置的可靠性与稳定性，为装置的长期稳定运行和高效管控奠定基础。技术研发人员：沈天昱,杨华波,郁辉球,傅卓胜,单宝明,曾璆,沈新荣受保护的技术使用者：杭州哲达科技股份有限公司技术研发日：20240426技术公布日：2024/12/23