專(zhuān)利名稱(chēng)：一種為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用膜法富氧技術(shù)針對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行富氧助燃的方法。
背景技術(shù)：
膜法富氧技術(shù)是自70年代末逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新分離方法。它利用有機(jī)高分子致密薄膜對(duì)氮、氧的選擇透過(guò)性差異，當(dāng)在膜兩側(cè)存在壓力差或者壓力比時(shí)，原料空氣中滲透速率快的氣體如水蒸汽、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等透過(guò)膜后在膜的低壓側(cè)富集成為富氧空氣(視膜材料的氧氮分離系數(shù)不同，單級(jí)分離可獲得純度約為23-60%的富氧)，而滲透速率相對(duì)慢的氣體如氮?dú)?、氬氣、甲烷和一氧化碳等在膜的滯留?cè)被富集為貧氧(或富氮)空氣。膜分離方法為富氧提取開(kāi)辟了一條新途徑，在分離濃縮的全過(guò)程中不存在相變，常溫分離，尤其以板式膜構(gòu)建的負(fù)壓流程分離系統(tǒng)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、制造成本低、能源消耗小、產(chǎn)量可調(diào)節(jié)、啟動(dòng)迅速、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)。目前，采用膜分離方法制取富氧已廣泛應(yīng)用于富氧助燃、富氧通風(fēng)、水處理等領(lǐng)域，尤其針對(duì)玻璃、冶金、 水泥回轉(zhuǎn)窯、工業(yè)鍋爐等等熱能工程領(lǐng)域的富氧助燃，因膜分離方法具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，可為各用能單位提供一種相對(duì)廉價(jià)、靈活的現(xiàn)場(chǎng)供氣方法而被廣泛采用。富氧助燃可在一定程度上改善煤的燃燒過(guò)程毋庸置疑，迄今為止，在以膜法富氧技術(shù)為水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行富氧助燃的工藝中，通常先以膜分離方法直接自空氣中獲得純度 (體積百分比濃度)為觀%_40%的富氧氣體后，將富氧氣體全部取代或者部分取代助燃風(fēng)， 或者將富氧與空氣混合后形成更低純度的富氧全部取代或者部分取代助燃風(fēng)。在這一過(guò)程中，富氧通常被以一種純度(體積百分比)送入諸如多通道煤粉燃燒器中的一個(gè)或多個(gè)通道進(jìn)行富氧助燃，因單一純度的富氧送入燃燒器后的調(diào)節(jié)受到一定程度的制約，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)行富氧燃燒的調(diào)節(jié)性受到制約，尤其是在采用低品位燃料煤進(jìn)行的水泥熟料煅燒過(guò)程中， 單一純度的富氧進(jìn)入燃燒器進(jìn)行的富氧助燃將因?yàn)槿紵到y(tǒng)的調(diào)節(jié)性欠佳而影響富氧助燃效果。煤粉燃燒器，尤其是多通道煤粉燃燒器是水泥熟料燒成系統(tǒng)的一臺(tái)重要設(shè)備，燃燒器的調(diào)節(jié)性能直接關(guān)系水泥熟料產(chǎn)量、質(zhì)量以及熱耗，甚至影響環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。燃燒器的調(diào)節(jié)性還關(guān)乎系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性和系統(tǒng)的節(jié)能潛力，燃料燃燒時(shí)，供燃燒用的空氣主要來(lái)源有一次空氣與二次空氣通過(guò)燃燒器向窯內(nèi)噴射的較低溫度的一次空氣，從篦冷機(jī)來(lái)的與熟料換熱后的高溫二次空氣。在燃燒過(guò)程中，應(yīng)盡量減少一次空氣量，一次空氣量的比例降低則意味著二次空氣量比例增高；經(jīng)估算，當(dāng)二次風(fēng)溫為900°C時(shí)，每降低1%的一次風(fēng)量，多用的二次空氣因高溫空氣帶入的氧化劑進(jìn)行高溫空氣助燃可使燃料熱耗降13. 5KJ/ kg。早期的三通道燃燒器一次空氣量在12%-15%以上，經(jīng)優(yōu)化后的四通道燃燒器的一次空氣量目前可降低到7%以下，從而大大節(jié)省了能量。回轉(zhuǎn)窯燃燒器發(fā)展到今天，已有4代產(chǎn)
P
ΡΠ
3(1)單通道燃燒器。單通道燃燒器一次風(fēng)用量大，火焰調(diào)節(jié)范圍窄，靈活性小，對(duì)不同煤質(zhì)適應(yīng)性差。適用于長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯，除濕法窯外，也能適用于干法窯生產(chǎn)。(2)三通道燃燒器。20世紀(jì)80年代初，隨著預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、回轉(zhuǎn)窯變短，三通道燃燒器被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它節(jié)省了一次空氣量，燃燒煤粉時(shí)能取得短、分散、強(qiáng)渦流形態(tài)的火焰。(3)第三代燃燒器。20世紀(jì)90年代末開(kāi)發(fā)的第三代燃燒器的火焰細(xì)長(zhǎng)，但比較集中。優(yōu)點(diǎn)是火焰溫度高，燃燒器出口處的速度高，減少了一次空氣量。(4)四通道燃燒器。四通道燃燒器是新一代燃燒設(shè)備，專(zhuān)門(mén)用于回轉(zhuǎn)窯。其設(shè)計(jì)可以使用全火焰的基部形成循環(huán)渦流，在冷窯點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生理想的穩(wěn)定火焰。更節(jié)能(通過(guò)大幅度減少一次空氣量)和減少環(huán)境污染(通過(guò)降低NOx排放量)
目前，燃煤水泥回轉(zhuǎn)窯廣泛采用多通道燃燒器，典型的有三通道、四通道燃燒器。在與膜法富氧工藝結(jié)合進(jìn)行富氧燃燒的過(guò)程中，在不同的通道送入不同純度的富氧，可以進(jìn)一步的降低較低溫度的一次空氣量、增強(qiáng)富氧燃燒的調(diào)節(jié)性、強(qiáng)化富氧助燃效果，進(jìn)而取得可觀的節(jié)能效益，尤其隨著膜分離材料的研究開(kāi)發(fā)以及流程工藝的突破，膜法富氧技術(shù)與助燃工藝相結(jié)合可簡(jiǎn)單、低成本的實(shí)現(xiàn)多純度富氧助燃，從某種意義上說(shuō)，因助燃用氧化劑的供給方法的改變拓展了膜法富氧助燃的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種助燃效率高、燃燒成本低的基于膜分離技術(shù)的為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體(氧化劑)的方法。本發(fā)明的基本方法是，根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)，采用膜分離技術(shù)，自空氣中分離獲取兩種不同純度的富氧氣體，分別送入水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的不同部位，進(jìn)行富氧助燃，以提高燃燒效率，降低燃燒成本?；谏鲜龌痉椒ǎ景l(fā)明提出一種為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體(氧化劑)的裝置。該裝置包括，兩級(jí)膜分離器，一個(gè)空氣過(guò)濾器AF01，3個(gè)升壓設(shè)備 ABOl、AB02、AB03 ；其中，兩級(jí)膜分離器中，每個(gè)膜分離器至少有1個(gè)原料氣入口 AO，1個(gè)滯留氣出口 Al，1個(gè)滲透氣出口 A2，每個(gè)膜分離器中的膜分離材料(分離膜)至少分成兩側(cè)， 一側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)，正壓側(cè)也即膜分離器的原料氣側(cè)，也稱(chēng)為高壓側(cè)、滯留氣側(cè)， 負(fù)壓側(cè)也即膜分離器的滲透氣側(cè)，也稱(chēng)為低壓側(cè)；空氣過(guò)濾器AFOl由管道與第一升壓設(shè)備 ABOl連接，第一升壓設(shè)備ABOl由管道與第一級(jí)膜分離器MOl的原料氣入口 AO連接；第一級(jí)膜分離器MOl的滲透氣出口 A2由管道與第二升壓設(shè)備AB02連接，第二升壓設(shè)備AB02由管道與第二級(jí)膜分離器M02的原料氣入口 AO連接，第二級(jí)膜分離器M02的滲透氣出口 A2由管道與第三升壓設(shè)備AB03連接；第三升壓設(shè)備AB03由管道與水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器的中心風(fēng)入口連接，將較高純度的富氧氣體送入多通道燃燒器；第二級(jí)膜分離器M02的滯留氣出口 Al由管道與水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器的軸流風(fēng)入口連接，將較低純度的富氧氣體送入多通道燃燒器。所述空氣過(guò)濾器AFOl可以是各種形式的過(guò)濾器，如自清潔式的過(guò)濾器，用于除去空氣中的塵埃等雜質(zhì)。所述第一升壓設(shè)備ABOl可以是鼓風(fēng)機(jī)，主要用以克服AFOl及其至膜分離器MOl
4滯留氣出口 Al之間的阻力。所述第二升壓設(shè)備AB02可以是真空泵等升壓設(shè)備，主要用以建立第1級(jí)膜分離過(guò)程所需的壓力比，并克服出口至第二膜分離器M02滯留氣出口 Al直至爐窯燃燒器入口之間的阻力，甚至包括克服爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓；當(dāng)然，這也可自第二升壓設(shè)備AB02出口后串接升壓設(shè)備用以克服沿程輸送阻力以及爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓，而第二升壓設(shè)備AB02 則僅用于建立膜分離過(guò)程所需的壓力比。所述第三升壓設(shè)備AB03也可以是真空泵等升壓設(shè)備，主要用以建立第二級(jí)膜分離過(guò)程所需的壓力比，并克服出口至爐窯燃燒器入口之間的阻力，甚至包括克服爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓；當(dāng)然，也可自第三升壓設(shè)備AB03出口后串接升壓設(shè)備用以克服沿程輸送阻力以及爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓，而AB03則僅用于建立膜分離過(guò)程所需的壓力比。本發(fā)明中，所述第一級(jí)膜分離器MOl和第二級(jí)膜分離器M02，都可以由多個(gè)膜分離器串接組成，具體可根據(jù)實(shí)際需要確定。所述膜分離器的分離膜可采用卷式膜或板式膜。本發(fā)明的提供氧化劑(富氧氣體)的方法有別于現(xiàn)有技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)是以分別獨(dú)立的膜分離過(guò)程或其它技術(shù)的分離過(guò)程(如變壓吸附、深冷空分技術(shù))為多通道燃燒器提供不同純度的富氧，而本發(fā)明則是采用了膜分離的耦合工藝進(jìn)行富氧提取并輸送至爐窯的方法。首先，選擇了第一級(jí)膜分離器在膜的滲透?jìng)?cè)獲取低純度富氧但并不直接將此富氧送入爐窯，并且順序設(shè)置了后級(jí)(第二級(jí))膜分離過(guò)程，以第一級(jí)膜分離過(guò)程獲取的低純度的富氧作為原料氣繼續(xù)提取更高純度的富氧，在第二級(jí)膜分離過(guò)程中，第一級(jí)膜分離器滲透?jìng)?cè)產(chǎn)生的低純度富氧的至少一部分進(jìn)入了第二級(jí)膜分離器作為原料氣，在第二級(jí)膜分離器的滲透?jìng)?cè)將獲得更高純度的富氧并送入多通道燃燒器的高純度需求部位，而自第二級(jí)膜分離器的滯留側(cè)排出的仍然是富氧，其富氧水平盡管降低了，但仍然高于正常空氣21%氧氣濃度的水平，足以滿(mǎn)足多通道燃燒器較低純度富氧助燃的需求。本發(fā)明以一種較低分離系數(shù)(選擇性)的膜分離材料獲得了較高的(通常，該較高的是指富氧水平約40% (體積百分比濃度)，本應(yīng)該采用更高選擇性的分離材料才能獲得)、 較低的(仍然能滿(mǎn)足助燃需求)兩種以上不同純度的富氧，為多通道燃燒器提供了可調(diào)節(jié)流量的助燃用富氧空氣，以至少2種純度的富氧空氣進(jìn)行富氧助燃，它簡(jiǎn)單、低成本的實(shí)現(xiàn)了以單一膜分離材料從空中獲得了多種純度的富氧，為燃燒器提供多種純度氧化劑進(jìn)行富氧助燃，有效的降低了溫度較低的一次空氣量、改善了燃燒器的調(diào)節(jié)性能。


圖1是采用四通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯助燃的工藝圖示(現(xiàn)有技術(shù))。圖2是采用三通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯助燃的工藝圖示(現(xiàn)有技術(shù))。圖3是本發(fā)明采用四通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯以膜法富氧進(jìn)行富氧助燃的裝置圖示。圖4是本發(fā)明采用三通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯以膜法富氧進(jìn)行富氧助燃的裝置圖示。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以說(shuō)明本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同，以及采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多純度
5富氧，為多通道燃燒器提供氧化劑進(jìn)行富氧助燃的方法與裝置。本文所說(shuō)的分離系數(shù)，如氧氮分離系數(shù)，其一般定義為 α (阿爾法)值，氧氮分離系數(shù)=(Q N2/Q 02)
式中Q Ν2和Q 02分別為單位時(shí)間、壓力下純組分氮?dú)夂脱鯕馔ㄟ^(guò)特定膜材料的滲透量。針對(duì)本發(fā)明中自空氣中分離富氧的膜分離過(guò)程，一般的膜分離制取氧氣的純度與膜分離材料的氧氮分離系數(shù)(稱(chēng)為阿爾法值)、氣體通過(guò)膜分離器正壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)的絕對(duì)壓力比(稱(chēng)為分離壓力比)以及原料氣和富氧產(chǎn)品氣之比(稱(chēng)為空氧比)有關(guān)，氧氮分離系數(shù)越高，意味著可在更低的分離壓力比以及更小的空氧比下分離出更高純度的富氧氣體，針對(duì)相同的膜分離材料，氧氮分離系數(shù)越高、空氧比越大以及分離壓力比越高，可以獲得更高純度的富氧，另一方面，膜分離制取富氧的流量即膜分離材料的滲透量，主要與原料氣體的溫度以及壓力有關(guān)，針對(duì)相同的膜分離材料，分離溫度越高，滲透量越大，分離壓力越高，滲透量越大。為解釋膜分離過(guò)程制富氧空氣輔助回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程的工藝流程，參見(jiàn)圖1、圖2所示。圖1是采用四通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯助燃工藝流程圖示(現(xiàn)有技術(shù))，圖2是采用三通道燃燒器的水泥回轉(zhuǎn)窯助燃工藝流程圖示(現(xiàn)有技術(shù))。釋義如下
A 口是燃燒器點(diǎn)火用噴油接口，B 口是燃燒器煤風(fēng)入口，C 口是燃燒器助燃風(fēng)入口(正?？諝饣騿我患兌鹊母谎蹩諝馊肟?。助燃風(fēng)入口中，對(duì)四通道燃燒器來(lái)說(shuō)，Cl是軸流風(fēng)入口， C2是旋流風(fēng)入口，C3是中心風(fēng)入口 ；對(duì)三通道燃燒器來(lái)說(shuō)，沒(méi)有了 C3這個(gè)中心風(fēng)入口?，F(xiàn)有水泥回轉(zhuǎn)窯助燃燃燒工藝技術(shù)中，大都采用如附圖1，圖2燃燒器的助燃工藝，其助燃用一次風(fēng)(也即助燃用氧化劑)自C 口進(jìn)入燃燒器參與燃燒，該一次風(fēng)可以是普通空氣或者是單一純度的富氧空氣，一般由上游的羅茨風(fēng)機(jī)或者各種單一純度的制氧裝置及其制氧裝置制取的純度較高的氧氣再與空氣混合至固定純度的富氧空氣直接供給到C 口進(jìn)入，圖中未示出。圖3、圖4，本發(fā)明的水泥回轉(zhuǎn)窯以膜法富氧技術(shù)進(jìn)行富氧助燃的工藝及其裝置圖示，圖3是采用四通道燃燒器的，圖4是采用三通道燃燒器的。釋義如下
空氣經(jīng)過(guò)濾器AFOl祛除空氣中的塵埃等雜質(zhì)后，經(jīng)第一升壓設(shè)備(鼓風(fēng)機(jī))ABOl升壓至300 10000 進(jìn)入第一級(jí)膜分離器MOl的原料氣側(cè)A0，并自滯留氣側(cè)Al排除出難以滲透的廢氣，而容易滲透的氣體則是富氧，由第二升壓設(shè)備(真空泵)AB02抽取，從膜分離器滲透氣出口 A2離開(kāi)第一級(jí)膜分離器M01。在這級(jí)膜分離過(guò)程中，根據(jù)采用的不同的膜分離器， 不同的分離制度，會(huì)有不同的分離機(jī)制，設(shè)置的動(dòng)力設(shè)備的目的也不同，如采用卷式或板式的分離器進(jìn)行的膜分離過(guò)程中，第一升壓設(shè)備ABOl主要以滿(mǎn)足提供新鮮空氣為主要目的， 克服流體輸送的阻力。典型的，如采用卷式膜分離器，則第一升壓設(shè)備ABOl升壓至1 IOkPa,優(yōu)選的，建立2 5kPa的風(fēng)壓，以克服卷式膜本身具有的氣體流通阻力；而當(dāng)采用板式膜時(shí)，第一升壓設(shè)備ABOl僅需建立數(shù)十到幾百帕的風(fēng)壓(如50 8001 );更有將第一升壓設(shè)備ABOl放置在板式膜之后作為廢氣排放風(fēng)機(jī)的做法，目的也僅僅是為了克服原料空氣進(jìn)入膜分離器的阻力以不斷的提供新鮮空氣的目的。同時(shí)，第二升壓設(shè)備AB02則主要以滿(mǎn)足分離所需的壓力比為主要目的，即建立起第一級(jí)膜分離器MOl的分離膜兩側(cè)的分離壓力比為3 10。典型的，當(dāng)分離膜采用阿爾法值在2 3的膜分離材料做成的卷式膜、板
6式膜時(shí)，在所需富氧純度為30%左右時(shí)，需建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為4左右，S卩，如分離膜的正壓側(cè)壓力為2 5kPa的風(fēng)壓，絕壓為大氣壓(101. 325kPa)+ (2 5kPa)，則負(fù)壓側(cè)應(yīng)建立大約25kpa(相當(dāng)于-75kPa表壓的真空度)的絕壓，這樣，分離壓力比為(101. 325+ (2 5kPa) /25竺4倍，可獲得約30%左右的富氧純度(體積百分比濃度)。顯然，在這個(gè)過(guò)程中， 第一升壓設(shè)備ABOl為保持分離壓力比為4左右提供新鮮空氣的風(fēng)壓對(duì)分離壓力比貢獻(xiàn)有限，僅以滿(mǎn)足輸送所需克服的阻力為主，第二升壓設(shè)備AB02提供的約25kpa的真空動(dòng)力才是滿(mǎn)足分離壓力比的主要?jiǎng)恿υ?，?jīng)此第一級(jí)膜分離過(guò)程，可獲得得約30%的富氧純度的富氧氣體。在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，第一級(jí)產(chǎn)生的富氧氣體并不直接送入爐窯進(jìn)行富氧燃燒，而是將第一級(jí)膜分離過(guò)程制取的富氧氣體繼續(xù)進(jìn)入第二級(jí)膜分離過(guò)程。在第二級(jí)膜分離器中，與第一級(jí)的分離過(guò)程一致，不同的是，以第一級(jí)的膜分離器中的滲透氣體(富氧氣體，純度約30%)作為原料氣，第二升壓設(shè)備AB02不僅作為第一級(jí)膜分離過(guò)程的主要?jiǎng)恿υ矗靡越⒌谝患?jí)膜分離過(guò)程所需的壓力比，并還能克服出口至第二級(jí)分離器M02滯留氣出口 Al直至爐窯燃燒器入口之間的阻力，甚至包括克服爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓；當(dāng)然， 也可自第二升壓設(shè)備(真空泵)AB02出口后串接升壓設(shè)備用以克服沿程輸送阻力以及爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓，而第二升壓設(shè)備AB02則僅用于建立膜分離過(guò)程所需的壓力比；AB03 與AB02類(lèi)似，主要目的是建立第2級(jí)膜分離過(guò)程所需的壓力比，并克服出口至爐窯燃燒器入口之間的阻力，甚至包括克服爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓；當(dāng)然，也可自第三升壓設(shè)備真空泵 AB03出口后串接升壓設(shè)備用以克服沿程輸送阻力以及爐窯燃燒器所需的風(fēng)壓，而AB03則僅用于建立膜分離過(guò)程所需的壓力比。由上可知，經(jīng)此第2級(jí)膜分離過(guò)程的原料氣來(lái)自第1級(jí)膜分離過(guò)程的滲透氣，而經(jīng)此第2級(jí)膜分離過(guò)程后，前級(jí)的富氧滲透氣被分成2路，一路是滯留氣，從滯留氣口輸出，是較低純度的富氧，典型的，純度在23% 30%之間，仍然可以滿(mǎn)足富氧助燃的需求；另一路是滲透氣，從滲透氣口 A2輸出，是較高純度的富氧氣體，典型的，純度在30% 50%之間，更典型的，在約40%左右，這樣分兩路富氧氣體分別送入燃燒器的不同部位進(jìn)行富氧燃燒，使得富氧燃燒的調(diào)節(jié)性增強(qiáng)，更能顯著改善富氧燃燒的效果。相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可取得 20% 80%節(jié)能效益的提高。本發(fā)明中，由于較高純度的富氧空氣進(jìn)入中心風(fēng)口，改善了中心煤風(fēng)缺氧的現(xiàn)狀， 煤粉的燃盡度和燃燒的速度提高，尤其對(duì)低熱值的煤更具有改善點(diǎn)火、穩(wěn)定火焰形狀的特點(diǎn)，而大量的更低純度的富氧因進(jìn)入外軸流風(fēng)高速?lài)娚溥M(jìn)入爐窯，引射大量的經(jīng)過(guò)與熟料換熱的高溫二次空氣并與之混合后，形成了一種經(jīng)高溫混合的富氧，強(qiáng)化了煤粉燃燒，進(jìn)一步的提高了火焰黑度，加強(qiáng)了傳熱效率，因而節(jié)約了能量、提高了經(jīng)濟(jì)效益。從膜分離技術(shù)的角度，本發(fā)明以一種較低分離系數(shù)(選擇性)的膜分離材料同時(shí)獲得了兩種純度的富氧較高純度(通常該較高的富氧水平約40%本應(yīng)該采用更高選擇性的分離材料才能獲得)、較低純度(仍然能滿(mǎn)足助燃需求，一般仍然接近30%)的兩種以上不同純度的富氧，典型的，本發(fā)明采用氧氮分離系數(shù)(阿爾法值)2. 0的分離材料，即可獲得大約純度30%以及純度40%兩種純度的富氧氣體。從富氧助燃工藝的角度，本發(fā)明的分離過(guò)程結(jié)合了富氧燃燒過(guò)程所需，為多通道燃燒器提供了一種多純度氧化劑的供給方法，拓寬了通常多通道燃燒器僅能調(diào)節(jié)助燃風(fēng)
7量，而不能調(diào)節(jié)氧化劑含量的助燃方法。并且，本發(fā)明的助燃工藝方法將低純度的富氧供給至多通道燃燒器的外軸流風(fēng)口，而高純度富氧供給至多通道燃燒器的中心風(fēng)口，這樣一種助燃工藝，進(jìn)一步的降低了溫度較低的一次空氣量，改善了燃燒器的調(diào)節(jié)性能，同時(shí)因高純度富氧進(jìn)入中心風(fēng)口，改善了中心缺氧的現(xiàn)狀，進(jìn)一步提升了富氧助燃的效果。而本發(fā)明無(wú)需改變現(xiàn)有燃燒器、回轉(zhuǎn)窯以及外分解窯的耐高溫結(jié)構(gòu)。本發(fā)明應(yīng)用于以空氣組分采用膜分離過(guò)程為水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒提供氧化劑，但是所公開(kāi)的基本原則可用于很多其它的分離場(chǎng)合，尤其是需要多純度富氧的應(yīng)用場(chǎng)合。如附圖3圖4所示，一個(gè)完整的以膜法富氧助燃提供多種不同純度氧化劑的助燃工藝方法的裝置，它至少包括
1、至少一個(gè)過(guò)濾器AF01，用于過(guò)濾進(jìn)入膜分離器MOl的塵埃等雜質(zhì)；
2、至少一臺(tái)升壓設(shè)備AB01，為第1級(jí)膜分離器MOl提供新鮮空氣，或者將經(jīng)第一級(jí)膜分離器MOl的廢氣排除出膜分離器；
3、至少一組膜分離器MOl作為第1級(jí)膜分離過(guò)程，其原料氣接口串接至過(guò)濾器AFOl的后面，如果ABOl為第1級(jí)膜分離器MOl提供新鮮空氣，串接順序依次為過(guò)濾器AFOl接到升壓設(shè)備AB01，升壓設(shè)備ABOl再接到第一級(jí)膜分離器MOl原料側(cè)；如果ABOl設(shè)置是為了將經(jīng)膜分離器MOl的廢氣排出，串接順序依次為過(guò)濾器AFOl接到第一膜分離器MOl原料側(cè)， 第一級(jí)膜分離器MOl滯留側(cè)出口接到升壓設(shè)備ABOl入口 ；
3、至少一臺(tái)升壓設(shè)備AB02，其入口串接到第一1級(jí)膜分離器MOl的滲透?jìng)?cè)，并將富氧氣體送入第2級(jí)膜分離器M02的原料氣側(cè)，優(yōu)選但非必要的在升壓設(shè)備AB02后串接另外的升壓設(shè)備(未示出)再接入膜分離器M02的原料氣側(cè)；
4、至少一組膜分離器M02作為第2級(jí)膜分離過(guò)程，其原料氣接口串接至升壓設(shè)備AB02 的后面，優(yōu)選但非必要的在膜分離器M02后串接另外的升壓設(shè)備(未示出)再接入爐窯多通道燃燒的軸流風(fēng)入口；
5、至少一臺(tái)升壓設(shè)備AB03，其入口串接到第二2級(jí)膜分離器M02的滲透?jìng)?cè)，并將富氧氣體送入爐窯多通道燃燒的中心風(fēng)入口，優(yōu)選但非必要的在升壓設(shè)備AB03后串接另外的升壓設(shè)備(未示出)再接入爐窯多通道燃燒的中心風(fēng)入口。實(shí)例一個(gè)板式膜分離器為一臺(tái)日產(chǎn)1250噸的水泥回轉(zhuǎn)窯富氧助燃提供氧化劑的系統(tǒng)，該系統(tǒng)窯頭窯尾均采用了三通道燃燒器，其中窯頭與窯尾之間的燃煤比例為40%: 60%，設(shè)計(jì)以2級(jí)耦合的膜分離技術(shù)制取兩種不同純度的富氧分別為窯頭、窯尾的三通道燃燒器提供取代軸流風(fēng)的富氧，純度要求觀-30%，富氧流量2700Nm3/hr.，另外，提供一路純度40%，流量300Nm3/hr.的富氧作為中心軸流風(fēng)取代部分凈風(fēng)進(jìn)行富氧助燃。板式膜分離器選用Oxylead 板式膜分離器，由上海穂杉實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，可由市售取得，其分離器采用的氧氮分離膜材料在25°C條件下的分離系數(shù)為2. 05，氧氣滲透量為5. 068 Nm3/hr. bar.m2，氮?dú)鉂B透量為2. 479 Nm3/hr. bar. m2，為滿(mǎn)足上述要求的富氧，如下表設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)選擇了一組3000Nm3/hr.的單組件分離器，內(nèi)裝填了 823. 2 m2膜材料， 另選取了一組裝填了 77.9 m2膜材料的分離器。分兩級(jí)分離，前級(jí)分離以獲得約30%純度的富氧，后級(jí)繼續(xù)以此為原料氣進(jìn)行二級(jí)分離，在2級(jí)膜分離過(guò)程的滲透?jìng)?cè)取得約40%的富氧，而前級(jí)進(jìn)入二級(jí)的富氧自二級(jí)滯留側(cè)排出時(shí)因其富氧品質(zhì)降低的程度不高，仍然可以滿(mǎn)足純度28%左右在2級(jí)的滯留側(cè)輸出，作為滿(mǎn)足為三通道燃燒器取代軸流風(fēng)的富氧。在
8下述設(shè)計(jì)條件下，以此一套耦合的膜分離系統(tǒng)，取得了同時(shí)獲得兩種不同純度的富氧針對(duì)三通道燃燒器進(jìn)行富氧助燃，如附圖2，其中較低純度富氧純度28. 44%，富氧流量2700. 0 Nm3/hr，分別為窯頭、窯尾的三通道燃燒器按燃煤比例40%:60%供氧，送入三通道燃燒器的 Cl接口進(jìn)行富氧燃燒，Cl接口也稱(chēng)為軸流風(fēng)、外風(fēng)口，而較高純度的富氧純度40. 31%，富氧流量300. 0 Nm3/hr，也分別為窯頭、窯尾的三通道燃燒器按燃煤比例40%: 60%供氧，送入三通道燃燒器的A接口進(jìn)行富氧助燃，A接口也稱(chēng)為中心風(fēng)口，經(jīng)試驗(yàn)取得了噸熟料節(jié)約標(biāo)煤 15%的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法，其特征在于具體步驟為，根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)，首先采用膜分離技術(shù)，自空氣中分離獲取兩種不同純度的富氧氣體；然后，將兩種不同純度的富氧氣體分別送入水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的不同部位，進(jìn)行富氧助燃；其中，所述的膜分離技術(shù)采用兩級(jí)膜分離裝置的兩級(jí)分離步驟，該兩級(jí)膜分離裝置包括，兩級(jí)膜分離器，一個(gè)空氣過(guò)濾器AF01，3個(gè)升壓設(shè)備AB01、AB02、AB03 ；其中，膜分離器中，每個(gè)膜分離器至少有1個(gè)原料氣入口 A0，1個(gè)滯留氣出口 Al，1個(gè)滲透氣出口 A2，膜分離器中的分離膜至少分成兩側(cè)，一側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)，正壓側(cè)也即膜分離器的原料氣側(cè)，負(fù)壓側(cè)也即膜分離器的滲透氣側(cè)；空氣過(guò)濾器AFOl由管道與第一升壓設(shè)備ABOl連接，第一升壓設(shè)備ABOl由管道與第一級(jí)膜分離器MOl的原料氣入口 AO連接；第一級(jí)膜分離器MOl的滲透氣出口 A2由管道與第二升壓設(shè)備AB02連接，第二升壓設(shè)備AB02由管道與第二級(jí)膜分離器M02的原料氣入口 AO連接，第二級(jí)膜分離器M02的滲透氣出口 A2由管道與第三升壓設(shè)備AB03連接；第三升壓設(shè)備AB03由管道與水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器的中心風(fēng)入口連接，將較高純度的富氧氣體送入多通道燃燒器；第二級(jí)膜分離器M02的滯留氣出口 Al由管道與水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器的軸流風(fēng)入口連接，將較低純度的富氧氣體送入多通道燃燒器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法， 其特征在于所述第一級(jí)膜分離器MOl和第二級(jí)膜分離器M02，都由多個(gè)膜分離器串接組成， 具體根據(jù)實(shí)際需要確定；所述膜分離器的分離膜采用卷式膜或板式膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法， 其特征在于所述第一升壓設(shè)備ABOl建立的風(fēng)壓為300 IOOOOPa ；第二升壓設(shè)備AB02建立起第一級(jí)膜分離器MOl的分離膜兩側(cè)的分離壓力比為3 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法， 其特征在于所述第2級(jí)膜分離器的滯留氣口 Al輸出的富氧氣體的體積濃度在23% 30% 之間，滲透氣口的富氧氣體的體積濃度在30% 50%之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種為水泥回轉(zhuǎn)窯多通道燃燒器富氧助燃提供富氧氣體的方法。本發(fā)明根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)，首先采用膜分離技術(shù)，自空氣中分離獲取兩種不同純度的富氧氣體；然后，將兩種不同純度的富氧氣體分別送入水泥回轉(zhuǎn)窯的多通道燃燒器的不同部位，進(jìn)行富氧助燃；其中膜分離技術(shù)采用兩級(jí)膜分離裝置的兩級(jí)分離步驟，從第二級(jí)膜分離器的滲透氣出口輸出較高純度的富氧氣體送入多通道燃燒器中心風(fēng)口；從滯留氣出口輸出較低純度的富氧氣體送入多通道燃燒器的軸流風(fēng)入口。本發(fā)明無(wú)需改變現(xiàn)有燃燒器、回轉(zhuǎn)窯的耐高溫結(jié)構(gòu)，即可增強(qiáng)富氧燃燒的調(diào)節(jié)性，顯著提高富氧燃燒的效果，較現(xiàn)有技術(shù)，可取得20%～80%節(jié)能效益。
文檔編號(hào)F23L7/00GK102434890SQ20111034801
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者丁艷賓, 張敏, 林峰, 賈吉來(lái), 陳如真 申請(qǐng)人:上海奕材環(huán)?？萍加邢薰?br>