本發(fā)明涉及空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取裝置和方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)上的燃燒過程大都是基于空氣為氧化劑來源的熱工過程，常規(guī)燃燒方式助燃空氣僅21％的氧氣參與燃燒過程，而空氣中的79％的氮氣不但不幫助燃燒，反而吸收了大量的燃燒反應(yīng)放出的熱量，并作為煙氣排出，造成燃料的很大浪費。

隨著助燃技術(shù)的不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)采用富氧作為氧化劑來源較傳統(tǒng)的燃燒過程更節(jié)能環(huán)保：富氧環(huán)境下，燃料在最短的時間內(nèi)迅速燃盡，最大可能的、充分的釋放出所有的熱量，提高了燃料的燃盡率，減少燃料的熱損失，節(jié)約了燃料，同時，富氧燃燒環(huán)境能有效的提高燃料系統(tǒng)的升溫速率而節(jié)能。

目前，空分裝置制取的富氧純度一般在80％-95％，在應(yīng)用時需和空氣混合后才能使用，這樣帶來的缺點：一是產(chǎn)品純度較高，實際應(yīng)用時需要再增加混配系統(tǒng)才能達到用戶所需富氧比例，增加投資成本；二是在混配過程中，富氧純度不宜控制，容易發(fā)生爐體燒毀等安全事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取裝置，包括過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、電加熱器、主換熱器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器k1、冷凝蒸發(fā)器k2、過冷器、透平膨脹機、冷箱，

過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、電加熱器設(shè)置于冷箱外，主換熱器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器k1、冷凝蒸發(fā)器k2、過冷器、透平膨脹機設(shè)置于冷箱內(nèi)，冷凝蒸發(fā)器k1設(shè)在精餾塔頂部、冷凝蒸發(fā)器k2設(shè)在精餾塔底部；

過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、主換熱器依次連接，主換熱器再和精餾塔底部的冷凝蒸發(fā)器k2連接；冷凝蒸發(fā)器k2出口和精餾塔底部的原料空氣進口連接；

精餾塔頂部的帶壓氮氣出口分別和主換熱器、冷凝蒸發(fā)器k1連接，主換熱器和透平膨脹機連接，透平膨脹機和主換熱器連接，主換熱器再分別和電加熱器、外部氮氣產(chǎn)品管路連接，電加熱器和交替使用的分子篩吸附器連接；冷凝蒸發(fā)器k1出口分別和外部液氮產(chǎn)品管路、精餾塔頂部的液氮進口連接；

精餾塔底部的富氧液化空氣出口和過冷器連接，過冷器和精餾塔頂部的富氧液化空氣進口連接，過冷器和精餾塔頂部的富氧液化空氣進口的連接管路上設(shè)有節(jié)流閥，精餾塔頂部的富氧出口和過冷器連接，過冷器和主換熱器連接，主換熱器再和外部富氧產(chǎn)品管道連接。

一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取方法，包括如下步驟：

步驟1、將原料空氣經(jīng)過濾器過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機將空氣壓縮到設(shè)定壓力；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組預(yù)冷后進入交替使用的分子篩吸附器中純化；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣，其余部分進入主換熱器冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔底部的冷凝蒸發(fā)器k2，由精餾塔底部的液空冷卻，冷卻后從精餾塔底部的原料空氣進口引入到精餾塔進行精餾，精餾后在精餾塔頂部獲得帶壓氮氣，在精餾塔底部獲得富氧液化空氣；

步驟三、部分帶壓氮氣抽出進入到主換熱器部分復(fù)熱后引入透平膨脹機膨脹制冷，膨脹后的氮氣引入主換熱器進行復(fù)熱，復(fù)熱后的氮氣一部分作為分子篩吸附器再生氣，剩余部分作為產(chǎn)品氮氣引出冷箱外；其余部分帶壓氮氣引入到冷凝蒸發(fā)器k1，和富氧液化空氣換熱，帶壓氮氣液化為液氮，液氮一部分由精餾塔頂部的液氮進口引入到精餾塔，作為精餾塔回流液，其余部分出冷箱作為液氮產(chǎn)品；

步驟四、富氧液化空氣經(jīng)過冷器過冷、節(jié)流閥節(jié)流后由精餾塔頂部的富氧液化空氣進口引入到精餾塔，作為冷凝蒸發(fā)器k1冷源，富氧液化空氣和帶壓氮氣換熱，富氧液化空氣汽化為富氧，富氧從精餾塔頂部引出，經(jīng)過冷器、主換熱器復(fù)熱后引出冷箱作為富氧產(chǎn)品。

進一步地，富氧產(chǎn)品含40％-45％o2，壓力為1.5-3.0bara。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明采用返流膨脹單塔制取低壓富氧，原料空氣在精餾塔底部的冷凝蒸發(fā)器k2中和液空換熱后氧的含量提高，再進入精餾塔參與精餾，精餾塔底部得到的富氧液空含氧量達到40％-45％，進而滿足窯爐用戶對富氧純度的要求，可供客戶直接使用，不需要再和空氣混配使用，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)安全性。

2、本發(fā)明采用低壓氮氣進行膨脹制冷，有副產(chǎn)品氮氣和液氮，增加了經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做更進一步地解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。

一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取裝置，如圖1所示，包括過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、電加熱器5、主換熱器6、精餾塔7、冷凝蒸發(fā)器k1、冷凝蒸發(fā)器k2、過冷器8、透平膨脹機10、冷箱11，

過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、電加熱器5設(shè)置于冷箱11外，主換熱器6、精餾塔7、冷凝蒸發(fā)器k1、冷凝蒸發(fā)器k2、過冷器8、透平膨脹機10設(shè)置于冷箱11內(nèi)，冷凝蒸發(fā)器k1設(shè)在精餾塔7頂部、冷凝蒸發(fā)器k2設(shè)在精餾塔7底部；

過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、主換熱器6依次連接，主換熱器6再和精餾塔7底部的冷凝蒸發(fā)器k2連接；冷凝蒸發(fā)器k2出口和精餾塔7底部的原料空氣進口7-1連接；

精餾塔7頂部的帶壓氮氣出口7-3分別和主換熱器6、冷凝蒸發(fā)器k1連接，主換熱器6和透平膨脹機10連接，透平膨脹機10和主換熱器6連接，主換熱器6再分別和電加熱器5、外部氮氣產(chǎn)品管路連接，電加熱器5和交替使用的分子篩吸附器4連接；冷凝蒸發(fā)器k1出口分別和外部液氮產(chǎn)品管路、精餾塔7頂部的液氮進口7-4連接；

精餾塔7底部的富氧液化空氣出口7-2和過冷器8連接，過冷器8和精餾塔7頂部的富氧液化空氣進口7-5連接，過冷器8和精餾塔7頂部的富氧液化空氣進口7-5的連接管路上設(shè)有節(jié)流閥9，精餾塔7頂部的富氧出口7-6和過冷器8連接，過冷器8和主換熱器6連接，主換熱器6再和外部富氧產(chǎn)品管道連接。

上述各部件的功能如下：

過濾器1，用于過濾原料空氣中的灰塵和機械雜質(zhì)；

透平空氣壓縮機2，用于將過濾后的原料空氣壓縮到設(shè)定壓力；

空氣預(yù)冷機組3，用于將過濾、壓縮后的原料空氣預(yù)冷；

交替使用的分子篩吸附器4，用于將過濾、壓縮、預(yù)冷后的原料空氣純化，去除水分、co2、c2h2等物質(zhì)；

電加熱器5，用于加熱氮氣以再生分子篩吸附器；

主換熱器6，用于將過濾、壓縮、預(yù)冷、純化后的原料空氣冷卻；用于將帶壓氮氣部分復(fù)熱，膨脹后的氮氣復(fù)熱，富氧復(fù)熱；

精餾塔7，將經(jīng)冷凝蒸發(fā)器k2冷卻后的原料空氣進行精餾，獲得帶壓氮氣和富氧液化空氣；

冷凝蒸發(fā)器k1，用于將帶壓氮氣和富氧液化空氣進行換熱；

冷凝蒸發(fā)器k2，用于將冷卻至飽和并帶有一定含濕后的原料空氣和液空換熱；

過冷器8，用于將富氧液化空氣過冷，用于將富氧復(fù)熱；

透平膨脹機10，用于將部分復(fù)熱后的低壓氮氣膨脹制取冷箱必需冷量。

一種窯爐用深冷直送低壓富氧制取方法，包括如下步驟：

步驟1、將原料空氣經(jīng)過濾器1過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機2將空氣壓縮到約0.4-0.7mpaa；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組3預(yù)冷至8-10℃后進入交替使用的分子篩吸附器4中純化，將水分、co2、c2h2等物質(zhì)去除；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣(圖中未表示出)，其余部分進入主換熱器6冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔7底部的冷凝蒸發(fā)器k2，由精餾塔7底部的液空冷卻，冷卻后從精餾塔7底部的原料空氣7-1進口引入到精餾塔7進行精餾，精餾后在精餾塔7頂部獲得帶壓氮氣，在精餾塔7底部獲得富氧液化空氣；

步驟三、部分帶壓氮氣抽出進入到主換熱器6部分復(fù)熱后引入透平膨脹機10膨脹制冷，膨脹后的氮氣引入主換熱器6進行復(fù)熱，復(fù)熱后的氮氣一部分作為分子篩吸附器再生氣，剩余部分作為產(chǎn)品氮氣引出冷箱11外；其余部分帶壓氮氣引入到冷凝蒸發(fā)器k1，和富氧液化空氣換熱，帶壓氮氣液化為液氮，液氮一部分由精餾塔7頂部的液氮進口7-4引入到精餾塔7，作為精餾塔7回流液，其余部分出冷箱11作為液氮產(chǎn)品；

步驟四、富氧液化空氣經(jīng)過冷器8過冷至約-183℃、節(jié)流閥9節(jié)流后由精餾塔7頂部的富氧液化空氣進口7-5引入到精餾塔7，作為冷凝蒸發(fā)器k1冷源，富氧液化空氣和帶壓氮氣換熱，富氧液化空氣汽化為富氧，富氧從精餾塔7頂部引出，經(jīng)過冷器8、主換熱器6復(fù)熱后引出冷箱11作為富氧產(chǎn)品，所獲得的富氧產(chǎn)品含40％-45％o2，約12℃，1.5-3bara。