本发明涉及空气分离技术领域，具体涉及一种窑炉用深冷直送低压富氧制取装置和方法。
背景技术：
传统上的燃烧过程大都是基于空气为氧化剂来源的热工过程，常规燃烧方式助燃空气仅21％的氧气参与燃烧过程，而空气中的79％的氮气不但不帮助燃烧，反而吸收了大量的燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出，造成燃料的很大浪费。
随着助燃技术的不断提高，人们发现采用富氧作为氧化剂来源较传统的燃烧过程更节能环保：富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出所有的热量，提高了燃料的燃尽率，减少燃料的热损失，节约了燃料，同时，富氧燃烧环境能有效的提高燃料系统的升温速率而节能。
目前，空分装置制取的富氧纯度一般在80％-95％，在应用时需和空气混合后才能使用，这样带来的缺点：一是产品纯度较高，实际应用时需要再增加混配系统才能达到用户所需富氧比例，增加投资成本；二是在混配过程中，富氧纯度不宜控制，容易发生炉体烧毁等安全事故。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种窑炉用深冷直送低压富氧制取装置和方法，以解决现有技术的不足。
本发明采用以下技术方案：
一种窑炉用深冷直送低压富氧制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器k1、冷凝蒸发器k2、过冷器、透平膨胀机、冷箱，
过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器设置于冷箱外，主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器k1、冷凝蒸发器k2、过冷器、透平膨胀机设置于冷箱内，冷凝蒸发器k1设在精馏塔顶部、冷凝蒸发器k2设在精馏塔底部；
过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器再和精馏塔底部的冷凝蒸发器k2连接；冷凝蒸发器k2出口和精馏塔底部的原料空气进口连接；
精馏塔顶部的带压氮气出口分别和主换热器、冷凝蒸发器k1连接，主换热器和透平膨胀机连接，透平膨胀机和主换热器连接，主换热器再分别和电加热器、外部氮气产品管路连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接；冷凝蒸发器k1出口分别和外部液氮产品管路、精馏塔顶部的液氮进口连接；
精馏塔底部的富氧液化空气出口和过冷器连接，过冷器和精馏塔顶部的富氧液化空气进口连接，过冷器和精馏塔顶部的富氧液化空气进口的连接管路上设有节流阀，精馏塔顶部的富氧出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器再和外部富氧产品管道连接。
一种窑炉用深冷直送低压富氧制取方法，包括如下步骤：
步骤1、将原料空气经过滤器过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机将空气压缩到设定压力；之后经空气预冷机组预冷后进入交替使用的分子筛吸附器中纯化；
步骤二、将纯化后的原料空气部分用于仪表空气，其余部分进入主换热器冷却至饱和并带有一定含湿后进入精馏塔底部的冷凝蒸发器k2，由精馏塔底部的液空冷却，冷却后从精馏塔底部的原料空气进口引入到精馏塔进行精馏，精馏后在精馏塔顶部获得带压氮气，在精馏塔底部获得富氧液化空气；
步骤三、部分带压氮气抽出进入到主换热器部分复热后引入透平膨胀机膨胀制冷，膨胀后的氮气引入主换热器进行复热，复热后的氮气一部分作为分子筛吸附器再生气，剩余部分作为产品氮气引出冷箱外；其余部分带压氮气引入到冷凝蒸发器k1，和富氧液化空气换热，带压氮气液化为液氮，液氮一部分由精馏塔顶部的液氮进口引入到精馏塔，作为精馏塔回流液，其余部分出冷箱作为液氮产品；
步骤四、富氧液化空气经过冷器过冷、节流阀节流后由精馏塔顶部的富氧液化空气进口引入到精馏塔，作为冷凝蒸发器k1冷源，富氧液化空气和带压氮气换热，富氧液化空气汽化为富氧，富氧从精馏塔顶部引出，经过冷器、主换热器复热后引出冷箱作为富氧产品。
进一步地，富氧产品含40％-45％o2，压力为1.5-3.0bara。
本发明的有益效果：
1、本发明采用返流膨胀单塔制取低压富氧，原料空气在精馏塔底部的冷凝蒸发器k2中和液空换热后氧的含量提高，再进入精馏塔参与精馏，精馏塔底部得到的富氧液空含氧量达到40％-45％，进而满足窑炉用户对富氧纯度的要求，可供客户直接使用，不需要再和空气混配使用，节省成本，提高生产安全性。
2、本发明采用低压氮气进行膨胀制冷，有副产品氮气和液氮，增加了经济效益。
附图说明
图1本发明装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种窑炉用深冷直送低压富氧制取装置，如图1所示，包括过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、主换热器6、精馏塔7、冷凝蒸发器k1、冷凝蒸发器k2、过冷器8、透平膨胀机10、冷箱11，
过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5设置于冷箱11外，主换热器6、精馏塔7、冷凝蒸发器k1、冷凝蒸发器k2、过冷器8、透平膨胀机10设置于冷箱11内，冷凝蒸发器k1设在精馏塔7顶部、冷凝蒸发器k2设在精馏塔7底部；
过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、主换热器6依次连接，主换热器6再和精馏塔7底部的冷凝蒸发器k2连接；冷凝蒸发器k2出口和精馏塔7底部的原料空气进口7-1连接；
精馏塔7顶部的带压氮气出口7-3分别和主换热器6、冷凝蒸发器k1连接，主换热器6和透平膨胀机10连接，透平膨胀机10和主换热器6连接，主换热器6再分别和电加热器5、外部氮气产品管路连接，电加热器5和交替使用的分子筛吸附器4连接；冷凝蒸发器k1出口分别和外部液氮产品管路、精馏塔7顶部的液氮进口7-4连接；
精馏塔7底部的富氧液化空气出口7-2和过冷器8连接，过冷器8和精馏塔7顶部的富氧液化空气进口7-5连接，过冷器8和精馏塔7顶部的富氧液化空气进口7-5的连接管路上设有节流阀9，精馏塔7顶部的富氧出口7-6和过冷器8连接，过冷器8和主换热器6连接，主换热器6再和外部富氧产品管道连接。
上述各部件的功能如下：
过滤器1，用于过滤原料空气中的灰尘和机械杂质；
透平空气压缩机2，用于将过滤后的原料空气压缩到设定压力；
空气预冷机组3，用于将过滤、压缩后的原料空气预冷；
交替使用的分子筛吸附器4，用于将过滤、压缩、预冷后的原料空气纯化，去除水分、co2、c2h2等物质；
电加热器5，用于加热氮气以再生分子筛吸附器；
主换热器6，用于将过滤、压缩、预冷、纯化后的原料空气冷却；用于将带压氮气部分复热，膨胀后的氮气复热，富氧复热；
精馏塔7，将经冷凝蒸发器k2冷却后的原料空气进行精馏，获得带压氮气和富氧液化空气；
冷凝蒸发器k1，用于将带压氮气和富氧液化空气进行换热；
冷凝蒸发器k2，用于将冷却至饱和并带有一定含湿后的原料空气和液空换热；
过冷器8，用于将富氧液化空气过冷，用于将富氧复热；
透平膨胀机10，用于将部分复热后的低压氮气膨胀制取冷箱必需冷量。
一种窑炉用深冷直送低压富氧制取方法，包括如下步骤：
步骤1、将原料空气经过滤器1过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机2将空气压缩到约0.4-0.7mpaa；之后经空气预冷机组3预冷至8-10℃后进入交替使用的分子筛吸附器4中纯化，将水分、co2、c2h2等物质去除；
步骤二、将纯化后的原料空气部分用于仪表空气(图中未表示出)，其余部分进入主换热器6冷却至饱和并带有一定含湿后进入精馏塔7底部的冷凝蒸发器k2，由精馏塔7底部的液空冷却，冷却后从精馏塔7底部的原料空气7-1进口引入到精馏塔7进行精馏，精馏后在精馏塔7顶部获得带压氮气，在精馏塔7底部获得富氧液化空气；
步骤三、部分带压氮气抽出进入到主换热器6部分复热后引入透平膨胀机10膨胀制冷，膨胀后的氮气引入主换热器6进行复热，复热后的氮气一部分作为分子筛吸附器再生气，剩余部分作为产品氮气引出冷箱11外；其余部分带压氮气引入到冷凝蒸发器k1，和富氧液化空气换热，带压氮气液化为液氮，液氮一部分由精馏塔7顶部的液氮进口7-4引入到精馏塔7，作为精馏塔7回流液，其余部分出冷箱11作为液氮产品；
步骤四、富氧液化空气经过冷器8过冷至约-183℃、节流阀9节流后由精馏塔7顶部的富氧液化空气进口7-5引入到精馏塔7，作为冷凝蒸发器k1冷源，富氧液化空气和带压氮气换热，富氧液化空气汽化为富氧，富氧从精馏塔7顶部引出，经过冷器8、主换热器6复热后引出冷箱11作为富氧产品，所获得的富氧产品含40％-45％o2，约12℃，1.5-3bara。