专利名称：负压流程卷式膜法制氧装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及膜法制氧装置。
背景技术：
我国各行各业以煤、重油及天然气为燃料的各种锅炉、窑炉等各种热工设备，据统计有近百万台；燃料的消耗数量庞大，同时我国的各种热工设备如锅炉或窑炉，其产能单耗比发达国家同行业同种热供设备，都高出20%甚至更高；如火电行业锅炉平均发电标煤耗340g/KWh，发达国家小于320g/KWh ;水泥行业我国平均标煤单耗140KgCe/吨熟料，比国外先进水平高出约30KgCe/吨熟料；玻璃行业我国平均重油单耗为130Kg/吨玻璃液，比国外先进玻璃窑炉高约30Kg/吨玻璃液，等等。因此，我国工业高能耗行业，节能潜力和空间极大，开发有效的节能技术和工艺，意义重大。空气含氧20.9%，余下主要为氮气，为燃料燃烧反应提供氧的空气，大量的氮气在燃烧过程中，从环境温度下被加热到1400-1500°C，吸收了大量来自燃料的热量；尽管烟气排放有热量回收系统(省煤器或空气预热器)，但是大量氮气从空气预热器排出(130-150°C )，还是从炉内带走大量热量。如果减少氮气量，即富氧燃烧，显然可以减少热量损失；同时富氧燃烧，可以提高燃烧火焰温度，增加炉内辐射传热强度，而辐射传热强度与火焰温度和炉内受热面温度的四次方之差成正比。由于富氧燃烧具有这两方面的原因，因而是有效的节能技术之一。市场上目前出现的膜法制氧技术，主要是以水环真空泵作为驱动动力，存在的主要问题是:第一是水环真空泵机械效率低，系统能耗高；第二是水环真空泵必须消耗大量水，如果水质差，泵内短时间由于水温上升便出现结垢，维护极其不便；第三是系统必须加装水汽分离装置和设备，将富氧空气和水以及水蒸气分离以获得干燥的富氧空气；第四，同时富氧空气需要预热至少高于100°c，需另外设计加工空气预热器，对大多数锅炉现场，将另一个大型空气预热器安装在已有的锅炉系统，非常困难，甚至不现实。另外，利用富氧膜制氧时，富氧膜所需原料空气是必须的，但是，空气中存在大量粉尘等机械杂质，会影响富氧膜的使用寿命。
实用新型内容本实用新型提供一种维护方便、结构简单的负压流程卷式膜法制氧装置。本实用新型提供一种负压流程卷式膜法制氧装置，包括风机箱体、空气过滤器、风机、膜组箱体、富氧膜组及机械往复式无油真空泵，所述风机箱体和所述空气过滤器组合一体，所述风机设于所述风机箱体的内部，所述膜组箱体具有进气口和出气口，所述富氧膜组设于所述膜组箱体的内部并具有多个富氧膜元件，所述风机的出口与所述膜组箱体的进气口连接，所述膜组箱体的出气口与所述机械往复式无油真空泵的进口连接。内铬有风机的风机箱体、内铬有富氧膜组的膜组箱体及机械往复式无油真空泵可直线连接，模块化再组合，可容易地解决设备加工、运输、现场安装诸多不便，使得大规模气量制氧装置在使用场所，很方便、可靠地实现。所述风机箱体是方形箱体，其具有四个立面，各所述立面均与其对应的所述空气过滤器组合一体而形成平面过滤。所述富氧膜元件是卷式富氧膜元件。富氧膜元件的数量决定制氧量；制氧量大与小，可以通过并联更多数量的富氧膜组来实现大气量制氧。制氧的驱动力由机械往复式无油真空泵提供，即负压流程。负压范围根据要求设计，如-0.03 -0.08MPa。各所述卷式富氧膜元件并联设铬，其均具有镂空的中心管，各所述中心管平行，各所述中心管的底部封闭，各所述中心管的顶部与同一富氧空气集气管连接，所述富氧空气集气管与所述出气口连接。所述膜组箱体是方形箱体，所述膜组箱体内部的下端具有用于将空气导入各所述卷式富氧膜元件的风箱，所述风箱与所述进气口连接。所述膜组箱体和风机箱体的宽度和高度均相同。所述膜组箱体的出气口和所述机械往复式无油真空泵的进口的中心线高度相同；所述风机的出口和所述膜组箱体的进气口同中心线。所述风气的出口与所述膜组箱体的进气口软连接；所述膜组箱体的出气口与所述机械往复式无油真空泵的进口软连接。本实用新型的有益效果是:机械往复式无油真空泵只需要少量水在泵活塞缸外做冷却用，且可以循环使用，对水质要求不高，而且不容易出现结垢，维护方便；富氧空气出气具有一定的温度，可以不需要另外考虑加装空气预热器，在使用现场对富氧空气输送管道做普通保温即可，进而简化了结构；风机箱体和空气过滤器组合一体，能够有效过滤除尘，进而有效保护富氧膜组，提高富氧膜组的使用寿命。
图1是本实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步详细说明。一种负压流程卷式制氧装置，如图1所示，包括风机箱体1、空气过滤器4、风机5、膜组箱体2、富氧膜组10及机械往复式无油真空泵3，风机箱体I与空气过滤器4组合一体，风机5设于风机箱体I的内部，富氧膜组10设于膜组箱体2的内部并具有多个富氧膜元件15，风机的出口 6和膜组箱体的进气口 7连接，膜组箱体的出气口 11与机械往复式无油真空泵的进口 12连接。风机工作时，空气经过空气过滤器4过滤后进入风机箱体I内部，并通过风机的出口 6、膜组箱体的进气口 7后进入膜组箱体2的内部，经由富氧膜组10实现大气量制氧，最后由机械往复式无油真空泵利用负压抽出。富氧膜组可以包括多个卷式富氧膜元件，各卷式富氧膜元件可以并联设铬。一种负压流程卷式膜法制氧装置，如图1所示，包括风机箱体1、空气过滤器4、风机5、膜组箱体2、富氧膜组10及机械往复式无油真空泵3。[0024]风机箱体I是方形箱体，其具有四个立面，各立面均组合安装有空气过滤器4而形成平面过滤。各空气过滤器可以被金属门板框固定压紧在各立面，固定方式可以满足容易拆卸清除和更换的要求。每个立面均可以全面积安装空气过滤器。空气过滤器如采用细丝棉或中孔发泡棉的平板状结构体。富氧膜组10设于膜组箱体的内部，其包括并联的多个卷式富氧膜元件15。由风机出口 6送来的空气进入膜组箱体2内部下端的风箱8，具有一定压力的空气穿过各卷式富氧膜元件15的膜流道实现制氧；卷式富氧膜元件的中心管14与富氧空气集气管9连接，在机械往复式无油真空泵3的负压抽力下，从膜组箱体的出气口 11进入真空泵，由真空泵的出口 13送出。各中心管14可以竖直平行放铬，富氧空气集气管9可以水平放铬。膜组箱体的进气口 7和风机箱体的出口 6可以采用软连接方式；膜组箱体的出气口 11和真空泵的进口 12可以采用软连接，在该软连接的硬管段可以加装防震真空表；真空泵的出口 13可以加装防震压力表。风机箱体和膜组箱体可以均为方形箱体，该两个方形箱体的宽度和高度可以设计为相同尺寸。膜组箱体2的出气口 11与真空泵的进口 12的中心线高度可以相同，以保证制氧装置整体谐调性。两个方形箱体的宽度可以一致，安装时需保持“箱宽”在同一直线上；因此，风机箱体I的出口 6与膜组箱体2的进气口 7可以同中心线。按照本实用新型提出的负压流程卷式膜法制氧装置，首先是机械往复式无油真空泵、风机和卷式富氧膜元件的选型，选型的原则如下:根据卷式富氧膜元件的工作曲线:流量一压力曲线、真空泵的工作曲线:抽气速率一真空度曲线，换算成可比单位和量纲并在同一坐标系作图，两条曲线的交叉点即为设计的流量即为富氧气量，按照每个富氧膜元件的产气量，即知道富氧膜元件的数量。两条曲线交叉点 对应的流量即是真空泵的抽气速率，由此可知真空泵的具体型号及配用功率等。两条曲线交叉点对应的压力(或真空度)，即是制氧装置的工作压力(或真空度);该压流程卷式膜法制氧装置的最佳工作压力点为:-0.075MPa。根据制氧气量，选用风机原则是:风量彡5倍制氧气量、风压彡2500Pa ;如风机风量为制氧气量的5 10倍，风压为2500 5000Pa。卷式富氧膜元件的参数选型如下:工作压力-0.075MPa、环境温度5_35°C、海拔高度< 1000米的条件下，每只膜元件产气量彡20Nm3/h，富氧浓度彡28%;膜元件尺寸C200X1000。风机箱体和膜组箱体材料可以采用普通A3板材、厚度1-2毫米制作，板材需除锈、外表面做物理喷涂或烤漆。制氧装置在确定了动力负荷后，配铬电气控制。制氧装置的操作条件:环境温度5_35°C，操作压力范围:-0.05 -0.08MPa。制氧装置的主要性能参数:富氧浓度28-32% ;制氧量40-1200Nm3/单膜组；富氧空气温度彡120°C。对于膜法制氧装置，其选用机械往复式无油真空泵，解决了现有水环真空泵存在的问题。机械往复式无油真空泵只需要少量水在泵活塞缸外做冷却用，且可以循环使用，对水质要求不高；重要的是，富氧空气出气温度可达到120-150°C，无需另外考虑加装空气预热器，在使用现场对富氧空气输送管道做普通保温即可；按照热功当量计算，相当于制氧装置系统能耗降低约30-40%。对于膜法制氧装置，其采用氧氮分离系数为2的卷式富氧膜，由于其分离原理决定了必须提供足够的“新鲜”空气作为富氧膜的原料气，即作用在膜的正面的氧分压须恒定，不至于在膜表面发生“氧”、“氮”的浓差极化，影响渗透侧的氧浓度；为此，在产品膜元件一卷式富氧膜元件，或膜组构成的成套设备中，需要风机提供足够的风量以及压力，以保证克服膜元件内流道阻力后膜表面的空气各成分的分压不变。对于膜法制氧装置，其采用的空气过滤方法是:将风机整机设计在一个方形的箱体内，利用方形箱体四个立面的较大面积，安装空气过滤器；由于过滤面积大，空气经过过滤器时流速低，过滤除尘效果好；同时便于安装、滤材清洗和更换。本实用新型负压流程卷式膜法制氧装置可以应用于锅炉节能装置中，如公告号为CN202274482U所公开的节能装置中，其也可以适应于其它中小型锅炉、窑炉或其它类型的热工设备节能改造；装置设计时，考虑了多种行业和不同炉型，便于运输和现场安装。以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
权利要求1.一种负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，包括风机箱体、空气过滤器、风机、膜组箱体、富氧膜组及机械往复式无油真空泵，所述风机箱体和所述空气过滤器组合一体，所述风机设于所述风机箱体的内部，所述膜组箱体具有进气口和出气口，所述富氧膜组设于所述膜组箱体的内部并具有多个富氧膜元件，所述风机的出口与所述膜组箱体的进气口连接，所述膜组箱体的出气口与所述机械往复式无油真空泵的进口连接。
2.如权利要求1所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述风机箱体是方形箱体，其具有四个立面，各所述立面均与其对应的所述空气过滤器组合一体。
3.如权利要求2所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述富氧膜元件是卷式富氧膜元件。
4.如权利要求3所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，各所述卷式富氧膜元件并联设铬，其均具有镂空的中心管，各所述中心管平行，各所述中心管的底部封闭，各所述中心管的顶部与同一富氧空气集气管连接，所述富氧空气集气管与所述出气口连接。
5.如权利要求4所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述膜组箱体是方形箱体，所述膜组箱体内部的下端具有用于将空气导入各所述卷式富氧膜元件的风箱，所述风箱与所述进气口连接。
6.如权利要求5所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述膜组箱体和风机箱体的宽度和高度均相同。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述膜组箱体的出气口和所述机械往复式无油真空泵的进口的中心线高度相同；所述风机的出口和所述膜组箱体的进气口同中心线。
8.如权利要求7所述的负压流程卷式膜法制氧装置，其特征在于，所述风气的出口与所述膜组箱体的进气口软连接；所述膜组箱体的出气口与所述机械往复式无油真空泵的进口软连接。
专利摘要本实用新型公开了一种负压流程卷式膜法制氧装置，包括风机箱体、空气过滤器、风机、膜组箱体、富氧膜组及机械往复式无油真空泵，所述风机箱体和所述空气过滤器组合一体，所述风机设于所述风机箱体的内部，所述膜组箱体具有进气口和出气口，所述富氧膜组设于所述膜组箱体的内部并具有多个富氧膜元件，所述风机的出口与所述膜组箱体的进气口连接，所述膜组箱体的出气口与所述机械往复式无油真空泵的进口连接。机械往复式无油真空泵只需要少量水在泵活塞缸外做冷却用，且可以循环使用，对水质要求不高，而且不容易出现结垢，维护方便。
文档编号C01B13/02GK203159218SQ201320070069
公开日2013年8月28日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者牛正东, 关有龙 申请人:深圳市长隆能源股份有限公司