一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，系统组成包括：回收净化单元，对光纤加热炉的废氦气进行回收和净化；收集压缩单元，连接所述回收净化单元，包括控制器以及沿氦气流动方向依次连接的柔性氦气球囊和压缩机，所述控制器根据所述柔性氦气球囊的氦气量控制所述压缩机动作；纯化单元，对所述收集压缩单元所提供氦气进行纯化；以及供气单元，向光纤加热炉提供氦气，并存储来自于所述纯化单元的氦气。本发明专利技术还公开了上述系统的循环利用方法。本发明专利技术具有产品氦气纯度高、氦气回收率高、系统长期可靠全自动无人值守运行等技术特点。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统及其方法
本专利技术涉及光纤制造领域，具体涉及一种光纤生产中氦气回收纯化装置及方法。
技术介绍
氦气是一种不可再生的稀缺性战略资源，应用于浮空器、惰性保护、色谱分析、导热、检漏、光纤维、潜水呼吸等领域。目前全球探明的氦气储量约490亿立方米，如何合理、高效地对现有氦气资源进行利用成为摆在诸多应用领域面前的技术难题。在光纤生产领域，典型的拉丝工艺是将光纤预制棒固定在塔顶后，通过送料机构将预制棒送进加热炉中，速度一般为0.02～0.3mm/s，当预制棒尖端被加热到2000℃左右时，棒体尖端粘度降低，靠自身重量逐渐下垂并被夹持住，在牵引力的作用下克服玻璃的内摩擦力拉制成等直径的裸光纤。加热炉加热过程中，需要始终通入高纯氦气作为保护气体，防止高温下加热炉中石墨体及加热电极的氧化。加热炉中氦气使用量占整个光纤制作氦气总用量的70％以上，需要对光纤加热炉中的氦气进行回收再利用。中国专利申请CN103771362A公开了一种光纤制造废氦气在线式纯化系统，包括回收单元、膜分单元、供气单元，回收单元包括集气罐、增压泵(压缩机)，膜分单元包括吸附器、膜分离器、缓冲罐、纯度分析仪，供气单元包括稳压罐、调压阀。该申请采用高压吸附与膜分技术相结合的模式，实现富氦尾气的提纯，继续供给光纤拉丝冷却塔和预制棒制造过程使用。需要说明的是，上述系统中集气罐收集来自于拉丝冷凝塔的氦气，并同时与增压泵连接。集气罐实时收集到的氦气受光纤拉丝冷却塔里氦气含量的影响，在与增压泵的工作匹配方面存在局限性，比如增压泵持续高功率工作，而集气罐仅收集到少量废氦气，影响了整个系统的工作效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有的技术问题作出改进，即专利技术所要解决的技术问题是提供一种更高工作效率的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统。本专利技术提供的技术方案为：一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，包括：回收净化单元，对光纤加热炉的废氦气进行回收和净化；收集压缩单元，连接所述回收净化单元，包括控制器以及沿氦气流动方向依次连接的柔性氦气球囊和压缩机，所述控制器根据所述柔性氦气球囊的氦气量控制所述压缩机动作；纯化单元，对所述收集压缩单元所提供氦气进行纯化；以及供气单元，向光纤加热炉提供氦气，并存储来自于所述纯化单元的氦气。本专利技术还提供了基于上述光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统的方法：一种光纤加热炉尾气回收纯化循环方法，其特征在于，包括如下循环步骤：步骤一、回收净化单元收集来自于光纤加热炉的废氦气并对其进行净化：步骤二、收集压缩单元利用柔性氦气球囊收集来自于回收净化单元的废氦气，并根据柔性氦气球囊的氦气量控制所述压缩机开启或关闭；步骤三、纯化单元对来自于收集压缩单元的氦气进行纯化；步骤四、供气单元向光纤加热炉提供氦气，并收集来自于纯化单元的氦气。上述光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统及其方法，具有如下技术效果：1)基于柔性氦气球囊回收的氦气量灵活控制压缩机的开启和关闭，一方面提高压缩机的工作效率，另一方面防止压缩机入口压力的波动对压缩机产生物理损伤。2)针对回收净化单元中的过滤净化装置进行了改进，两组并联的除尘过滤器工作时一用一备，可灵活切换；同时可通过调节真空泵在保证拉丝稳定的情况下，将手动针阀调整至最佳的开度。3)采用了更好纯化效果的低温纯化方案，可获得纯度大于99.999％的高纯氦气；同时将纯化过程中的仪表尾气和切换过程中排放的氦气供至柔性氦气球囊，减少了低温纯化过程的氦气损失，提高整个系统的氦气回收率。4)供气单元提供了相互并联的主供气支路和氦气补充支路，可灵活地对向光纤加热炉提供氦气。附图说明图1是本专利技术提供的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统组成框图，其中箭头方向表示氦气流动的方向。图2是本专利技术实施例提供的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统具体结构原理流程图。图3是本专利技术实施例提供的过滤净化装置的结构原理流程图。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。如图1至图3所示，本实施例提供的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统100用于对光纤加热炉200富氦尾气进行回收循环利用，其包括回收净化单元101、收集压缩单元102、纯化单元103及供气单元104。回收净化单元101用于对光纤加热炉200的废氦气进行回收和净化。回收净化单元101包括回收工装2-1和过滤净化装置2-2和尾气集气管4。光纤加热炉200由N个单体加热炉1组成，每个单体加热炉1对应一套回收工装2-1和一套过滤净化装置2-2。回收工装21安装在单体加热炉1的底部端面，配合过滤净化装置2-2实现对单体加热炉1富氦尾气的抽取，所有过滤净化装置的出口均连接至尾气集气管4。本实施例重点针对过滤净化装置2-2进行了改进，如图3所示，每套过滤净化装置2-2内部依次设置除尘组件(由两组并联的除尘过滤器3-2及其进口阀门3-1、出口阀门3-2组成)、电磁阀3-4、手动针阀3-5、真空泵3-6、缓冲罐3-7、流量计3-8和单向阀3-9。其中两组并联的除尘过滤器3-2进出口装有进口阀门3-1和出口阀门3-3，两组并联的除尘过滤器工作时一用一备，通过控制除尘过滤器3-2进、出口阀门开和闭，实现对除尘过滤器3-2的切换；通过调节手动针阀3-5的开度可以调节真空泵3-6的抽气流量，在保证拉丝稳定的情况下，将手动针阀调整至最佳的开度。收集压缩单元102用于收集来自于回收净化单元101的氦气，其包括沿氦气流动方向依次连接的柔性氦气球囊5-1、压缩机5-2、精密过滤器组5-5，还包括控制器(图中未示出)。压缩机5-2优选为2台且并联设置，其中一台为预设定压缩机。压缩机5-2出口设有单向阀5-3与背压阀5-4，精密过滤器组5-5位于背压阀5-4后。柔性氦气球囊5-1采用柔性高密封材质，接收来自于尾气集气管4的废氦气，其体积随储气量的增加而增加。控制器通过监测柔性氦气球囊5-1里氦气量灵活控制压缩机5-2的开启和关闭。这里采用高度传感监测的方案，在柔性氦气球囊设有高度传感器。当柔性氦气球囊5-1体积增加，其高度也相应的增加，其高度高于设定值H1时，预设定压缩机优先启动，当柔性氦气球囊5-1高度继续增加至设定值H2时，另一台压缩机启动。随着压缩机5-2的运行，柔性氦气球囊5-1高度下降，当高度低于设定值HB时，压缩机全部停机。当柔性氦气球囊5-1高度继续降低至设定值H4时，系统报警。基于上述方式，通过柔性氦气球囊5-1内氦气量自动控制压缩机5-2的启动与停止，使球囊内始终保持微正压，这同样对压缩机5-2进气具有缓冲的作用，防止压缩机5-2入口压力的波动对压缩机5-2产生物理损伤。此外，柔性氦气球囊5-1上设有液体密封装置5-6，当柔性氦气球囊5-1压力高于安全高度后，球囊内的氦气将推开液体密封装置5-6，直接排至大气。纯化单元103用于对来自于收集压缩单元102的氦气进行纯化。现有技术大都采用膜纯化方式或者低温纯化的方案。本实施例优选地采用具有更好纯化效果的低温纯化方案，可获得纯度大于99.999％的高纯氦气。纯化单元103包括通过低温气动阀7连接的低温纯化器6和液氮气源10。当监测到低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，包括：回收净化单元，对光纤加热炉的废氦气进行回收和净化；收集压缩单元，连接所述回收净化单元，包括控制器以及沿氦气流动方向依次连接的柔性氦气球囊和压缩机，所述控制器根据所述柔性氦气球囊的氦气量控制所述压缩机动作；纯化单元，对所述收集压缩单元所提供氦气进行纯化；以及供气单元，向光纤加热炉提供氦气，并存储来自于所述纯化单元的氦气。

【技术特征摘要】
1.一种光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，包括：回收净化单元，对光纤加热炉的废氦气进行回收和净化；收集压缩单元，连接所述回收净化单元，包括控制器以及沿氦气流动方向依次连接的柔性氦气球囊和压缩机，所述控制器根据所述柔性氦气球囊的氦气量控制所述压缩机动作；纯化单元，对所述收集压缩单元所提供氦气进行纯化；以及供气单元，向光纤加热炉提供氦气，并存储来自于所述纯化单元的氦气。2.根据权利要求1所述的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，所述柔性氦气球囊上设有高度传感器，所述控制单元根据所述高度传感器所测的氦气球囊高度控制所述压缩机动作。3.根据权利要求2所述的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，所述压缩机为两台且并联设置，所述收集压缩单元还包括精密过滤器组，所述压缩机后端依次经第一单向阀和背压阀连接所述精密过滤器组。4.根据权利要求3所述的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，所述柔性氦气球囊为柔性高密封材质，其上设有液体密封装置，当柔性氦气球囊压力高于安全压力后，其内部氦气推开该液体密封装置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统，其特征在于，所述纯化单元包括通过低温气动阀连接的低温纯化器和液氮气源，所述低温纯化器分别通过泄压管路、仪表尾气收集管路与所述柔性氦气球囊连接。6.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤加热炉尾气回收纯化循环利用系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕继祥，师铜墙，刘杨，陈志军，黄卫，赵俊，章学华，丁怀况，
申请(专利权)人：安徽万瑞冷电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34