低成本无氮燃烧制氧系统技术方案

本发明专利技术提供了一种低成本无氮燃烧制氧系统。该低成本无氮燃烧制氧系统包括：燃烧单元，氧气制备单元以及热能动能转化单元；燃烧单元设置有助燃气入口、燃料入口和烟气出口；氧气制备单元用于将空气中的氧气分离出来；热能动能转化单元与烟气出口相连通，用于将烟气出口排出的烟气中的热能转化为动能，且热能动能转化单元与氧气制备单元相连，用以将动能提供给氧气制备单元。本申请提供的上述低成本无氮燃烧制氧系统减少了动能—电能及电能—动能的能量转换过程，进而降低了能量转换过程中的能量耗损，提高了能量利用率，并降低了氧气的制备成本。

Low cost nitrogen free combustion oxygen generation system

The invention provides a low cost nitrogen free combustion oxygen producing system. The low cost non oxygen nitrogen combustion system includes a combustion unit, oxygen preparation unit and heat energy conversion unit; combustion unit is provided with an auxiliary gas entrance, entrance and exit of flue gas fuel; oxygen preparation unit for oxygen in the air separation unit; heat energy and the flue gas outlet is communicated for heat the flue gas outlet into the kinetic energy, heat energy and kinetic energy conversion unit and system connected by oxygen unit, to provide energy for preparation of oxygen unit. The low cost provided by the application of nitrogen free combustion oxygen system reduces the kinetic energy and electric power and electric energy conversion process of kinetic energy, thereby reducing the energy conversion process of energy consumption, improve energy utilization rate and reduce the cost of producing oxygen.

【技术实现步骤摘要】
低成本无氮燃烧制氧系统
本专利技术涉及化石能源燃烧领域，具体而言，涉及一种低成本无氮燃烧制氧系统。
技术介绍
我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，据统计，我国90％二氧化硫、67％氮氧化物、70％烟尘排放量来自于煤炭的燃烧。其中，燃煤电站、燃煤工业锅炉、燃煤炉窑等烟气排放污染问题最为突出。2015年北京拟定新政策，该新政策中包含以下要求：北京全市新建燃气(油)锅炉氮氧化物排放浓度需执行30毫克/立方米的排放限值。为早日达到相关的环保要求，北京市环保局近日也发布关于深化燃气(油)锅炉氮氧化物治理确保污染物达标排放的通告，要求全市燃气(油)锅炉业主要确保2017年4月1日起全面达到本市《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139-2015)。为配合新标准的实施，北京市通过以奖代补和加大惩治来激励排放单位进行低氮技术改造。富氧燃烧是一种既能提高燃烧效率，又能降低污染物排放的燃烧技术。富氧燃烧是在用氧或烟气代替空气，杜绝N2进入到燃烧系统中，以避免燃烧产物中氮氧化物的生成。富氧燃烧技术(又称为O2/CO2燃烧技术)是采用烟气再循环的方式，采用从空气中分离获得的纯氧和一部分锅炉烟气构成的混合气代替空气作为燃烧时的氧化剂，以提高燃烧排烟中CO2的浓度。富氧燃烧技术不仅能分离收集CO2还能处理SO2，但富氧燃烧系统中的空气分离氧气制备单元能耗高，单位制氧成本超过0.7KW.h/m3。天然气燃烧过程：CH4+2O2→CO2+2H2O。制氧成本约占系统燃烧放热热值的15％左右，若燃烧发电，则制氧成本约占所发电能价值的30％，制氧成本高，经济性较差。限制了富氧燃烧发电技术的工程实践应用，针对制氧成本较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。天然气燃烧过程中耗氧较多，1标准体积的甲烷，消耗2标准体积的氧，而传统制氧工艺主要有两种，分别是低温深冷制氧和变压吸附制氧，制氧成本较高，低温深冷制氧工艺流程中，耗能较大的是空气压缩单元和膨胀制冷单元，膨胀机耗能较大，目前，压缩机和膨胀制冷机运行所需动力主要来自于外界电网供给，耗能较高。变压吸附制氧工艺流程(VPA)，主要是利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，降压解析所吸附的杂质组分。变压吸附制氧工艺流程中耗能较大的主要是压缩机、真空泵耗能较高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种低成本无氮燃烧制氧系统，以解决现有的氧气制备工艺存在的能耗较高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面提供了一种低成本无氮燃烧制氧系统，低成本无氮燃烧制氧系统包括：燃烧单元，设置有助燃气入口、燃料入口和烟气出口；氧气制备单元，用于将空气中的氧气分离出来；热能动能转化单元，热能动能转化单元与燃烧单元的烟气出口相连通，述余热回收装置用于将燃烧单元排出的烟气中的热能吸收利用转化为动能，且热能动能转化单元与氧气制备单元相连，用以将动能提供给氧气制备单元。进一步地，热能动能转化单元包括：余热回收装置，设置有烟气入口和蒸汽出口，烟气入口与烟气出口相连通，用于吸收烟气中的热量；及蒸汽透平，设置有蒸汽入口，蒸汽入口与蒸汽出口通过蒸汽输送管路相连通。进一步地，蒸汽透平还设置有循环工质出口，且循环工质出口与余热回收装置通过循环工质输送管路相连通；热能动能转化单元还包括第一冷却装置，第一冷却装置设置在循环工质输送管路上。进一步地，热能动能转化单元还包括循环工质泵，循环工质泵设置在余热回收装置与第一冷却装置之间的循环工质输送管路上。进一步地，氧气制备单元包括：第一气体压缩装置，设置有第一空气入口和压缩空气出口；第二冷却装置，第二冷却装置与压缩空气出口通过压缩空气输送管路相连通；冷量供应装置，用于为第二冷却装置供应冷量；及精馏装置，精馏装置与第二冷却装置经液态空气输送管路相连通，用于将空气中的氧气分离出来，其中，第一气体压缩装置和冷量供应装置均由热能动能转化单元输出的动能驱动。进一步地，氧气制备单元还包括第一空气净化装置，用以去除空气中的水、二氧化碳和粉尘，且第一空气净化装置设置在压缩空气输送管路上。进一步地，精馏装置设置有氧气出口，氧气出口与助燃气入口通过氧气输送管路相连通。进一步地，余热回收装置还设置有烟气回收口，且烟气回收口与助燃气入口通过烟气回收管路相连通。进一步地，低成本无氮燃烧制氧系统还包括：脱水装置，脱水装置设置在烟气回收管路上；及脱硫除尘装置，脱硫除尘装置设置在脱水装置与余热回收装置之间的烟气回收管路上。进一步地，低成本无氮燃烧制氧系统还包括：分流装置，分流装置设置在脱水装置下游的烟气回收管路上；及二氧化碳回收装置，二氧化碳回收装置与分流装置相连通，用于收集从烟气回收管路中分流出的二氧化碳。应用本专利技术的技术方案，燃料在燃烧单元进行燃烧能够产生大量的烟气。将热能动能转化单元与燃烧单元相连通，能够将上述烟气输送至热能转化单元中。由于上述烟气具有较高的温度，因而通过热能动能转化单元能够将上述烟气中的热能吸收利用转化为动能，并将上述动能提供给氧气制备单元。由此可知，本申请提供的上述低成本无氮燃烧制氧系统减少了动能-电能及电能-动能的能量转换过程，进而降低了能量转换过程中的能量耗损，提高了能量利用率，并降低了氧气的制备成本。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的一种典型的实施方式提供的低成本无氮燃烧制氧系统的结构示意图；以及图2示出了本专利技术的一种优选的实施方式提供的低成本无氮燃烧制氧系统的结构示意图；图3示出了本专利技术的另一种优选的实施方式提供的低成本无氮燃烧制氧系统的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：A、燃料；B、吸收热；C、冷媒；D、空气。10、燃烧单元；101、助燃气入口；102、燃料入口；103、烟气出口；20、氧气制备单元；21、第一气体压缩装置；211、第一空气入口；212、压缩空气出口；22、第二冷却装置；23、冷量供应装置；24、精馏装置；241、氧气出口；25、第一空气净化装置；26、鼓风机；261、第二空气入口；27、第二空气净化装置；28、吸附塔；281、真空泵；29、第二气体压缩装置；30、热能动能转化单元；31、余热回收装置；311、烟气入口；312、蒸汽出口；313、烟气回收口；32、蒸汽透平；321、蒸汽入口；322、循环工质出口；33、第一冷却装置；34、循环工质泵；40、脱水装置；50、脱硫除尘装置；60、分流装置；61、三通阀；62、风机；70、二氧化碳回收装置；71、烟囱。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。正如
技术介绍
所描述的，现有的氧气制备工艺存在能耗较高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种低成本无氮燃烧制氧系统，如图1所示，该低成本无氮燃烧制氧系统包括燃烧单元10、氧气制备单元20、热能动能转化单元30。其中，燃烧单元10设置有助燃气入口101、燃料入口102和烟气出口103；氧气制备单元20用于将空气中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述低成本无氮燃烧制氧系统包括：燃烧单元(10)，设置有助燃气入口(101)、燃料入口(102)和烟气出口(103)；氧气制备单元(20)，用于将空气中的氧气分离出来；热能动能转化单元(30)，所述热能动能转化单元(30)与所述烟气出口(103)相连通，用于将所述烟气出口(103)排出的烟气中的热能吸收利用转化为动能，且所述热能动能转化单元(30)与所述氧气制备单元(20)相连，用以将所述动能提供给所述氧气制备单元(20)。

【技术特征摘要】
1.一种低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述低成本无氮燃烧制氧系统包括：燃烧单元(10)，设置有助燃气入口(101)、燃料入口(102)和烟气出口(103)；氧气制备单元(20)，用于将空气中的氧气分离出来；热能动能转化单元(30)，所述热能动能转化单元(30)与所述烟气出口(103)相连通，用于将所述烟气出口(103)排出的烟气中的热能吸收利用转化为动能，且所述热能动能转化单元(30)与所述氧气制备单元(20)相连，用以将所述动能提供给所述氧气制备单元(20)。2.根据权利要求1所述的低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述热能动能转化单元(30)包括：余热回收装置(31)，设置有烟气入口(311)和蒸汽出口(312)，所述烟气入口(311)与所述烟气出口(103)相连通，所述余热回收装置(31)用于吸收烟气中的热量；及蒸汽透平(32)，设置有蒸汽入口(321)，所述蒸汽入口(321)与所述蒸汽出口(312)通过蒸汽输送管路相连通。3.根据权利要求2所述的低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述蒸汽透平(32)还设置有循环工质出口(322)，且所述循环工质出口(322)与所述余热回收装置(31)通过循环工质输送管路相连通；所述热能动能转化单元(30)还包括第一冷却装置(33)，所述第一冷却装置(33)设置在所述循环工质输送管路上。4.根据权利要求3所述的低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述热能动能转化单元(30)还包括循环工质泵(34)，所述循环工质泵(34)设置在所述余热回收装置(31)与所述第一冷却装置(33)之间的所述循环工质输送管路上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的低成本无氮燃烧制氧系统，其特征在于，所述氧气制备单元(20)包括：第一气体压缩装置(21)，设置有第一空气入口(211)和压缩空气出口(212)；第二冷却装...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸建军，安利敏，宋移团，张霞，
申请(专利权)人：北京碧海舟腐蚀防护工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11