一种炉窑富氧催化助燃方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于热能工程技术领域，具体为一种炉窑富氧催化助燃方法与装置。本发明专利技术将富氧空气与催化燃烧相结合；采用常温空分方法直接自空气中制取纯度为21～60%的富氧空气；将催化剂溶解进入水溶液中，用以激发单线态氧；以空气或制取的富氧空气作为气源将催化剂溶液喷射并随燃料流送入炉窑内，进行富氧催化燃烧。本发明专利技术装置包括：氧提取装置，催化剂溶解、搅拌、加压装置，富氧喷射雾化装。本发明专利技术本质是向“氧”要能量，而不是向“碳、甲烷、油”等燃料要能量；并大幅降低氧源的流量、纯度要求，大幅降低氧气设备的投资及其运行维护保养费用，尤其是降低制氧设备的能源消耗，具有重大经济效益。

An oxygen enriched catalytic combustion supporting method and device

【技术实现步骤摘要】
一种炉窑富氧催化助燃方法与装置
本专利技术属于热能工程
，具体涉及一种针对炉窑的富氧催化助燃方法与装置。
技术介绍
富氧，已广泛应用于各种燃油、燃气、燃煤窑炉(玻璃、水泥、陶瓷)、各种锅炉、加热炉、焚烧炉、热媒炉、热风炉、冶炼炉、航空发动机、船舶发动机等助燃节能与环保；但迄今为止，在大部分富氧燃烧节能改造实践中，大都采取建设一套独立的氧气系统为炉窑系统提供氧源(典型的，有采用膜分离方法、吸附分离方法、深冷空分方法等直接自空气中制取氧气的方法)，并将该制取的氧源直接或经混合空气形成富氧空气送入炉窑进行富氧燃烧，主要因：(1)提高燃料燃烬率；(2)提高升温速率，改善炉内火焰的热传递效率，提高热量利用率；(3)减少燃料热损失，减少过剩空气系数，提高了热效率；(4)降低燃料燃点温度，获得更宽泛的燃料选择范围；而取得节能效益，但这种方法的投资巨大、氧气设备的建造周期长，设备管理、维护成本高，高纯度富氧还有一定的安全隐患，尤其制氧本身的运行能耗较高，在一定程度上制约着该技术路线的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能耗省、成本低、安全性好的炉窑富氧催化助燃方法与装置。本专利技术提供的炉窑富氧催化助燃方法，将富氧空气与催化燃烧相结合；采用常温空分方法直接自空气中制取适中纯度(即纯度为21～60％)的富氧空气；将催化剂溶解进入水溶液中，用以激发单线态氧；以空气或制取的纯度为21～60％的富氧空气作为气源将催化剂溶液喷射并随燃料流送入炉窑内，进行富氧催化燃烧。可广泛适用炉窑的节能改造。本专利技术中，优选以常温空分方法直接自空气中制取纯度为23～60％的富氧空气，其压力保持60～300KPa(表压)。本专利技术中，优选采用水溶性金属卟啉类催化剂，激发单线态氧。本专利技术中，优选采用水溶性铈基稀土催化剂，激发单线态氧。本专利技术中，不排除直接使用空气作为气源，但优选采用富氧空气作为气源，将前述水溶性金属卟啉类催化剂或水溶性铈基稀土催化剂配成的溶液喷射进入炉窑的不同部位进行富氧催化燃烧。本专利技术中，优选将富氧空气及水溶性催化剂喷射并随燃料流直接进入炉窑。本专利技术提供的炉窑富氧催化助燃装置，其结构参见图1所示；包括：氧提取装置1，催化剂溶解、搅拌、加压装置2，富氧喷射雾化装置3；其中：所述氧提取装置1，可以是膜分离的制氧装置、吸附分离的制氧装置、深冷空分的制氧装置等等，主要以制取助燃所需氧气为目的，制取后的氧气可以混合为富氧空气(未示出)，优选采用可直接制取21～60％纯度的富氧空气的制氧装置，供氧压力优选60～300KPa(表压)，满足略大于燃料流的供气压力即可；所述催化剂溶解、搅拌、加压装置2，至少带有溶解水溶性催化剂的储存装置、有助于溶解的搅拌装置以及将催化剂溶液加压至60～300KPa(表压)的增压泵，压力满足略大于燃料流的供气压力即可；富氧喷射雾化装置3，以富氧为气源将来自催化剂溶解、搅拌、加压装置2送入的催化剂水溶液喷射并雾化后进入炉窑4的燃料流，在炉窑中实现富氧催化助燃；雾化过程可以是机械雾化、压力雾化或者超声波雾化。这里炉窑4，可以是锅炉、窑炉等一切需要基于燃料燃烧(氧化反应)提供热能的热工装置。炉窑富氧催化助燃装置的工作流程为：由氧提取装置1制取富氧空气，其氧浓度大约为23～99.5％纯度的富氧，或经混合空气后达23～60％纯度的富氧(混合部分未示出)，催化剂溶解、搅拌、加压装置2将水溶性催化剂溶解成水溶液并加压至60～300KPa(表压)，由氧提取装置1制取的富氧空气将来自催化剂溶解、搅拌、加压装置2的催化剂水溶液在富氧喷射雾化装置3中喷射雾化，经接入点D与煤风、天然气等燃料流混合，然后再经接入点G送至炉窑4中，进行富氧燃烧，而大量的助燃风(空气)回路经接入点H送至炉窑4；也有部分炉窑，该空气助燃风回路经接入点E也将部分空气(氧浓度～21％)送至煤风、天然气等燃料流接入点F混合后再经接入点G送至炉窑4；图2是现有传统的采用空气为氧化剂来源的热工装置助燃工艺流程图，氧化剂来自于正常大气，其氧浓度大约为21％，自助燃风(空气)回路经接入点H送至炉窑4，也有部分炉窑，该助燃风经接入点E送至煤风、天然气等燃料流F接入点混合后再经接入点G送至炉窑4；图3是现有传统的采用富氧为氧化剂来源的热工装置助燃工艺流程图，该富氧由氧提取装置1制取，其氧浓度大约为21～99.5％纯度的富氧，或经混合空气后达21～60％纯度的富氧(混合部分未示出)，该富氧空气经接入点D与煤风、天然气等燃料流混合后再经接入点G送至炉窑4进行富氧燃烧，而大量的助燃风(空气)回路经接入点H送至炉窑4；也有部分炉窑，该空气助燃风回路经接入点E也将部分空气(氧浓度21％)送至煤风、天然气等燃料流在接入点F混合后再经接入点G送至炉窑4；参照上述，本专业的技术人员会了解，与传统的采用空气作为氧化剂来源及采用富氧作为氧化剂来源的燃烧组织不同，本专利技术的方法不仅采用了富氧作为氧化剂来源，而且采用了催化催化剂以增加激发单线态氧的数量的燃烧组织方法，并且经本专利技术的工艺与装置，富氧经催化后可形成更高的单线态氧基数，单线态氧因具有更高的活性可直接参加与燃料的氧化反应，从某种意义上说降低了反应活化能，或者说少消耗了反应放热，间接提升了燃料热能输出，因而节能。实际上，煤、天然气、油、石油焦等等燃料的燃烧过程本质上都属于氧化反应体系。锅炉、窑炉大都采用空气作为该等氧化反应的氧气来源，氧化反应进行时，“氧分子”并不能直接与燃料进行化学反应，而是需要吸收足够的能量，将其化学键断裂变成“单线态氧(氧原子)”之后才能直接参与燃烧化学反应：以碳为例，1mol的碳与氧反应生成1mol的二氧化碳放出390多千焦的热能，但是断裂氧的化学键所需的能量，也即形成“单线态氧(第一激发态、第二激发态)”所需的能量大约250多千焦，该能量来源于燃烧这种放热反应产生的热能(对于一个吸热反应体系来说，这部分能量只能来源来自于外温、外压)，也即该激发过程需要“内耗”掉了将近63％的热能，显然，少消耗这部分能量就是节能。富氧催化燃烧技术是“师法自然、师法人体”的技术进步，人，其实是个非常神奇的动物，人体就是一个“非常高效的低温炉”，因体内血液中含有可直接将“氧分子”断裂化学键激发单线态氧的卟啉类催化剂，她可以在常温下(37℃)将人呼吸进去的氧激发为单线态氧，与人吃进去的食物转化为的氨基酸等碳氢化合物，可直接在常温下(37℃)即完成燃烧化学反应，并转化放出能量(热能等，维持人体体温)，生成二氧化碳与水呼吸排出体外。本专利技术的富氧催化燃烧技术正是基于可将氧分子激发为“单线态氧(氧原子)”的催化剂来实现节能目的，其核心技术原理即通过催化剂降低参与燃烧化学反应的氧气分子断裂化学键形成“单线态氧(氧原子)”所需的化学键能，将氧分子直接激发为单线态氧，从而降低了反应活化能，少消耗了反应放热，间接提升了燃料热能输出。因此，本专利技术的富氧催化燃烧工艺方案，与传统上的富氧燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炉窑富氧催化助燃方法，其特征在于，将富氧空气与催化燃烧相结合；采用常温空分方法直接自空气中制取纯度为21～60%的富氧空气；将催化剂溶解进入水溶液中，用以激发单线态氧；以空气或制取的纯度为21～60%的富氧空气作为气源将催化剂溶液喷射并随燃料流送入炉窑内，进行富氧催化燃烧。/n

【技术特征摘要】
1.一种炉窑富氧催化助燃方法，其特征在于，将富氧空气与催化燃烧相结合；采用常温空分方法直接自空气中制取纯度为21～60%的富氧空气；将催化剂溶解进入水溶液中，用以激发单线态氧；以空气或制取的纯度为21～60%的富氧空气作为气源将催化剂溶液喷射并随燃料流送入炉窑内，进行富氧催化燃烧。


2.根据权利要求1所述的炉窑富氧催化助燃方法，其特征在于，所述常温空分方法直接自空气中制取纯度为23～60%的富氧空气，其压力保持60～300KPa。


3.根据权利要求1所述的炉窑富氧催化助燃方法，其特征在于，所述催化剂采用水溶性金属卟啉类催化剂，或水溶性铈基稀土催化剂。


4.根据权利要求1所述的炉窑富氧催化助燃方法，其特征在于，所述采用空气或21～60%的富氧空气作为气源，将催化剂溶液喷射进入炉窑的不同部位进行富氧催化燃烧。


5.一种炉窑富氧催化助燃装置，其特征在于，包括：氧提取装置（1），催化剂溶解、搅拌、加压装置（2），富氧喷射雾化装置（3）；其中：
所述氧提取装置（1），是膜分离的制氧装置、吸附分离的制氧装置或深冷空分的制氧装置，用于直接制取23～60%纯度的富氧空气，供氧压力为60～300KPa，满足略大于燃料流的供气压力即可；
所述催化剂溶解、搅拌、加压装置（2），至少带有溶解水溶性催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗蓬，顾修筑，谢东红，吴仁杰，
申请(专利权)人：上海穗杉实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31