[发明专利]一体化制备浮法玻璃窑炉氮气保护和全氧燃烧用氮气和氧气的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离技术领域，具体涉及一体化制备浮法玻璃窑炉氮气保护和全氧燃烧用氮气和氧气的装置和方法。

背景技术

目前，我国玻璃工业总产量已位居世界首列。我国现在拥有浮法玻璃生产线140多条，其中至少有100余条采用重油作为燃料，然而随着重油价格的持续上涨，燃料在玻璃制造成本中所占的比例越来越大。所以，在玻璃熔制工艺中，提高燃烧效率和降低能源成本，是行业的重大课题之一。在传统玻璃熔制工艺中，是以空气作为助燃气体，而占空气约79％多的氮气却对燃烧过程毫无益处。不仅如此，由于氮气不起助燃作用，大量的氮气经高温加热后作为烟气排入大气，带走大量的热量，造成热量的损失；而且，氮气在高温下还会与氧气反应生成NO、NO₂、N₂O等有毒气体，造成环境污染。此外，在空气一燃料燃烧系统中，大量烟气及氮氧化物在经过蓄热室、烟囱等设备的过程中不仅能携带更多的粉尘，对环保不利，而且很容易冲蚀这些设备而减少其寿命。随着国家对环保、节能等方面的重视，迫切需要一项新的浮法玻璃窑燃烧技术来代替原有的空气助燃技术。而全氧燃烧技术正是符合节能、环保和高熔化质量的有效手段，被誉为玻璃熔制技术的第二次革命。

所谓全氧燃烧就是以纯氧(纯度从90％-100％)代替空气，经过调压后，以一定的流量送入窑炉，与燃料进行燃烧。采用全氧燃烧技术可以实现节能降耗、减少NO_X排放、显著提高玻璃质量，而且可以减少熔窑的建设成本、延长熔窑使用寿命、降低生产成本，是企业节能降耗、提高产品质量、取得良好经济效益的有效措施。

浮法玻璃窑炉需要一定压力的低纯度氧气来供全氧燃烧，同时也需要大量一定压力的氮气来用作氮气保护。目前，采用空分进行制备氮气和氧气，制备工艺多为双塔内压缩，流程形式相对复杂，氧气和氮气量都比较大，需要配置原料空压机，循环增压机，液体泵，高压换热器等设备，成本较高。

发明内容

本发明目的是提供一体化制备浮法玻璃窑炉氮气保护和全氧燃烧用氮气和氧气的装置和方法，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种一体化制备浮法玻璃窑炉氮气保护和全氧燃烧用氮气和氧气的装置，包括：过滤器、透平空气压缩机、冷冻机、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、氮塔、主冷凝蒸发器、氧塔、冷凝器、过冷器、膨胀机、冷箱；其中，过滤器、透平空气压缩机、冷冻机、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、氮塔、主冷凝蒸发器、氧塔、冷凝器、过冷器、膨胀机设置于冷箱内，主冷凝蒸发器设置于氮塔上方，冷凝器设置于氧塔下方；

过滤器、透平空气压缩机、冷冻机、交替使用的分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器再和氮塔底部的原料空气进口连接；

氮塔顶部的带压氮气出口分别和主换热器、主冷凝蒸发器、冷凝器连接，氮塔底部的富氧液化空气出口和过冷器连接，过冷器再和主冷凝蒸发器连接；主冷凝蒸发器的带压液氮出口和氮塔顶部连接，主冷凝蒸发器的富氧空气出口和主换热器连接，主换热器、膨胀机、过冷器、主换热器、电加热器、交替使用的分子筛吸附器再依次连接；

主冷凝蒸发器的富氧液化空气出口和氧塔连接，氧塔下部的氧气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接；氧塔的污氮气出口和过冷器连接，过冷器、主换热器、电加热器、交替使用的分子筛吸附器再依次连接。

一种一体化制备浮法玻璃窑炉氮气保护和全氧燃烧用氮气和氧气的方法，包括如下步骤：

步骤一、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；之后经冷冻机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中冷却至饱和并带有一定含湿后进入氮塔低温精馏而分离为带压氮气和富氧液化空气；

步骤三、精馏得到的带压氮气部分引出经主换热器复热后出冷箱作为带压氮气产品，部分引出进入主冷凝蒸发器，其余部分引出进入冷凝器；精馏得到的富氧液化空气经过过冷器过冷后节流进入主冷凝蒸发器，部分富氧液化空气和引入的带压氮气间接换热，使带压氮气冷却液化为带压液氮，带压液氮部分出冷箱作为带压液氮产品，其余部分引入氮塔作为回流液，富氧液化空气气化为富氧空气即污氮气，富氧空气经过主换热器复热后进入膨胀机膨胀为装置提供必需冷量，再经过冷器、主换热器复热后出冷箱作再生气用；抽取部分富氧液化空气进入氧塔；