[发明专利]一种炉窑富氧催化助燃方法与装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于热能工程技术领域，具体涉及一种针对炉窑的富氧催化助燃方法与装置。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明中，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)。

本发明中，优选采用水溶性金属卟啉类催化剂，激发单线态氧。

本发明中，优选采用水溶性铈基稀土催化剂，激发单线态氧。

本发明中，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。

本发明中，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。

本发明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；