[实用新型]一种富氧膜组件和膜法富氧制取系统

说明书

本实用新型公开了一种富氧膜组件和膜法富氧制取系统，涉及膜法富氧制取设备技术领域，其中，一种富氧膜组件，包括箱体，所述箱体内设有富氧膜，所述箱体内部由所述富氧膜分割形成原料气通道和富氧气通道，沿原料气体流动方向所述原料气通道的横截面呈逐渐增大的趋势。相比于传统的沿原料气体流动方向所述原料气通道截面始终保持不变的富氧模组件，本实用新型中的富氧膜组件可以确保富氧膜两侧压差在流动过程中的均匀性，有效提升富氧膜组件空气分离的均匀性，进而确保富集气体浓度具有更好的稳定性以及富氧率的整体可控性。

技术领域

本实用新型涉及膜法富氧制取设备技术领域，具体涉及一种富氧膜组件和膜法富氧制取系统。

背景技术

富氧燃烧是以高于空气氧气含量(20.947％)的含氧气体进行燃烧，是一种高效的节能燃烧技术，具有提高火焰温度、增强辐射传热能力、减少废气排放、提高热效率、节约能源等优点，有利于提高产品产量和质量，在水泥、锅炉、陶瓷、玻璃等行业，基于富氧燃烧的高效技术正不断得到推广和应用。

目前，富氧的制取工艺主要涉及到传统深冷空气分离、变压吸附(PSΑ)、真空变压吸附(VPSΑ)和膜法等方法，在实际运用中，对于小规模用户，如陶瓷窑炉、玻璃窑炉的富氧燃烧，富氧的制取工艺大多会基于膜分离的膜法富氧工艺。然而现有膜法富氧工艺中所应用的传统的富氧膜组件，无论板式膜还是卷式膜，皆如图3所示，包括箱体1，所述箱体1内设有富氧膜4，所述富氧膜4与所述箱体1的上下壁面平行设置形成原料气通道2和富氧气通道3，所述原料气通道2和富氧气通道3的截面始终保持不变。这种结构的膜组件，根据流体力学的伯努利原理，原料气在原料气通道2流动时，进口端的静压和末端静压由于流动损失就存在一定的差异。这种差异就直接导致富氧膜4从进口端到出口端，富氧膜4表面两侧的渗透压差不均匀，进口端渗透压差大于出口端渗透压差，这种渗透压差不均匀就导致实际上富集气体浓度，以及剩余气体组分浓度的改变。同时，膜法富集方法，实际上对这种渗透压差具有本质的依赖性，而这种不均匀性，随着膜组件的运行，会逐步恶化。如富氧膜4本身会被原料气中的颗粒污染物污染，有效孔径会出现局部逐渐堵塞的问题，进一步加剧这种渗透压差的不均匀性，不利于膜法富氧的顺行和有效控制。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对传统富氧膜组件中富氧膜两侧压力受力不均匀的技术问题，本实用新型提供了一种富氧膜组件和膜法富氧制取系统，它不仅可以确保膜组件两侧压力的均匀分布，且可以有效控制富氧率，确保富氧气体浓度的稳定性。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种富氧膜组件，包括箱体，所述箱体内设有富氧膜，所述箱体内部由所述富氧膜分割形成原料气通道和富氧气通道，沿原料气体流动方向所述原料气通道的横截面呈逐渐增大的趋势。

在本实用新型中，沿原料气体流动方向所述原料气通道的横截面呈逐渐增大的趋势，该设置使得当原料气在原料通道内进行流动时，随着原料气通道截面面积的增加，对应截面的流速按照连续性原理，必然相应同比降低。而这种由于截面面积增加，流动速度下降，根据流体力学伯努利方程的基本原理，随着速度的主动控制，流速下降，气体流动动能向静压转化；同时，通过富氧膜的富氧气体通道沿流动方向，截面必然也会有所变化，即富氧气体在流动过程中，流动的速度会发生变化。考虑流动的本身阻力损失，本实用新型中的富氧膜两侧压差则可以得到良好的控制，整个过程中，富氧膜渗透压差的均匀性大幅提升，则有利于富集气体均匀制取，从流体力学理论的角度，本实用新型中的富氧膜的特性则得到良好的流动边界保证。由此可知，相比于传统的沿原料气体流动方向所述原料气通道截面始终保持不变的富氧模组件，本实用新型中的富氧膜组件可以确保富氧膜两侧压差在流动过程中的均匀性，有效提升富氧膜组件空气分离的均匀性，进而确保富集气体浓度具有更好的稳定性以及富氧率的整体可控性。

可选的，所述富氧膜倾斜设于所述箱体上，所述富氧膜与箱体中心线之间的夹角α为7-12度。