一种VPSA制氧设备论文和设计-王荣涛

全文摘要

本实用新型提供一种VPSA制氧设备，用于烟气臭氧脱硝工艺，制氧设备包括分离制氧装置、密封水循环利用装置以及降水降汽装置，分离制氧装置将空气中的至少部分非氧气气体分离出，分离出的非氧气气体从排气装置排出，密封水供给装置中的密封水进入分离制氧装置中，设置的进水调节装置调节密封水的进入量，密封水循环利用装置收集经过分离制氧装置后排出的符合预定的水质监测标准的密封水，并将所收集的密封水输送至密封水供给装置，降水降汽装置设置在排气装置上且用于降低排出气体的含水量。解决了VPSA制氧系统罗茨真空泵用密封水消耗量大、无调节手段、排气湿度大、运行耗水成本高、设备运转环境恶化的问题。

主设计要求

1.一种VPSA制氧设备，用于烟气臭氧脱硝工艺，其特征在于，所述制氧设备包括分离制氧装置、密封水循环利用装置以及降水降汽装置，所述分离制氧装置的一端与密封水供给装置连接，另一端与排气装置连接，所述分离制氧装置将空气中的至少部分非氧气气体分离出，分离出的非氧气气体从所述排气装置排出，同时，所述密封水供给装置中的密封水进入所述分离制氧装置中，其中，所述分离制氧装置与所述密封水供给装置之间设置有进水调节装置，所述进水调节装置调节所述密封水的进入量，所述密封水循环利用装置收集经过所述分离制氧装置后排出的符合预定的水质监测标准的密封水，并将所收集的密封水输送至密封水供给装置，所述降水降汽装置设置在所述排气装置上且用于降低排出气体的含水量。

设计方案

1.一种VPSA制氧设备，用于烟气臭氧脱硝工艺，其特征在于，所述制氧设备包括分离制氧装置、密封水循环利用装置以及降水降汽装置，

所述分离制氧装置的一端与密封水供给装置连接，另一端与排气装置连接，所述分离制氧装置将空气中的至少部分非氧气气体分离出，分离出的非氧气气体从所述排气装置排出，同时，所述密封水供给装置中的密封水进入所述分离制氧装置中，

其中，所述分离制氧装置与所述密封水供给装置之间设置有进水调节装置，所述进水调节装置调节所述密封水的进入量，

所述密封水循环利用装置收集经过所述分离制氧装置后排出的符合预定的水质监测标准的密封水，并将所收集的密封水输送至密封水供给装置，

所述降水降汽装置设置在所述排气装置上且用于降低排出气体的含水量。

2.根据权利要求1所述的制氧设备，其特征在于，所述分离制氧装置包括罗茨真空泵。

3.根据权利要求1所述的制氧设备，其特征在于，所述分离制氧装置与所述排气装置之间设置有脱氮消声器，排出气体经过所述分离制氧装置和脱氮消声器后从排气装置排出，

密封水经过所述分离制氧装置和脱氮消声器后从脱氮消声器的一侧排出，排出的密封水一部分进入所述密封水循环利用装置，一部分进入冷却塔。

4.根据权利要求3所述的制氧设备，其特征在于，所述排气装置包括排气管，所述排气管包括竖直段和水平段，所述竖直段设置在所述脱氮消声器的顶部。

5.根据权利要求4所述的制氧设备，其特征在于，所述降水降汽装置包括上挡水板、下挡水板和落水收集器，

其中，所述上挡水板和所述下挡水板与所述水平段的内壁连接且沿所述水平段的轴向间隔设置，所述水平段的位于所述上挡水板和所述下挡水板之间的部分设置有孔，所述落水收集器设置在所述孔处，

排出气体在所述上挡水板和所述下挡水板附近凝集，并流入落水收集器。

6.根据权利要求5所述的制氧设备，其特征在于，所述落水收集器包括自所述水平段的外壁竖直向下延伸的柱状管。

7.根据权利要求5所述的制氧设备，其特征在于，所述密封水循环利用装置包括收集装置和泵送装置，所述收集装置收集所述密封水，所述泵送装置将收集的密封水泵送至所述密封水供给装置。

8.根据权利要求7所述的制氧设备，其特征在于，所述落水收集器与所述收集装置连接。

9.根据权利要求7所述的制氧设备，其特征在于，所述收集装置包括埋式不锈钢收集水箱。

10.根据权利要求1所述的制氧设备，其特征在于，所述密封水供给装置包括脱硝综合除盐水箱。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及锅炉烟气臭氧脱硝工艺，特别涉及一种用于锅炉烟气臭氧脱硝工艺VPSA(加压吸附真空解吸)制氧设备。

背景技术

目前我国生物质发电行业蓬勃发展，各地建立了很多流化床锅炉生物质电厂。由于生物质燃料组成复杂，主要有木片、树枝、树皮、稻壳、秸秆等混合配比，燃烧后烟气成份复杂，尤其NOX变化幅度较大、极不稳定。故有多家电厂开始采用以VPSA空分制氧提供一定纯度的富氧再经电离发生臭氧与烟气中的NOX迅速氧化吸收反应，达到超低排放标准。

现有130T\/h生物质循环流化床锅炉烟气脱硝工艺采用臭氧低温氧化吸收法，臭氧发生所需氧气源自VPSA空分制氧站(560Nm3\/h)，再利用制氧系统配置的罗茨真空泵(型号：RRF-300W)，将空气中分离出的氮气及其他非氧气体经，如图1所示。该方式暴露出一定的弊端：单泵每小时需吸耗4吨密封除盐水，排气湿度大(密封水产生)，无调控手段，运行耗水成本较高，增加了化水工作量且影响设备的运转环境。现有130T\/h生物质循环流化床锅炉烟气脱硝工艺采用臭氧低温氧化吸收法，臭氧发生所需氧气源自VPSA空分制氧站(560Nm3\/h)，再利用制氧系统配置的罗茨真空泵(型号：RRF-300W)，将空气中分离出的氮气及其他非氧气体经脱氮消声器及时排除。为保证罗茨真空泵工作安全可靠，系统设计不间断向其提供密封除盐水(或软化水)，靠泵负压自吸，开式排水，如图1所示。该方式暴露出一定的弊端：单泵每小时需吸耗4吨密封除盐水，排气湿度大(密封水产生)，无调控手段，运行耗水成本较高，增加了化水工作量且影响设备的运转环境。

因此，需要提出一种制氧设备，以至少部分地解决上述问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种VPSA制氧设备，用于烟气臭氧脱硝工艺，其特征在于，所述制氧设备包括分离制氧装置、密封水循环利用装置以及降水降汽装置，

其中，所述分离制氧装置与所述密封水供给装置之间设置有进水调节装置，所述进水调节装置调节所述密封水的进入量，

所述密封水循环利用装置收集经过所述分离制氧装置后排出的符合预定的水质监测标准的密封水，并将所收集的密封水输送至密封水供给装置，

所述降水降汽装置设置在所述排气装置上且用于降低排出气体的含水量。

在一个示例中，所述分离制氧装置包括罗茨真空泵。

在一个示例中，所述分离制氧装置与所述排气装置之间设置有脱氮消声器，排出气体经过所述分离制氧装置和脱氮消声器后从排气装置排出，

密封水经过所述分离制氧装置和脱氮消声器后从脱氮消声器的一侧排出，排出的密封水一部分进入所述密封水循环利用装置，一部分进入冷却塔。

在一个示例中，所述排气装置包括排气管，所述排气管包括竖直段和水平段，所述竖直段设置在所述脱氮消声器的顶部。

在一个示例中，所述降水降汽装置包括上挡水板、下挡水板和落水收集器，

排出气体在所述上挡水板和所述下挡水板附近凝集，并流入落水收集器。

在一个示例中，所述落水收集器包括自所述水平段的外壁竖直向下延伸的柱状管。

在一个示例中，所述密封水循环利用装置包括收集装置和泵送装置，所述收集装置收集所述密封水，所述泵送装置将收集的密封水泵送至所述密封水供给装置。

在一个示例中，所述落水收集器与所述收集装置连接。

在一个示例中，所述收集装置包括埋式不锈钢收集水箱。

在一个示例中，所述密封水供给装置包括脱硝综合除盐水箱。

本实用新型提供一种新型的用于烟气脱硝工艺中的制氧设备，制氧设备包括分离制氧装置、密封水循环利用装置以及降水降汽装置，分离制氧装置将空气中至少部分非氧气气体的分离出，分离制氧装置的一端与密封水供给装置连接，另一端与排气装置连接，分离制氧装置与排气装置之间设置有消声装置，通过分离制氧装置的负压，密封水进入分离制氧装置中，分离出的非氧气气体经消声装置消音后从排气装置排出，其中，分离制氧装置与密封水供给装置之间设置有进水调节装置，进水调节装置用于调节密封水进入分离制氧装置的量，密封水循环利用装置收集从消声装置排出的部分密封水(符合预定的水质监测标准)，并将所收集后的密封水输送至密封水供给装置，降水降汽装置设置在排气装置上，并用于降低排出气体的含水量。

本实用新型提供VPSA加压吸附真空解吸制氧系统罗茨真空泵用密封水的优化控制及回收循环再利用技术，实用于锅炉烟气臭氧脱硝工艺VPSA制氧系统，用以解决VPSA制氧系统罗茨真空泵用密封水消耗量大、无调节手段、排气湿度大、运行耗水成本高、设备运转环境恶化的问题。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为现有的制氧设备的结构示意图；以及

图2为本实用新型的一个实施例中的VPSA制氧设备的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和\/或结构。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和\/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和\/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和\/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述\/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

目前VPSA(加压吸附真空解吸)制氧系统配置的罗茨真空泵用密封水要求除盐水品质(或软化水)，泵耗水设备厂家设计为泵自吸，排水方式一般为开式，虽然能满足设备长期安全运行，但期间需消耗大量的除盐水、大幅度增加生产制水成本、周边环境湿度较大，设备易腐蚀。

本实用新型提供了VPSA制氧系统罗茨真空泵用密封水的优化控制及回收循环再利用技术，大大降低了除盐水消耗量和制水成本，改善了设备运转环境，且投资费用很低，真正意义上实现了节能降耗和系统安全、环保、可调的目的。

如图1所示，现有的制氧设备100包括分离制氧装置110、与分离制氧装置110连接的消声装置120以及与消声装置120连接的排气装置130，通过分离制氧装置110的负压，密封水进入分离制氧装置110中，分离出的非氧气气体经消声装置120消音后从排气装置130排出。

在一个示例中，分离制氧装置110为罗茨真空泵(型号：RRF-300W)，罗茨真空泵设计为泵自吸，排水方式一般为开式，虽然能满足设备长期安全运行，但期间需消耗大量的除盐水、大幅度增加生产制水成本、周边环境湿度较大，设备易腐蚀。

如图2所示，本实用新型的VPSA制氧设备200包括分离制氧装置210、与分离制氧装置210连接的消声装置220以及与消声装置220连接的排气装置230。分离制氧装置210的一端与盛有密封水的密封水供给装置260连接，另一端与排气装置230连接，分离制氧装置210与排气装置230之间设置有消声装置220，分离制氧装置210将空气中至少部分非氧气气体的分离出，分离出的非氧气气体经消声装置220消音和水气分离后从排气装置230排出，同时，通过分离制氧装置210的负压，密封水进入分离制氧装置210中。密封水起到了保护分离制氧装置210的作用。

在一个示例中，分离制氧装置210包括罗茨真空泵。在一个示例中，消声装置220包括脱氮消声器。在一个示例中，排气装置230包括排气管。

与现有技术不同的是，本实用新型的制氧设备200还主要包括进水调节装置(未示出)、密封水循环利用装置240以及降水降汽装置250，进水调节装置用于调节进入分离制氧装置210的量，密封水循环利用装置240对进过消声装置220排出的密封水进行回收以实现循环利用，降水降汽装置250用于降低从排气装置230排出的气体中的水分的含量。这样，就实现了降低了除盐水消耗量、降低生产制水成本、降低周边环境湿度，降低设备易腐蚀的风险。

在一个示例中，进水调节装置设置在分离制氧装置210与密封水供给装置260之间，在一个示例中，进水调节装置设置在与分离制氧装置210连接的进气管上。

在一个示例中，密封水循环利用装置240收集从消声装置220排出的部分密封水该水符合真空泵(分离制氧装置210)用水要求，并将所收集后的该部分密封水输送至密封水供给装置260。在一个示例中，部分密封水的PH范围为7-9、悬浮物≤30mg\/L、硬度为0.5和温度≤30℃。例如，通过对排水水质分析：PH-9、DD-85.4、YD-0，温度≤35℃，该水符合真空泵用水要求:PH-7～9、悬浮物30mg\/L、YD-0.5、温度≤30℃，决定将开式排水改为闭式予以回收再循环利用。另外，不符合真空泵用水要求的排水进入冷却塔a中。

降水降汽装置250设置在排气装置230上，并用于降低排出气体的含水量。在一个示例中，排气装置230(排气管)包括竖直段231和水平段232，竖直段231设置在脱氮消声器的顶部。在一个示例中，降水降汽装置250包括与排气装置230的内壁连接且沿排气装置230的轴向间隔设置的上挡水板、下挡水板(未示出)以及设置在上挡水板和下挡水板之间的落水收集器251。排出气体在上挡水板和下挡水板附近凝集，并流入落水收集器251。

在一个示例中，落水收集器251包括自排气装置230的水平段232的外壁向垂直向下延伸的柱状管。排气管的位于上挡水板和下挡水板之间的位置处设置开孔，柱状管的一端设置在所述开孔处。在一个示例中，开孔的DN为200mm。在一个示例中，落水收集器251与收集装置241连接。上挡水板、下挡水板在水平段232内部上下设置。在一个示例中，上挡水板和\/或下挡水板的形状为月牙形。

在一个示例中，密封水循环利用装置240包括收集装置241和泵送装置242，收集装置241用于收集密封水，泵送装置242将收集的密封水泵送至密封水供给装置260。在一个示例中，泵送装置242为热水泵。在一个示例中，收集装置241包括埋式不锈钢收集水箱。

在一个示例中，密封水供给装置260包括脱硝综合除盐水箱261和密封水箱262，密封水箱262的一端与包括罗茨真空泵(分离制氧装置210)连接，另一端与脱硝综合除盐水箱261连接，密封水箱262和脱硝综合除盐水箱261之间还设置供水泵。在一个示例中，泵送装置242将收集的密封水泵送至脱硝综合除盐水箱261。

系统采用该技术后，设备运行稳定，各项指标、参数正常、效益明显。

具体实施方法：

首先，对罗茨真空泵需用密封除盐水优化调节控制：通过分析真空泵密封水的密封、冷却作用，谨慎研究密封水量的变化对VPSA制氧系统进气温度、吸气压力、氧气纯度、排气状况、分子筛工况、制氧出力、设备冷却的影响关系，在确保上述数据正常、设备运转稳定的前提下，突破设备厂家“水量靠泵自吸，不可调节的理论”，通过在罗茨真空泵吸水管上增加调节阀，不断优化调整吸水量，真空泵需用密封除盐水量由初期的4T\/台\/h降低至2T\/台\/h，降水耗率50％；

其次，将罗茨真空泵用密封除盐水排水回收再循环利用：真空泵用密封除盐水排水方式设计为开式蒸汽机循环水冷却塔池，不回收。通过对排水水质分析：PH-9、DD-85.4、YD-0，温度≤35℃，该水符合真空泵用水要求:PH-7～9、悬浮物30mg\/L、YD-0.5、温度≤30℃，决定将开式排水改为闭式予以回收再循环利用。具体优化措施为：在脱硝制氧楼外开挖置地埋式不锈钢收集水箱(2m^{3<\/sup>)一只，真空泵排水经脱氮消声器气水分离后于底部回收至该水箱，再通过一台扬程33米、出力1～3T\/h的热水泵(液位开关启闭)输送至脱硝工艺综合用除盐水罐内，原除盐水源作为补充水与之混合降温后一道送至真空泵密封水箱循环使用。经优化后，臭氧脱硝工程VPSA制氧配套真空泵耗用除盐水量再次降低1T\/台\/h。}

第三，对罗茨真空泵脱氮消声器出口排气降水降汽：由于脱氮消声器出口排气管排气时夹带水汽含量较大，造成周边设备、环境聚结水汽量较大、湿度较高，对设施的运转环境不利。经技术考虑决定优化：在排气管出口内壁上下分别错位增加月牙形挡水板各1快、两月牙形挡水板之间开孔DN200加装落水收集器，将水收集汇至脱硝楼外地埋式不锈钢收集水箱。优化后，脱氮消声器出口排气管排气时夹带水汽含量明显降低，回水畅通，运转环境得到明显改善。

本实用新型的关键点是：

1、吸水量调控需满足罗茨真空泵温度、出力等参数控制的需；

2、脱氮消声器排气管内壁上下适当位置增加错位挡水板、收集器能减少气流夹带水汽量；

3、VPSA制氧系统罗茨真空泵用密封水的优化控制及回收循环再利用技术适合电厂烟气臭氧脱硝工艺VPSA制氧系统及VPSA制氧站行业，可实现水量调控和节能降耗。

本实用新型的优点：

1、本实用新型采用对密封水可行性调节，大大降低了耗水量，降低了制水成本。

2、本实用新型采用回收闭式循环再利用，减少了需不断补充的除盐水量，节水效果明显。

3、本实用新型采用增加挡水板和收集器，明显降低排气时夹带的水汽含量，运转环境得到改善。

4、本实用新型可保证VPSA制氧系统设备长期的安全、稳定、经济运行。

本实用型的制氧设备中的个别部件或构件的相似替换或变形均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

设计图

一种VPSA制氧设备论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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