一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统技术方案

技术编号：44191833 阅读：3 留言：0更新日期：2025-02-06 18:31

一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，涉及一种制备富氧空气的系统，该系统空气压缩机和蒸发器提供高压低温压缩空气，送入多回程结构的空气分离器进行分离，空气中的氧气在磁场中磁化受到磁场力作用穿过分隔孔板向第一电磁铁一侧偏移，随后压缩空气气流通过调节挡板形成富氧空气气流和贫氧空气气流，富氧空气可以送入燃烧设备助燃提高燃烧效率，贫氧空气送入压缩空气透平机进行能量回收。空气压缩机是富氧空气流量调节的主要设备，调节挡板和调压直流电源是氧气纯度调节的主要设备。该系统适用于利用燃烧设备制备富氧空气，为燃烧设备的低负荷稳燃和燃料高效清洁地利用能源，提供了新的实施途径。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备富氧空气的系统，特别是涉及一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统。

技术介绍

1、富氧燃烧是一种新型的燃烧技术，其核心在于将燃料置于高于空气中氧气浓度的环境下进行燃烧，从而获得更高的燃烧反应速度和燃烧温度，同时可以扩宽燃料燃烧极限。

2、氧气制备方法有很多种，例如分子筛吸附法、变压吸附法、深冷法、膜法富氧和电解水等方法。分子筛吸附法具有制氧纯度高、功耗低、安全可靠等优点，但分子筛易堵塞需要经常更换筛膜，费用较高；变压吸附法具有制氧工艺成熟、氧气纯度适中、操作简单等优点，但设备投资成本高、对制氧环境的温度和湿度要求严格、吸附剂需要定期更换；深冷法是基于空气中氧气和氮气沸点的差异，通过压缩、冷却和精馏等步骤来分离氧气，具有制氧纯度高、生产规模大和技术成熟等特点，但设备投资成本高、能耗高，系统耐压要求高；膜法富氧，是利用空气中各组分透过高分子膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，使空气中氧气优先通过高分子膜而得到富氧空气，具有节能环保、适应性广、操作方便等优点，但高分子膜易污染堵塞更换成本高，制氧纯度受限。

3、利用梯度磁场制氧是一项新兴技术，目前有一些相关技术报道。申请号202210342492.7 “用于从流体中提取氧的设备及其制造方法”和申请号201410111337.x“梯度磁场辅助低温精馏空气分离方法及装置”公开了利用磁场分离液体空气中氧气的方法，是深冷法和磁场结合的技术，需要利用液体空气制备氧气，设备投资成本高，能耗高，对相关压力容器、管道的密封和耐压强度要求高。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，该系统在高压低温磁场复合条件下利用气态空气制备富氧空气，提高富氧空气的制备效率；系统可以调节富氧空气和贫氧空气比例，提高系统运行的灵活性，采用蒸汽透平机、压缩空气透平机回收贫氧空气的压力能量实现节能降耗，为能源燃烧设备的低负荷稳燃和燃料高效清洁利用提供了新的发展途径。

2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：

3、本专利技术高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，包括空气分离器、第一电磁铁、第二电磁铁、蒸发器和空气压缩机，空气分离器上部安装富氧空气调节挡板；第一电磁铁和第二电磁铁与空气分离器垂直，布置在空气分离器的两侧；空气分离器与蒸发器通过管道连接；蒸发器与空气压缩机通过管道连接。

4、第一电磁铁和第二电磁铁的磁极排列相同，第一电磁铁磁场n级和第二电磁铁磁场s级位于空气分离器的两侧。

5、富氧空气出口与第一电磁铁同侧，所述的贫氧空气出口与第二电磁铁同侧。

6、空气分离器外壳采用无磁钢材料。

7、空气压缩机和制冷压缩机由蒸汽透平机和压缩空气透平机驱动，蒸汽透平机和压缩空气透平机通过液力耦合器连接。

8、第一电磁铁和第二电磁铁采用并联方式与可调压直流电源连接。

9、空气分离器经过富氧空气出口与冷凝器通过管道连接。

10、空气分离器经过贫氧空气出口，通过三通阀门与贫氧空气储气罐和压缩空气透平机连接。

11、冷凝器、蒸发器和制冷压缩机通过管道连接。

12、富氧空气储气罐与锅炉燃烧设备通过管道连接。

13、空气分离器的空气通道采用多回程结构。

14、空气分离器中垂直布置分隔孔板。

15、分隔孔板采用无磁钢材料。

16、本专利技术高压低温磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其运行方式为：

17、锅炉燃烧设备的负荷低于设定值时，降低空气压缩机的出力、降低可调压直流电源的电压、减小富氧空气调节挡板的开度，提高富氧空气储气罐中的氧气浓度，强化锅炉燃烧设备的燃烧稳定性，实现低负荷稳燃；锅炉燃烧设备的负荷高于设定值时，提高空气压缩机的出力，提高可调压直流电源的电压，增大富氧空气调节挡板的开度，提供锅炉燃烧设备燃烧所需的富氧空气量。

18、优选的，锅炉燃烧设备的负荷低于设定值时，贫氧空气储气罐中的压缩空气与空气分离器分离的贫氧空气气流一起送入压缩空气透平机做功；锅炉燃烧设备的负荷高于设定值时，空气分离器分离下来的贫氧空气气流送入贫氧空气储气罐储存，贫氧空气储气罐的储气压力到达限定值时，空气分离器分离的贫氧空气气流直接送入压缩空气透平机做功。

19、本专利技术的积极效果与显著特点是：

20、1.本专利技术系统空气压缩机和蒸发器为空气分离器提供高压低温压缩空气，无需制备液态空气。根据居里定律可知，顺磁性气体的磁化率与气压成正比、与热力学温度的平方成反比，氧气是顺磁性气体，高压低温压缩空气可以提高氧气的磁化率，同时氮气是反磁性气体，磁场对反磁性气体分子运动产生的影响是非常微弱的，可以忽略不计，因此高压低温条件可以有效的提高梯度磁场中富氧空气的制备效果。

21、2.本专利技术空气分离器采用多回程结构，可以增加空气在空气分离器中的流动距离，从而提高富氧空气的制备效率；可调压直流电源可以调节磁场强度，富氧空气调节挡板可以调节富氧空气和贫氧空气比例，这些措施可以提高本系统运行的灵活性。

22、3.本专利技术采用蒸汽透平机做功，同时采用压缩空气透平机回收贫氧空气的压力能量，达到节能降耗的效果。

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【技术保护点】

1.一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，所述系统包括空气分离器、第一电磁铁、第二电磁铁、蒸发器和空气压缩机，其特征在于，所述空气分离器（6）上部安装富氧空气调节挡板（5）；第一电磁铁（9）和第二电磁铁（10）与空气分离器（6）垂直布置在空气分离器（6）两侧；空气分离器（6）与蒸发器（12）通过管道连接；蒸发器（12）与空气压缩机（13）通过管道连接；第一电磁铁（9）和第二电磁铁（10）的磁极排列相同，第一电磁铁（9）磁场N级和第二电磁铁（10）磁场S级位于空气分离器（6）两侧；富氧空气出口（4）与第一电磁铁（9）同侧，贫氧空气出口（7）与第二电磁铁（10）同侧；空气压缩机（13）和制冷压缩机（18）经蒸汽透平机（15）和压缩空气透平机（17）相连，蒸汽透平机（15）和压缩空气透平机（17）通过液力耦合器（16）连接；空气分离器（6）经过富氧空气出口（4）与冷凝器（3）通过管道连接；空气分离器（6）经过贫氧空气出口（7）通过三通阀门（19）与贫氧空气储气罐（20）和压缩空气透平机（17）连接；冷凝器（3）、蒸发器（12）和制冷压缩机（18）通过管道连接；富氧空气储气罐（

2.根据权利要求1所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述空气分离器（6）外壳为无磁、钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述第一电磁铁（9）和第二电磁铁（10）采用并联方式与可调压直流电源（11）连接。

4.根据权利要求1所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述空气分离器（6）的空气通道采用多回程结构。

5.根据权利要求1所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述空气分离器（6）垂直布置分隔孔板（8）。

6.根据权利要求5所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述分隔孔板（8）采用无磁、钢材料。

7.根据权利要求1所述的一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，其特征在于，所述系统的运行方式为：

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【技术特征摘要】

1.一种高压低温与磁场复合条件下制备富氧空气的系统，所述系统包括空气分离器、第一电磁铁、第二电磁铁、蒸发器和空气压缩机，其特征在于，所述空气分离器（6）上部安装富氧空气调节挡板（5）；第一电磁铁（9）和第二电磁铁（10）与空气分离器（6）垂直布置在空气分离器（6）两侧；空气分离器（6）与蒸发器（12）通过管道连接；蒸发器（12）与空气压缩机（13）通过管道连接；第一电磁铁（9）和第二电磁铁（10）的磁极排列相同，第一电磁铁（9）磁场n级和第二电磁铁（10）磁场s级位于空气分离器（6）两侧；富氧空气出口（4）与第一电磁铁（9）同侧，贫氧空气出口（7）与第二电磁铁（10）同侧；空气压缩机（13）和制冷压缩机（18）经蒸汽透平机（15）和压缩空气透平机（17）相连，蒸汽透平机（15）和压缩空气透平机（17）通过液力耦合器（16）连接；空气分离器（6）经过富氧空气出口（4）与冷凝器（3）通过管道连接；空气分离器（6）经过贫氧空气出口（7）通过三通阀门（19）与贫氧空气储气罐（20）和压缩空气透平机（17）连接；冷凝器（3）、蒸发器（12）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛治家，崔洁，徐有宁，陆冠霖，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：

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