CN100523614C - 富氧燃烧及传热系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热量成套设备技术领域，涉及一种富氧燃烧及传热系统，包括供氧装置，用于制取氧气并向燃烧室输送；供料装置，用于处理燃料并向燃烧室输送；燃烧室，燃料燃烧产生高温气体；传热器，将燃烧室内产生的高温气体作用于需加热的载体，实现热传递；引风机，串接于传热器，为燃烧室内产生的高温气体流动提供动力。本发明还公开了一种富氧燃烧及传热系统的应用方法，将该系统应用于燃烧垃圾。本发明的系统具有燃烧效率高、热量损失少、温室气体排放量低的优点。

Description

富氧燃烧及传热系统及其应用方法

技术领域

本发明属于热量成套设备技术领域，尤其涉及一种富氧燃烧及传热系统及其应用方法。

背景技术

传统的燃烧方式是将燃料与空气混合后燃烧。但空气中只有21％左右的氧气，79％是氮气及少量的其它气体，在燃烧过程中，只有氧气真正参与，氮气并不参与燃烧。虽然氮气不参与燃烧，但氮气却经历了燃烧的整个过程，它获得了热量，最后随尾气一起排放，氮气所获的热量也因排放而损失，该部分热量的损失直接造成了整个燃烧过程的热量损失。目前，大量的锅炉，包括生活锅炉、发电锅炉、烧结炉、冶炼炉等，均采用了传统的燃烧方式，造成了热量的巨大损失。传统燃烧方式除了直接排放大热量的尾气外，还大量地排放了地球温室气体(主要是二氧化碳)，严重污染环境。此外，燃料由于在“贫氧”的状态下燃烧，燃料燃烧不充分，燃烧效率低，经济性差。

发明内容

本发明公开了一种燃烧效率高、热量损失少、温室气体排放量低的富氧燃烧及传热系统及其应用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：富氧燃烧及传热系统，该系统包括：供氧装置，用于制取氧气并向燃烧室输送；

供料装置，用于处理燃料并向燃烧室输送；

燃烧室，燃料燃烧产生高温气体；

传热器，将燃烧室内产生的高温气体作用于需加热的载体，实现热传递；

引风机，串接于传热器，为燃烧室内产生的高温气体流动提供动力。

所述的富氧燃烧及传热系统，燃烧室内产生的高温气体在引风机的作用下，依次经过传热器、除尘机；引风机又与尾气处理装置相连。

所述的富氧燃烧及传热系统，尾气处理装置由二氧化碳压缩机与干冰机串接而成。

所述的富氧燃烧及传热系统，除尘机采用汽雾除尘机、电除尘机或袋式除尘机。

所述的富氧燃烧及传热系统，供氧装置由制氧机、氧气罐及氧气压缩机串接而成，氧气压缩机与燃烧室密封连通，制氧机制取的氧气浓度不小于50％。

所述的富氧燃烧及传热系统，供料装置由固体燃料粉机、燃料粉库及送粉机串接而成，送粉机与燃烧室相连通。

所述的富氧燃烧及传热系统，供料装置由液体燃料提纯机、燃料库及送料机串接而成，送料机与燃烧室相连通。

所述的富氧燃烧及传热系统，供料装置由气体燃料库及送料机串接而成，送料机与燃烧室相连通。

所述的富氧燃烧及传热系统，传热器内的高温气体与处于传热管内需加热的载体相向流动，实现热交换的最大效率。

上述的富氧燃烧及传热系统的应用方法，该系统应用于燃烧垃圾。

本发明的系统对各动力的运转控制、系统安全运行的控制、系统的失效监控均采用现代电子电气控制技术来实现。

本发明高浓度的氧气占燃烧气体比例不小于50％，甚至达到99％，该高浓度氧气通过设有安全措施的管路以一定的压力输送到燃烧室，与参与燃烧的燃料充分接触，在点火装置的作用下，燃料燃烧并产生的高温气体，在系统的引风机作用下，高温气体按设定的方向和管路流动，分别经过换热器、除尘机后，进入二氧化碳干燥提纯装置，进行温室气体处理前的提纯，又在气体压缩机的作用下进入干冰机，将二氧化碳制成干冰，以作固体储藏。干冰可做商业用途或在一定条件下进行还原处理，转化为固体的碳和氧气。

本发明的燃烧室及各管路，均达到高度气密性要求及强度要求，确保在使用过程中不发生任何泄露。

本发明采用高浓度氧气直接燃烧，不存在不参与化学反应的氮气，减少了燃烧所需的空气量，对燃烧需要的引风动力要求大幅度降低，节省能源消耗；由于只有氧气参与燃烧，在氧气过量时，燃料完全燃烧，提高了燃料燃烧效率，可节省能源消耗，并可减少温室气体的排放量。本发明对燃料无任何特殊要求，可以适用于任何含碳及碳氢化合物的燃料，包括煤炭、脱水的植物和动物、油脂、燃料气、燃料油等，从而缓解能源来源不足的局面；本发明特别适用于经过干燥、筛选处理后的城市垃圾作为燃料，既改善城市环境，又实现废物利用，变废为宝，具有显著的经济意义。

燃料燃烧后产生的尾气主要是二氧化碳和氧气，氧气可以在二氧化碳提纯过程中直接排放，不影响地球大气，而二氧化碳在本系统的干冰机中转化为固体，最大限度地减少排放温室气体，对保护环境、改善地球变暖具有一定的贡献。

附图说明

图1为本发明实施例一的系统图。

图2为本发明实施例一的流程图。

图3为本发明实施例三的系统图。

图4为本发明实施例三的流程图。

图5为本发明实施例四的系统图。

图6为本发明实施例四的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

实施例一：如图1、2所示，富氧燃烧及传热系统包括供氧装置、供料装置、燃烧室、换热器、除尘机、引风机、尾气处理装置。供氧装置用于制取氧气并向燃烧室7输送，其由制氧机1、氧气罐2及氧气压缩机3依次气密封串接而成，氧气压缩机3与燃烧室7密封相连通，制氧机1制取的氧气浓度不小于50％。供料装置用于处理燃料并向燃烧室7输送，其由固体燃料粉机4、燃料粉库5及送粉机6依次串接而成，送粉机6与燃烧室7密封相连通。在燃烧室7内，点燃输入的燃料，燃料燃烧产生高温气体。燃烧室7与传热器8的进气口相连通，传热器8出气口与除尘机11相连通。在传热器8的出气口端通入需加热的载体的进管9，进管9与传热器8内的传热管15连通，传热管15又与处于传热器8进气口端的出管10相连通，从而通过传热器8将燃烧室内产生的高温气体作用于需加热的载体，实现热传递；高温气体与处于传热管15内需加热的载体相向流动，实现热交换的最佳效果。

除尘机11的出口与引风机12相连，引风机12为燃烧室内产生的高温气体流动提供动力。燃烧室内产生的高温气体在引风机的作用下，依次经过传热器8、除尘机11。除尘机可采用汽雾除尘机、电除尘机或袋式除尘机。尾气处理装置由二氧化碳压缩机13与干冰机14串接而成，二氧化碳压缩机13与引风机12相连。

本实施例以一般固体物作为燃料，可采用干燥的碳及碳氢化合物的混合物，如煤炭、植物秸杆、杂木、动物脂肪等任何含碳及滩氢化合物的物质，这类燃料经过燃料粉机4的粉碎成粉末，燃料粉末储存于燃料粉库5。本实施例采用的氧气来源于制氧机1所得，经过一定压力后储存在氧气罐2内以备使用。

启动整个系统时，引风机12在中央控制器的指令下开始运作，使整个系统管内及燃烧室7、传热器8均处于负压状态，与此同时，在进管9内输入需要加热的水或水蒸气，按一定的压力和数量要求自动控制传热蒸汽量或水量。

粉末燃料经过送粉机6送入燃烧室7，氧气经过氧气压缩机3进入燃烧室7，燃烧室7设置有电子点火装置，点燃燃料，使燃料在近纯氧状态下快速燃烧，并产生高温二氧化碳及水蒸汽，以火焰的形式迅速增大体积，在引风机的作用下，沿着负压方向，在传热器8内进行热量的传递，高温气体的温度逐步降低，火焰消失，逐步形成高热二氧化碳和水蒸汽，在引风机作用下，继续与设置好的各段预热装置进行热量传递，最终将热量传递给需要加热的各载体。

在使用中，燃烧室可与热交换器的高热段制造在一起，热交换器的预热段构成了燃烧后热二氧化碳气体管路的一部分。

从传热器8出来的气体降低了温度，经过除尘机的作用，去除了其中的灰份等颗粒物质，经过干燥和冷却，送入到气体分离提纯装置，将废气中的除二氧化碳外的其他气体排除，使二氧化碳的浓度达到99％以上。提纯后的二氧化碳气体在干冰机中，经过压缩、降温，实现固体化，经过包装后即可固体干冰储藏，并可作为商品干冰使用。二氧化碳降温及空分设备的制冷部分均可以使用余热回收的热量，采用溴化锂吸附方式实现制冷，实现能源高使用效率。

一个发电能力为20万千瓦规模的固体燃料发电燃烧机组，实际消耗的氧气量为每小时10万立方米(按标准状态计算)左右，每小时燃料折合标准煤约为50吨左右，每小时产生干冰为约100吨左右，燃烧能源利用率可达到90％以上，其中直接发电转化率将达到50％以上，二氧化碳的排放量在1％以下。

由于减少了氮气，使参与燃烧的气体体积和重量大幅度减少，可使引风机及各风管路体积大幅度减小和降低能源消耗，增加发电机组的有效功率，并减小相应的设备体积和安装空间要求，减少投资成本。即使二氧化碳完全排放，由于无氮气经历燃烧过程，减少了废气余热损失，提高了燃料热利用效率，也将减少10％以上的二氧化碳排放量。

实施例二：将本发明的系统应用于燃烧城市垃圾。

城市垃圾经过干燥、筛选等一系列地处理后作为燃料，经过本系统的处理，实现能量的转换。本实施例具有显著的意义，既能改善城市卫生环境，又增加了能源的来源，在一定程度上缓解了能源紧张的形势。

本实施例其它内容与实施例一相。

实施例三：如图3、4所示，本实施例的系统以液体为燃料，如食用油、重油、植物油。

供料装置由液体燃料提纯机4’、燃料库5’及送料机6’串接而成，送料机6’与燃烧室8相连。

本实施例其它内容与实施例一相同。

实施例四：如图5、6所示，本实施例的系统以气体为燃料，如燃气。

供料装置由气体燃料库5”及送料机6”串接而成，送料机6”与燃烧室8相连。

本实施例其它内容与实施例一相同。

Claims (8)

1、富氧燃烧及传热系统，其特征是该系统包括：

供氧装置，用于制取氧气并向燃烧室输送；

供料装置，用于处理燃料并向燃烧室输送；

燃烧室，燃料燃烧产生高温气体；

传热器，将燃烧室内产生的高温气体作用于需加热的载体，实现热传递；

引风机，串接于传热器，为燃烧室内产生的高温气体流动提供动力；

燃烧室内产生的高温气体在引风机的作用下，依次经过传热器、除尘机；引风机与尾气处理装置相连；

供氧装置由制氧机、氧气罐及氧气压缩机串接而成，氧气压缩机与燃烧室密封连通；制氧机制取的氧气浓度不小于50％。

2、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：尾气处理装置由二氧化碳压缩机与干冰机串接而成。

3、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：除尘机采用汽雾除尘机、电除尘机或袋式除尘机。

4、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：供料装置由固体燃料粉机、燃料粉库及送粉机串接而成，送粉机与燃烧室相连通。

5、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：供料装置由液体燃料提纯机、燃料库及送料机串接而成，送料机与燃烧室相连通。

6、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：供料装置由气体燃料库及送料机串接而成，送料机与燃烧室相连通。

7、根据权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统，其特征在于：传热器内的高温气体与处于传热管内需加热的载体相向流动。

8、一种如权利要求1所述的富氧燃烧及传热系统的应用方法，其特征在于：所述的系统应用于燃烧垃圾。

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