CN101683599A - 高精度气体混合系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度气体混合系统，包括缓冲气罐、配气系统I和水箱，配气系统I包括变频鼓风机I和至少一个配气罐I，配气罐I连接有可控的的可燃气体输入管道、可控的空气输入管道以及可控的混合气体输出管道，配气罐I的底部通过水泵I与水箱相连；该系统通过控制配气罐内水位的升降来实现可燃气体和氧气的混气以及排气过程，还能根据可燃气体组分的变化调节配风量，达到最佳混合比的要求，从而达到了高精度快速均匀混合的目的，使气体实现充分燃烧，达到无害处理的目的；并且本系统还可以实现两套配气罐系统的配合使用，从而实现连续不间断的混气－排气过程，同时，本发明还提出了一种高精度气体混合方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度气体混合系统，同时还涉及一种高精度气体混合方法。
背景技术
在《易燃易爆化学物品消防安全监督管理品名表》中列举的压缩气体和液化气体，超过半数是易燃气体，易燃气体的主要危险特性就是易燃易爆，处于燃烧浓度范围之内的易燃气体，遇着火源都能着火或爆炸，有的甚至只需极微小能量就可燃爆。易燃气体与易燃液体、固体相比，更容易燃烧，且燃烧速度快，一燃即尽。简单成分组成的气体比复杂成分组成的气体易燃、燃速快、火焰温度高、着火爆炸危险性大。
在工业生产中经常会遇到易燃、易爆等有毒有害气体因为事故需要排放，如果这些有毒有害气体处理不当就会造成很大的危害。目前国内外普遍采用火炬燃烧的方法实现气体处理，在处理燃烧易燃、易爆等气体时为了达到最佳的燃烧效果，减少氮氧化物的产生，需要控制可燃物和氧气的配比，如对于甲烷气体来说，为了能够实现充分燃烧需要VCH4∶O2＝1∶2，另外，气体在混合后如果混合不均匀，其燃烧的效果也不会理想。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高精度气体混合系统，采用了自动控制的配气罐系统和水箱系统，通过控制配气罐内水位的升降以及两者的流速，在罐体内进行可燃气体和氧气的混合，从而实现两者的最佳混合比，使气体实现充分燃烧，达到无害处理的目的；并且本系统还可以实现两套配气罐系统的配合使用，从而实现连续不间断的混气-排气过程，从而大大提高了气体处理的效率。同时，本发明还提供了一种高精度气体混合方法。
本发明的目的之一是提供一种高精度气体混合系统，包括缓冲气罐、配气系统I和水箱；
所述配气系统I包括变频鼓风机I和至少一个配气罐I，所述变频鼓风机I设置在配气罐I的顶部且通过单向阀C与配气罐I的内部空腔相连通，所述配气罐I的上部通过连接管道A与缓冲气罐相连通，所述配气罐I与缓冲气罐之间的连接管道A上设置有单向阀A，所述配气罐I的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接管道B，所述连接管道B上设置有单向阀E，所述配气罐I的底部通过水泵I与水箱相连；
所述配气罐I的内部空腔内均设置有上液位触发装置I和下液位触发装置I，所述上液位触发装置I设置于配气罐I内部空腔的上部空间内，所述下液位触发装置I对应于上液位触发装置I设置于配气罐I内部空腔的下部空间内。
进一步，所述系统还包括配气系统II，所述配气系统II包括变频鼓风机II和至少一个配气罐II，所述变频鼓风机II设置在配气罐II的顶部且通过单向阀D与配气罐II的内部空腔相连通，所述配气罐II的上部通过连接管道C与缓冲气罐相连通，所述配气罐II与缓冲气罐之间的连接管道C上设置有单向阀B，所述配气罐II的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接通道D，所述连接管道D上设置有单向阀F，所述配气罐II的底部通过水泵II与水箱相连；
所述配气罐II的内部空腔内均设置有上液位触发装置II和下液位触发装置II，所述上液位触发装置II设置于配气罐II内部空腔的上部空间内，所述下液位触发装置II对应于上液位触发装置II设置于配气罐II内部空腔的下部空间内；
进一步，当只采用配气系统I时，所述配气罐I的内部均设置有混气整流装置，所述混气整流装置包括垂直设置于配气罐I罐体中轴位置的进气管，所述进气管的内部中空形成进气腔室，所述进气腔室与变频鼓风机的出气通道相连接；
所述混气整流装置还包括至少一根中空的整流支管，所述整流支管一端封闭，另一端水平连通于进气管的进气腔室，所述整流支管的管身上设置有多个出气孔道；
进一步，当同时采用配气系统I和配气系统II时，所述配气罐II的内部设置有混气整流装置，所述混气整流装置包括垂直设置在配气罐II的罐体中轴位置处的进气管，所述进气管的内部中空形成进气腔室，所述进气腔室与变频鼓风机的出气通道相连接；
所述混气整流装置还包括至少一根中空的整流支管，所述整流支管一端封闭，另一端水平连通于进气管的进气腔室，所述整流支管的管身上设置有多个出气孔道。
进一步，所述进气管的管身上沿同一水平面呈放射状均匀设置有多根整流支管，形成水平设置的整流支管架；沿进气管的轴向均匀并列设置有多组整流支管架；
进一步，所述出气孔道均匀布置于整流支管的管身一侧且上下相邻的整流支管的出气孔道布置方向同侧，所述出气孔道的轴线扭曲，形成弯曲孔道；
进一步，所述连接管道A和连接管道C上分别设置有气体浓度传感器I和气体浓度传感器II，所述缓冲气罐的出口管道上设置有稳压阀。
进一步，所述高精度气体混合系统还包括控制中心，所述变频鼓风机I、单向阀A、单向阀B、单向阀C、单向阀D、单向阀E、单向阀F、水泵I、水泵II、气体浓度传感器I、气体浓度传感器II和稳压阀均与控制中心电连接并通过控制中心进行控制。
本发明的目的之二是提供一种高精度气体混合方法，包括以下步骤：
1)通过配气罐系统的配气罐连接可控的的可燃气体输入管道、可控的空气输入管道以及可控的混合气体输出管道；
2)在配气罐的底部连接可控的水泵系统，通过水箱供水来调整配气罐内的气体体积，在配气罐内部设置用于指示水位的上位触发点和下位触发点；
3)驱动水泵向配气罐中注水，当水位上升到上位触发点时，控制水泵系统回吸，同时向罐内通入可燃气体，同时通过安装在可燃气体输入管道上的气体浓度传感装置采集可燃气体各种成分的浓度比值，当水位下降到下位触发点时，停止水泵回吸，同时停止通入可燃气体；
4)根据气体浓度传感装置采集到的浓度比值由控制单元确定是否输入空气，如果需要输入空气，则计算出使可燃气体和空气组成的混合气体能达到最佳燃烧比所需要输入的空气的体积，计算完成后，控制单元打开空气输入管道并通过设置在配气罐中的搅动混流装置使空气与可燃气体混合均匀，待空气输入完成后，结束混气过程，开始排气过程；如果气体浓度传感装置采集到的浓度比值已经符合燃烧标准，不需输入空气，则直接开始排气过程；
5)控制水泵向配气罐中注水，同时打开混合气体输出管道，向外部的燃烧器送入可燃气体和氧气的混合气体，直至水位达到上位触发点，根据需要决定是否开始新一轮的混气过程。
进一步，在步骤1)中，设置两套相互配合的混气罐系统，在其中一套开始排气过程时，另一套开始混气过程，从而实现不间断的混气-排气过程。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种高精度的混合方式，采用了自动控制的配气罐系统和水箱系统，通过控制配气罐内水位的升降来实现可燃气体和氧气的混气以及排气过程，本系统还能根据可燃气体组分的变化调节配风量，达到最佳混合比的要求，从而达到了高精度快速均匀混合的目的，使气体实现充分燃烧，达到无害处理的目的；并且本系统还可以实现两套配气罐系统的配合使用，从而实现连续不间断的混气-排气过程，从而大大提高了气体处理的效率。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为高精度气体混合系统结构示意图；
图2为配气罐内部结构示意图；
图3为整流支管结构示意图；
图4为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
1-配气罐I；2-配气罐II；3-缓冲气罐；4-水箱；5-水泵I；6-水泵II；7-稳压阀；8-气体浓度传感器I；9-气体浓度传感器II；10-单向阀A；11-单向阀B；12-变频鼓风机I；13-变频鼓风机II；14-单向阀C；15-单向阀D；16-单向阀E；17-单向阀F；21-进气管；22-整流支管；23-滚动轴承；24-上液位触发装置I；25-下液位触发装置II；27-连接管道A；28-连接管道C；29-连接管道B；30-连接管道D；31-出气孔道。
如图1所示，本发明的高精度气体混合系统，包括缓冲气罐3、配气系统I和水箱4；
其中，配气系统I包括变频鼓风机I 12和配气罐I 1，变频鼓风机I 12设置在配气罐I 1的顶部且且通过单向阀C 14与配气罐I 1的内部空腔相连通，配气罐I 1的上部通过连接管道A 27与缓冲气罐3相连通，连接管道A 27上设置有单向阀A 10，配气罐I 1的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接管道B 29，连接管道B 29上设置有单向阀E 16，配气罐I 1的底部通过水泵I 5与水箱4相连；
高精度气体混合系统还包括配气系统II，配气系统II包括变频鼓风机II 13和配气罐II 2，变频鼓风机II 13设置在配气罐II 2的顶部且且通过单向阀D 15与配气罐II2的内部空腔相连通，配气罐II 2的上部通过连接管道C 28与缓冲气罐3相连通，连接管道C 28上设置有单向阀B 11，配气罐II 2的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接通道D 30，连接管道D 30上设置有单向阀F 17，配气罐II 2的底部通过水泵II 6与水箱4相连；
采用两套配气系统的目的在于使两套系统能够同时投入使用，当其中一套进行排气作业时，另一套可以同时进行混气作业，从而实现不间断的持续混气-排气，提高系统的处理效率，省时省力。
如图2所示，配气罐的的上部设置有用于混合气体的排出通道20和用于通入可燃气体的进气通道19，本实施例中，排出通道20和进气通道19对称设置，在配气罐的底部设置有进水通道18，在配气罐的内部空腔内设置有上液位触发装置I 24和下液位触发装置I 25，上液位触发装置I 24设置于配气罐I 1内部空腔的上部空间内，下液位触发装置I 25对应上液位触发装置I 24设置于配气罐I1内部空腔的下部空间内。配气罐II 2的内部结构和配气罐I 1的内部结构相同，也设置有上液位触发装置II 24和下液位触发装置II 25，上液位触发装置I 24设置于配气罐II 2内部空腔的上部空间内，下液位触发装置II 25对应上液位触发装置II设置于配气罐II 2内部空腔的下部空间内。
如图2所示，另外，配气罐I 1、配气罐II 2的内部均设置有混气整流装置，混气整流装置包括通过滚动轴承23垂直设置在配气罐罐体中轴位置处的进气管21，进气管21的内部中空形成进气腔室，进气腔室与变频鼓风机的出气通道相连接；
本实施例中，进气管21的管身上沿同一水平面呈放射状均匀设置有5根整流支管22，形成水平设置的整流支管架；将多组整流支管架沿进气管21的轴向均匀并列设置，形成立体的多架式混气整流装置；
如图3所示，整流支管22一端封闭，另一端水平连通于进气管21的进气腔室，整流支管22的管身上设置有多个出气孔道31，出气孔道31均匀布置于整流支管22的管身一侧且上下相邻的整流支管22的出气孔道31布置方向同侧，即均处于整流支管22的左侧或右侧，出气孔道31的轴线扭曲，形成弯曲孔道。设置成同侧的目的在于：当通入气体时，能够产生朝一个方向作用的推力，使整流支管架发生转动，达到混气目的；制成弯曲孔道的目的在于：通过气流进入时的喷流作用带动整流支管架自行旋转，使可燃气体与空气的混合更为均匀。
本实施例中，连接管道A27在接入单向阀A10前的一段上设置有气体浓度传感器I 8，连接管道C 28在接入单向阀B 11前的一段上设置有气体浓度传感器II 9，气体浓度传感器I 8和II 9可以根据需要混合气体的不同采用不同类型的气体传感器，本实施例中，气体浓度传感器I 8和气体浓度传感器II 9采用甲烷浓度和氧气浓度传感器一起测量，缓冲气罐3的出口管道上设置有稳压阀7，通过设置气体浓度传感器，可以实时了解到特定气体的浓度，从而为控制变频鼓风机的进风量提供调节依据，使混气的结果更为精确。
高精度气体混合系统还包括控制中心，变频鼓风机I 12、变频鼓风机II 13、单向阀A 10、单向阀B 11、单向阀C 16、单向阀D 17、水泵I 5、水泵II 6、气体浓度传感器I 8、气体浓度传感器II 9和稳压阀7均与控制中心电连接并通过控制中心进行控制，满足自动控制要求。
如图4所示，本发明还提供了一种高精度气体混合方法，包括以下步骤：
1)通过配气罐系统的配气罐连接可控的的可燃气体输入管道、可控的空气输入管道以及可控的混合气体输出管道；
2)在配气罐的底部连接可控的水泵系统，通过水箱供水来调整配气罐内的气体体积，在配气罐内部设置用于指示水位的上位触发点和下位触发点；
3)驱动水泵向配气罐中注水，当水位上升到上位触发点时，控制水泵系统回吸，同时向罐内通入可燃气体，同时通过安装在可燃气体输入管道上的气体浓度传感装置采集可燃气体各种成分的浓度比值，当水位下降到下位触发点时，停止水泵回吸，同时停止通入可燃气体；
4)根据气体浓度传感装置采集到的浓度比值由控制单元确定是否输入空气，如果需要输入空气，则计算出使可燃气体和空气组成的混合气体能达到最佳燃烧比所需要输入的空气的体积，计算完成后，控制单元打开空气输入管道并通过设置在配气罐中的搅动混流装置使空气与可燃气体混合均匀，待空气输入完成后，结束混气过程，开始排气过程；如果气体浓度传感装置采集到的浓度比值已经符合燃烧标准，不需输入空气，则直接开始排气过程。
5)控制水泵向配气罐中注水，同时打开混合气体输出管道，向外部的燃烧器送入可燃气体和氧气的混合气体，直至水位达到上位触发点，根据需要决定是否开始新一轮的混气过程。
在步骤1)中，可以设置两套相互配合的混气罐系统，在其中一套开始排气过程时，另一套开始混气过程，从而实现不间断的混气-排气，提高处理效率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.高精度气体混合系统，其特征在于：包括缓冲气罐(3)、配气系统I和水箱(4)；
所述配气系统I包括变频鼓风机I(12)和至少一个配气罐I(1)，所述变频鼓风机I(12)设置在配气罐I(1)的顶部且通过单向阀C(14)与配气罐I(1)的内部空腔相连通，所述配气罐I(1)的上部通过连接管道A(27)与缓冲气罐(3)相连通，所述连接管道A(27)上设置有单向阀A(10)，所述配气罐I(1)的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接管道B(29)，所述连接管道B(29)上设置有单向阀E(16)，所述配气罐I(1)的底部通过水泵I(5)与水箱(4)相连；
所述配气罐I(1)的内部空腔内设置有上液位触发装置I(24)和下液位触发装置I(25)，所述上液位触发装置I(24)设置于配气罐I(1)内部空腔的上部空间内，所述下液位触发装置I(25)对应上液位触发装置I(24)设置于配气罐(1)I内部空腔的下部空间内。
2.根据权利要求1所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述高精度气体混合系统还包括配气系统II，所述配气系统II包括变频鼓风机II(13)和至少一个配气罐II(2)，所述变频鼓风机II(13)设置在配气罐II(2)的顶部且通过单向阀D(15)与配气罐II(2)的内部空腔相连通，所述配气罐II(2)的上部通过连接管道C(28)与缓冲气罐(3)相连通，所述连接管道C(28)上设置有单向阀B(11)，所述配气罐II(2)的上部还设置有与外部燃烧器相连接的连接通道D(30)，所述连接管道D(30)上设置有单向阀F(17)，所述配气罐II(2)的底部通过水泵II(6)与水箱(4)相连；
所述配气罐II(2)的内部空腔内均设置有上液位触发装置II和下液位触发装置II，所述上液位触发装置II设置于配气罐II(2)内部空腔的上部空间内，所述下液位触发装置II对应上液位触发装置II设置于配气罐II(2)内部空腔的下部空间内。
3.根据权利要求1所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述配气罐I(1)的内部均设置有混气整流装置，所述混气整流装置包括垂直设置在配气罐I(1)的罐体中轴位置处的进气管(21)，所述进气管(21)的内部中空形成进气腔室，所述进气腔室与变频鼓风机的出气通道相连接；
所述混气整流装置还包括至少一根中空的整流支管，所述整流支管(22)一端封闭，另一端水平连通于进气管(21)的进气腔室，所述整流支管(22)的管身上设置有多个出气孔道(31)。
4.根据权利要求2所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述配气罐II(2)的内部设置有混气整流装置，所述混气整流装置包括垂直设置在配气罐II(2)的罐体中轴位置处的进气管(21)，所述进气管(21)的内部中空形成进气腔室，所述进气腔室与变频鼓风机的出气通道相连接；
所述混气整流装置还包括至少一根中空的整流支管，所述整流支管(22)一端封闭，另一端水平连通于进气管(21)的进气腔室，所述整流支管(22)的管身上设置有多个出气孔道(31)。
5.根据权利要求3或4所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述进气管(21)的管身上沿同一水平面呈放射状均匀设置有多根整流支管(22)，形成水平设置的整流支管架；沿进气管(21)的轴向均匀并列设置有多组整流支管架。
6.根据权利要求5所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述出气孔道(31)均匀布置于整流支管(22)的管身一侧且上下相邻的整流支管(22)的出气孔道(31)布置方向同侧，所述出气孔道(31)的轴线扭曲，形成弯曲孔道。
7.根据权利要求2所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述连接管道A(27)在接入单向阀A(10)前的一段上设置有气体浓度传感器I(8)，所述连接管道C(28)在接入单向阀B(11)前的一段上设置有气体浓度传感器II(9)，所述缓冲气罐(3)的出口管道上设置有稳压阀(7)。
8.根据权利要求7所述的高精度气体混合系统，其特征在于：所述高精度气体混合系统还包括控制中心，所述变频鼓风机I、II(12、13)、单向阀A、B(10、11)、单向阀C、D(14、15)、单向阀E、F(16、17)、水泵I、II(5、6)、气体浓度传感器I、II(8、9)和稳压阀(7)均与控制中心电连接并通过控制中心进行控制。
9.高精度气体混合方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)通过配气罐系统的配气罐连接可控的的可燃气体输入管道、可控的空气输入管道以及可控的混合气体输出管道；
2)在配气罐的底部连接可控的水泵系统，通过水箱供水来调整配气罐内的气体体积，在配气罐内部设置用于指示水位的上位触发点和下位触发点；
3)驱动水泵向配气罐中注水，当水位上升到上位触发点时，控制水泵系统回吸，同时向罐内通入可燃气体，同时通过安装在可燃气体输入管道上的气体浓度传感装置采集可燃气体各种成分的浓度比值，当水位下降到下位触发点时，停止水泵回吸，同时停止通入可燃气体；
4)根据气体浓度传感装置采集到的浓度比值由控制单元确定是否输入空气，如果需要输入空气，则计算出使可燃气体和空气组成的混合气体能达到最佳燃烧比所需要输入的空气的体积，计算完成后，控制单元打开空气输入管道并通过设置在配气罐中的搅动混流装置使空气与可燃气体混合均匀，待空气输入完成后，结束混气过程，开始排气过程；如果气体浓度传感装置采集到的浓度比值已经符合燃烧标准，不需输入空气，则直接开始排气过程。
5)控制水泵向配气罐中注水，同时打开混合气体输出管道，向外部的燃烧器送入可燃气体和氧气的混合气体，直至水位达到上位触发点，根据需要决定是否开始新一轮的混气过程。
10.根据权利要求9所述的高精度气体混合方法，其特征在于：在步骤1)中，设置两套相互配合的混气罐系统，在其中一套开始排气过程时，另一套开始混气过程，从而实现不间断的混气-排气。
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