CN102787953A - 稀薄组分气体燃烧的方法及使用该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀薄组分气体发生化学反应的方法，包括以下步骤：第一、利用外部能源使稀薄组分气体升温或升温升压；第二、所述稀薄组分气体在反应装置中发生化学反应；第三、利用化学反应产生的热量的全部或部分代替所述外部能源使所述稀薄组分气体升温或升温升压。本发明结构简单、效率高、环保性好。

Description

稀薄组分气体燃烧的方法及使用该方法的装置
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种稀薄组分气体燃烧的方法及使用该方法的装置。
背景技术
在煤炭和石油工业中，浓度含量低于燃烧爆炸下限的可燃气体和空气的混合物在通常状态下不会发生燃烧或放热化学反应，然而如果直接排放会严重污染环境。目前，乏风设备是处理这类气体混合物的主要装置，然而乏风设备体积庞大、造价高、维修使用成本高。因此，需要发明一种结构简单的能够使浓度含量低于燃烧爆炸下限的可燃气体和空气的混合物中的可燃物燃烧或发生化学反应的装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种稀薄组分气体发生化学反应的方法，包括以下步骤：
第一、利用外部能源使稀薄组分气体升温或升温升压；
第二、所述稀薄组分气体在反应装置中发生化学反应；
第三、利用化学反应产生的热量的全部或部分代替所述外部能源使所述稀薄组分气体升温或升温升压。
利用化学反应产生的热量的全部或部分先对外做功再使所述稀薄组分气体升温或升温升压。
一种使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置和外部能源，所述反应装置的进气通道上设热交换器，所述外部能源作为热源与所述热交换器连通，所述反应装置的排气通道上设回流口，所述回流口与所述热交换器的加热流体入口连通。
一种使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置和外部能源，所述反应装置的进气通道上设热交换器，所述外部能源作为热源与所述热交换器连通，所述反应装置的排气通道与所述热交换器的加热流体入口连通。
所述热交换器设为混合式热交换器。
所述混合式热交换器设为射流泵。
一种使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置和外部能源，所述反应装置的进气通道上设压气机，在所述压气机和所述反应装置之间设热交换器，所述外部能源作为热源与所述热交换器连通，在所述反应装置的排气通道上设膨胀做功机构，所述膨胀做功机构对所述压气机输出动力。
在所述反应装置的排气通道上设排气旁通口，和/或在所述膨胀做功机构的排气道上设排气旁通口，所述排气旁通口与所述热交换器的加热流体入口连通。
所述压气机设为活塞式压气机或设为叶轮式压气机。
所述膨胀做功机构设为活塞式膨胀做功机构或设为叶轮式膨胀做功机构。
所述反应装置设为活塞气缸机构，所述活塞气缸机构的进气道设为吸入稀薄组分气体的进气道，在所述活塞气缸机构的内部设燃烧室，所述活塞气缸机构的压缩比大于22：1。
本发明中，所谓的稀薄组分气体是指氧化剂稀薄的气体或还原剂稀薄的气体，例如甲烷（CH4）浓度为1%的煤层气等。
本发明中，所谓的射流泵是指通过动力流体引射非动力流体，两流体相互作用从一个出口排出的装置，所谓的射流泵可以是气体射流泵（即喷射泵），也可以是液体射流泵；所谓的射流泵可以是传统射流泵，也可以是非传统射流泵。
本发明中，所谓的传统射流泵是指由两个套装设置的管构成的，向内管提供高压动力流体，内管高压动力流体在外管内喷射，在内管高压动力流体喷射和外管的共同作用下使内外管之间的其他流体（从外管进入的流体）沿内管高压动力流体的喷射方向产生运动的装置；所谓射流泵的外管可以有缩扩区，外管可以设为文丘里管，内管喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指外管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即动力流体喷射口、低压流体入口和流体出口。
本发明中，所谓的非传统射流泵是指由两个或两个以上相互套装设置或相互并列设置的管构成的，其中至少一个管与动力流体源连通，并且动力流体源中的动力流体的流动能够引起其他管中的流体产生定向流动的装置；所谓射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷射口可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即动力流体喷射口、低压流体入口和流体出口；所述射流泵可以包括多个动力流体喷射口，在包括多个动力流体喷射口的结构中，所述动力流体喷射口可以布置在所述低压流体入口的管道中心区，也可以布置在所述低压流体入口的管道壁附近，所述动力流体喷射口也可以是环绕所述低压流体入口管道壁的环形喷射口。
本发明中，所述射流泵包括多级射流泵，多股射流泵和脉冲射流泵等。
本发明中，所述膨胀做功机构可以对所述压气机输出动力。
本发明中，应根据发动机领域和气体压缩机领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。
本发明的有益效果如下:
本发明结构简单、效率高、环保性好。
附图说明
图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；
图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；
图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；
图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图5所示的是本发明实施例4的结构示意图，
图中：
1外部能源、2反应装置、3热交换器、4压气机、5膨胀做功机构、6、排气旁通口、7控制阀、8活塞气缸机构、21回流口、31射流泵、81燃烧室。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置2和外部能源1，所述反应装置2的进气通道上设热交换器3，所述外部能源1作为热源与所述热交换器3连通，利用外部能源1使稀薄组分气体升温；所述稀薄组分气体在所述反应装置2中发生化学反应；所述反应装置2的排气通道上设回流口21，所述回流口21与所述热交换器3的被冷却流体入口连通，利用化学反应产生的热量的全部或部分代替所述外部能源1使所述稀薄组分气体升温。
具体实施时，所述反应装置2的排气通道上设控制阀7，控制所述反应装置2排出的热量的全部或部分进入所述热交换器3。在所述回流口21与所述热交换器3的被冷却流体入口之间的通道上设控制阀7，防止所述外部能源1的热量直接进入所述反应装置2的排气通道。
实施例2
如图2所示的使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置2和外部能源1，所述反应装置2的进气通道上设热交换器3，所述外部能源1作为热源与所述热交换器3连通，利用外部能源1使稀薄组分气体升温升压；所述稀薄组分气体在所述反应装置2中发生化学反应；所述反应装置2的排气通道与所述热交换器3的被冷却流体通道入口连通，利用化学反应产生的全部热量代替所述外部能源1使所述稀薄组分气体升温升压。
所述热交换器3设为混合式热交换器，所述混合式热交换器设为射流泵31。
实施例3
如图3所示的使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置2和外部能源1，所述反应装置2的进气通道上设压气机4，在所述压气机4和所述反应装置2之间设热交换器3，所述外部能源1作为热源与所述热交换器3连通，利用外部能源1使稀薄组分气体升温；所述稀薄组分气体在所述反应装置2中发生化学反应；在所述反应装置2的排气通道上设膨胀做功机构5，所述膨胀做功机构5对所述压气机4输出动力。
在所述反应装置2的排气通道上设排气旁通口6，所述排气旁通口6与所述热交换器3的被冷却流体入口连通，利用化学反应产生的部分热量代替所述外部能源1使所述稀薄组分气体升温。
所述压气机4设为叶轮式压气机，所述膨胀做功机构5设为活塞式膨胀做功机构。
实施例4
如图4所示的使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其与实施例3的区别在于：在所述膨胀做功机构5的排气道上设排气旁通口6，所述排气旁通口6与所述热交换器3的被冷却流体入口连通，利用化学反应产生的全部热量先对外做功再使所述稀薄组分气体升温。
所述膨胀做功机构5设为叶轮式膨胀做功机构。
具体实施时，可在所述反应装置2的排气通道上设排气旁通口6和在所述膨胀做功机构5的排气道上设排气旁通口6，所述排气旁通口6与所述热交换器3的加热流体入口连通。
实施例5
如图5所示的使用所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其与实施例1的区别在于：所述反应装置2设为活塞气缸机构8，所述活塞气缸机构8的进气道设为吸入稀薄组分气体的进气道，在所述活塞气缸机构8的内部设燃烧室81，所述活塞气缸机构8的压缩比大于22：1。
具体实施时，实施例2、3或4中的所述反应装置2可设为活塞气缸机构8，所述活塞气缸机构8的进气道设为吸入稀薄组分气体的进气道，在所述活塞气缸机构8的内部设燃烧室81，所述活塞气缸机构8的压缩比大于22：1。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稀薄组分气体发生化学反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、利用外部能源（1）使稀薄组分气体升温或升温升压；
第二、所述稀薄组分气体在反应装置（2）中发生化学反应；
第三、利用化学反应产生的热量的全部或部分代替所述外部能源（1）使所述稀薄组分气体升温或升温升压。
2.如权利要求1所述稀薄组分气体发生化学反应的方法，其特征在于：利用化学反应产生的热量的全部或部分先对外做功再使所述稀薄组分气体升温或升温升压。
3.一种使用如权利要求1所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置（2）和外部能源（1），其特征在于：所述反应装置（2）的进气通道上设热交换器（3），所述外部能源（1）作为热源与所述热交换器（3）连通，所述反应装置（2）的排气通道上设回流口（21），所述回流口（21）与所述热交换器（3）的被冷却流体入口连通。
4.一种使用如权利要求1所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置（2）和外部能源（1），其特征在于：所述反应装置（2）的进气通道上设热交换器（3），所述外部能源（1）作为热源与所述热交换器（3）连通，所述反应装置（2）的排气通道与所述热交换器（3）的被冷却流体入口连通。
5.如权利要求4所述使用稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其特征在于：所述热交换器（3）设为混合式热交换器。
6.如权利要求5所述使用稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其特征在于：所述混合式热交换器设为射流泵（31）。
7.一种使用如权利要求1所述稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，包括反应装置（2）和外部能源（1），所述反应装置（2）的进气通道上设压气机（4），在所述压气机（4）和所述反应装置（2）之间设热交换器（3），所述外部能源（1）作为热源与所述热交换器（3）连通，在所述反应装置（2）的排气通道上设膨胀做功机构（5），所述膨胀做功机构（5）对所述压气机（4）输出动力。
8.如权利要求7所述使用稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其特征在于：在所述反应装置（2）的排气通道上设排气旁通口（6），和/或在所述膨胀做功机构（5）的排气道上设排气旁通口（6），所述排气旁通口（6）与所述热交换器（3）的被冷却流体入口连通。
9.如权利要求7所述使用稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其特征在于：所述压气机（4）设为活塞式压气机或设为叶轮式压气机。
10.如权利要求7所述使用稀薄组分气体发生化学反应的方法的装置，其特征在于：所述膨胀做功机构（5）设为活塞式膨胀做功机构或设为叶轮式膨胀做功机构。
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