CN103011075A - 等离子体解水制氢高效节能锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体解水制氢高效节能锅炉，是由锅炉炉体、炉膛、炉胆、风机、炉渣室、炉渣门、加料门、喷射管、阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关和蒸汽管道构成。其特征是在传统锅炉上设计安装一套包括“阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关、蒸汽管道和喷射管”组成的电化学解水制氢节能设备，可实现节约燃料30％、减排指标提高40％的目的，是工业、民用锅炉行业企业理想的更新换代的高新技术产品，市场前景十分广阔。

Description

等离子体解水制氢高效节能锅炉
技术领域
本发明涉及一种等离子体解水制氢高效节能锅炉，属于可重复利用能源、绿色环保、节能减排技术领域。
背景技术
目前民用锅炉所使用的燃料大约有三种：煤炭、燃油和机制有机木柴，但是这些都是不可再生的能源，将随着人们的消耗和时光的流失而逐渐枯竭。长久以来，让水变成可重复利用的替代能源一直是人们的美好愿望：水分子是由氢和氧(H2O)构成，按实质重量每公斤水大约含氢11％、含氧89％，氢可以燃烧、氧能助燃，氢燃烧的热值是汽油的三倍之多，而且氢燃烧之后所生成的是水，不污染环境，是一种非常洁净可重复使用的燃料。但是目前的制氢技术还不能实现大规模商业化制氢，因为现有制氢技术的能源消耗太大，而且效率很低，得不偿失。
近十年来，等离子体技术在工业上的应用发展很快，例如：等离子体点火、等离子体喷涂、等离子体加热、等离子体切割、等离子体拉积焚化、废物处理等等。等离子体是在电离层或者放电现象下所形成的一种状态(俗称第四态)，伴随着放电现象将会生成激发原子、激发离子、离解原子、游离原子团、原子或者分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经过相互碰撞而产生高温并分解，温度可高达几万度以上，而离子的温度仅仅略高于常温，因此在放电场内的温度接近常温，俗称为低温等离子体或者非平衡低温等离子体。
发明内容
本发明的目的是克服现有锅炉节能技术设备的缺点和不足，提供一种耗能低、效率高、分解速度快的以水为原料的等离子体解水制氢制氧高效节能锅炉。把水作为制氢、制氧可重复使用的原料，从而达到大幅度提高节能、减排指标的目的。
本发明的等离子体解水制氢高效节能锅炉的技术方案，是在锅炉上增设一套包括“低温等离子体发生器、高频高压电源、金属蒸汽管、蒸汽开关、阻火器和喷射管”分解水分子的制氢制氧设备。把锅炉自体产生的一部分水蒸汽，在非平衡低温等离子体发生器内迅速活化、裂化、分解生成氢气分子、氧气分子和氢离子、氧离子，再把分解后可低温燃烧、助燃的氢、氧分子以及氢、氧离子和燃料一起送入炉膛燃烧，从而达到增加氢气和氧气或者替代部分燃料增加氧气，实现大幅度节约燃料、提高节能减排指标的目的。
本发明的等离子体解水制氢高效节能锅炉，是由锅炉炉体、炉膛、炉胆、风机、炉渣室、炉渣门、加料门、喷射管、阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关和蒸汽管道构成。其特征是：在锅炉炉体上设计安装有风机、炉渣室、炉渣门、加料门、阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关、蒸汽管道，在锅炉炉膛内安装有氢气、氧气喷射管。高频高压电源连接着低温等离子体发生器，低温等离子体发生器连接着阻火器，阻火器连接着喷射管，喷射管的另一端安装在炉膛内。蒸汽管道的一端连接着炉胆的顶端、另一端连接着蒸汽开关。高频高压电源由220伏交流市电供电。
本发明的低温等离子体发生器的设计方案有两种：第一种是介质阻挡放电式非平衡低温等离子体发器，是由平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氢气、氧气出口(20)和绝缘壳体(15)构成。平板阳极(13)和阳极电极(18)连接，平板阴极(14)和阴极电极(16)连接，平板阳极(13)和平板阴极(14)封装在绝缘介质封装套(17)内，平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)安装在绝缘壳体(15)中。平板阳极(13)和平板阴极(14)用铝板、不锈钢板、金属网、金属箔制成。第二种是圆筒式非平衡低温等离子体发生器，是由圆筒状阴极(14)和圆筒状状阳极(13)、绝缘介质封装筒(21)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氧气、氢气出口(20)、绝缘封装架(22)构成。圆筒状阴极(14)通过绝缘封装架(22)同轴安装固定在绝缘介质封装筒(21)的中间。绝缘介质封装筒(21)用石英玻璃或者耐温塑料制成，圆筒状阳极(13)用铝箔或者金属网黏贴在绝缘介质封装筒(21)的外围，圆筒状阴极(14)用不锈钢管制成。水蒸气入口(19)和氧气、氢气出口(20)安装在绝缘封装架(22)上。
本发明的等离子体解水制氢高效节能锅炉的工作原理是这样的：当锅炉的水分子被加热到100摄氏度以上呈蒸汽态时，打开高频高压电源的开关和水蒸汽开关，一部分水蒸汽顺着蒸汽管道进入非平衡低温等离子体发生器，在非平衡低温等离子体发生器内迅速被等离子体高压电场活化、裂化、分解生成氢气分子、氧气分子和氢离子、氧离子，因为氧气出口设在绝缘壳体的下方、氢气设在绝缘壳体的上方，根据动力学原理，氢气向上运动从氢气出口喷出、氧气下行从氧气出口喷出，然后经过阻火器和喷射管进入锅炉炉膛和燃料共同燃烧。因为水分子被分解以后属于标准可燃混合气，相当于给锅炉增加了一部分额外燃料和氧气，从而达到节约燃料、提高节能减排指标的目的。即便是水蒸汽没有完全被分解成为氢气分子、氧气分子，但是水分子的分子结构已经被高强度的高能等离子电场所活化、打破，形成可以低温燃烧的氢、氧离子或者氢、氧离子(属于高能离子)团，同样可以在锅炉炉膛的高温下瞬间燃烧。
本发明的有益效果是：
1、首创了把水作为储氢材料分解成氢气和氧气作为民用或者工业锅炉的燃料，提高了锅炉的热效率和排放指标。经过发明人反复多次实验、测定，可节约燃料10--30％。
2、由于采用了非平衡低温等离子体电化学裂化、分解水分子制氢制氧的技术方案，提高了制氢制氧的效率，和传统电解法相比较，可节约电能30--80％。
3、本发明的技术方案还可以应用于改造传统的燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和机制有机木柴锅炉，市场前景十分广阔。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例等离子体解水制氢高效节能锅炉的整体结构图。
图2是本发明实施例等离子体解水制氢高效节能锅炉的工作原理示意图。
图3是本发明实施例的第一种非平衡低温等离子体发生器的结构图。
图4是本发明实施例的第二种非平衡低温等离子体发生器的结构图。
图中所示：1、锅炉炉体，2、炉膛，3、风机，4、加料门，5、炉渣室，6、炉渣门，7、喷射管，8、阻火器，9、低温等离子体发生器，10、高频高压电源，11、蒸汽开关，12、蒸汽管道，13、平板阳极，14、平板阴极，15、绝缘壳体，16、阴极电极，17、绝缘介质封装套，18、阳极电极，19、水蒸气入口，20、氧气、氢气出口，21、绝缘介质封装筒，22、绝缘封装架，23、交流电源开关，24、炉胆。
具体实施方式
图1所示的实施例中，在锅炉炉体(1)上设计安装着风机(3)、炉渣室(5)、炉渣门(6)、加料门(4)、阻火器(8)、低温等离子体发生器(9)、高频高压电源(10)、蒸汽开关(11)、蒸汽管道(12)，在锅炉炉膛(2)内设计安装有喷射管(7)。高频高压电源(10)连接着低温等离子体发生器(9)，低温等离子体发生器(9)连接着阻火器(8)和蒸汽管道(12)，蒸汽管道(12)连接着蒸汽开关(11)，蒸汽开关(11)连接着蒸汽管道(12)，蒸汽管道(12)连接着炉胆(24)的顶端，阻火器(8)连接着喷射管(7)，喷射管(7)的另一端安装在锅炉炉膛(2)内。
图2所示的实施例中，在在高频高压电源(10)上安装着交流电源开关(23)，高频高压电源(10)连接着低温等离子体发生器(9)，低温等离子体发生器(9)连接着阻火器(8)和蒸汽管道(12)，蒸汽管道(12)连接着蒸汽开关(11)，蒸汽开关(11)连接着和蒸汽管道(12)，阻火器(8)连接着喷射管(7)，喷射管(7)的另一端安装在锅炉炉膛(2)内，高频高压电源由220伏交流市电供电。阻火器(8)用不锈钢板制造，内部装有金属丝，可以有效的防止喷射管回火。
图3所示是本实施例的第一种介质阻挡放电式非平衡低温等离子体发器，是由平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氢气、氧气出口(20)和绝缘壳体(15)构成。平板阳极(13)和阳极电极(18)连接，平板阴极(14)和阴极电极(16)连接，平板阳极(13)和平板阴极(14)封装在绝缘介质封装套(17)内，平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)安装固定在绝缘壳体(15)中。
图4所示的是本实施例的第二种同轴圆筒式非平衡低温等离子体发生器，是由圆筒状阴极(14)和圆筒状状阳极(13)、绝缘介质封装筒(21)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氧气、氢气出口(20)、绝缘封装架(22)构成。圆筒状阴极(14)通过绝缘封装架(22)同轴安装在绝缘介质封装筒(21)中间。绝缘介质封装筒(21)石英玻璃或者耐温塑料制成，圆筒状阳极(13)用铝箔或者金属网黏贴在绝缘介质封装筒(21)的外围，圆筒状阴极(14)用不锈钢管制成。
本发明的非平衡低温等离子体发器和高频高压电源配套使用，可根据锅炉的大小灵活配备，例如1T的锅炉可配备使用功率为80-180VA的高频高压电源，2-3T的锅炉可配备使用功率为180-350VA的高频高压电源。当然，非平衡低温等离子体发器的功率也应当相应调整，水蒸汽的分解量也就是进入非平衡低温等离子体发器的量也做适当调整。

Claims (3)

1.等离子体解水制氢高效节能锅炉，是在锅炉上增设一套包括“低温等离子体发生器、高频高压电源、金属蒸汽管、蒸汽开关、阻火器和喷射管”的解水制氢设备，是由锅炉炉体、炉膛、炉胆、风机、炉渣室、炉渣门、加料门、喷射管、阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关和蒸汽管道构成，其特征是：在锅炉炉体上安装着风机、炉渣室、炉渣门、加料门、阻火器、低温等离子体发生器、高频高压电源、蒸汽开关、蒸汽管道，在锅炉炉膛内安装有氢气、氧气喷射管，高频高压电源连接着低温等离子体发生器，低温等离子体发生器连接着阻火器，阻火器连接着喷射管，喷射管的另一端安装在锅炉炉膛内，蒸汽管道的一端连接着炉胆的顶端、另一端连接着蒸汽开关。
2.如权利要求1所述等离子体解水制氢高效节能锅炉，所述的第一种低温等离子体发生器是介质阻挡放电式非平衡低温等离子体发发生器，由平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氢气、氧气出口(20)和绝缘壳体(15)构成，平板阳极(13)和平板阴极(14)用铝板、不锈钢板、金属网、金属箔制成，平板阳极(13)和平板阴极(14)封装在绝缘介质封装套(17)内，平板阳极(13)、平板阴极(14)、绝缘介质封装套(17)、阳极电极(18)、阴极电极(16)安装在绝缘壳体(15)中。
3.如权利要求1所述等离子体解水制氢高效节能锅炉，所述的第二种低温等离子体发器是同轴圆筒式非平衡低温等离子体发生器，由圆筒状阴极(14)和圆筒状状阳极(13)、绝缘介质封装筒(21)、阳极电极(18)、阴极电极(16)、水蒸气入口(19)、氢气、氧气出口(20)、绝缘封装架(22)构成，圆筒状阴极(14)通过绝缘封装架(22)同轴安装在绝缘介质封装筒(21)中间，绝缘介质封装筒(21)用石英玻璃或者耐温塑料制成，圆筒状阳极(13)用铝箔或者金属网黏贴在绝缘介质封装筒(21)的外围，圆筒状阴极(14)用不锈钢管制成。
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