CN103453543A - 水燃烧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水燃烧工艺，基于燃水锅炉来实现，它包括通风、点火、进汽、燃烧、放热步骤，当水蒸汽处在1200℃以上的环境中，分解为氢气与氧气，而助燃合金的原子在1500℃高温下释放电子，释放热量，以引燃从水蒸汽中分解出的氢气，氧气也同时助燃烧，从而使氢气充分燃烧释放更多的热量，实现了以水作为燃料燃烧生热的目的。本发明的水燃烧工艺适用于发电、供暖、工业、农业，燃水工艺实现所依托的燃水锅炉适用于燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉的改造工程，它可以采用水蒸汽与其它燃料共同燃烧产热，可在提供同等热量的前提下节省百分之五十的燃料。

Description

水燃烧工艺

技术领域

本发明属于可燃介质燃烧生热领域，具体地说，是以水为燃料的一种水燃烧工艺。

背景技术

氢能是一种极为优越的新能源，其燃烧值高，燃烧后的产物是水，属于清洁能源。氢可以从水中制取，由于地球上有丰富的水资源，因此，如何直接利用水作为燃料实现燃烧，利用氢能演绎自然界的物质循环，是人们一直以来的梦想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提供一种水燃烧工艺，使水在高温下分解为氢气与氧气，同时借助助燃合金在高温下的物理特性来帮助水燃烧，从而达到以水作为燃料燃烧生热的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种水燃烧工艺，它基于燃水锅炉来实现，该工艺按照以下步骤顺序进行：

（1）通风

向燃水锅炉的内腔中通入风；

（2）点火

点火使助燃载体中的焦炭燃烧，以快速提升燃水锅炉内腔的温度；

（3）进汽：

当燃水锅炉的内腔温度达到1200℃时，向燃水锅炉内腔中通入水蒸汽，此时焦炭被扑灭，水蒸汽在1200℃的环境中开始分解为氢气和氧气；

（4）燃烧、放热

燃水锅炉内腔的温度达到1200℃时开始，钢棒因其自身的物理特性使得Fe原子释放电子，释放热量，从而帮助氢气燃烧，Fe原子失去的电子可由氢原子的电子补充，以保证Fe原子的稳定性；

同时，水蒸汽分解出的氧气也有助于氢气燃烧，因此使氢气充分燃烧释放更多的热量；

当燃水锅炉内腔的温度达到1500℃时，助燃合金也因其自身的物理特性使得金属原子释放电子，释放热量，以帮助氢气燃烧，助燃合金的金属原子失去的电子可由氢原子的电子补充；

同时，氧气也有助于氢气燃烧，进而释放更多的热量，燃水锅炉的内腔的热量通过排汽管带走。

本工艺的实现所依托的燃水锅炉，具有如下的结构：

它包括带有内腔的炉体，炉体壁上设有炉门，所述炉体内腔中套有以炉体内壁为外壁的水套，水套的内壁与炉体的内壁间为储水腔；水套的内壁所围成的区域为燃烧室；

炉体外设有分别固定设置的与燃烧室连通的通风系统、与储水腔连通的进水管、与炉体内腔顶部连通的排汽管、与炉体内腔顶部连通的用于排出废气的排烟道，以及同时连通燃烧室与炉体内腔顶部的供汽管；

燃烧室的底部固定设有点火系统，燃烧室中于点火系统的上方固定有用于被加热后释放热量以作引燃介质的助燃载体。

其中：

助燃载体与水套的内壁之间固定设有用于保持燃烧室温度的保温材料层；

助燃载体包括由下至上依次设置的焦炭层、第一钢棒层、助燃合金层、第二钢棒层、反烧钢板层；

助燃合金层为由铼、铌、镁、钼四种金属粉末混匀后于挤压模具中经电加热挤压成型的具有厚度的均一的铼—铌—镁—钼合金结构，其中金属粉末间的重量配比为铼38～45份、铌18～28份、镁5～10份、钼28～35份，该重量配比的最优值为铼40份、铌20份、镁10份、钼30份。

反烧钢板层上带有多个间隔设置并沿其厚度方向贯穿的通孔。

第一钢棒层、第二钢棒层分别为多根直线型钢筋于同一平面内依次无间隙排列的结构；

燃烧室内，相应于点火系统的上方位置处，固定有一排用于支撑助燃载体的支撑管，支撑管内通有水；燃烧室内于助燃载体的上方固定有多个产汽管，产汽管内通有水。

炉体下方设有炉座，燃烧室向下延伸至炉座内部，所述点火系统设于燃烧室的位于炉座内的空间；点火系统包括设于炉体外的液化气罐、设于燃烧室中的与液化气罐连通的点火器；

通风系统包括设于炉体外的风机、连通燃烧室与风机的输风管；

输风管的上方设有横置的并贯穿点火器且固定在点火器上的分流板；所述分流板上带有多个间隔设置并沿其厚度方向贯穿的通孔。

供汽管上设有用于控制向燃烧室中输送的蒸汽量的阀门。

炉体外固定有与储水腔连通的自动补水装置，该自动补水装置包括储水管、与储水腔连通的水位显示器、连通储水管与储水腔的放水管。

炉体的底部设有与储水腔连通的排污管。

炉体顶部分别设有用于监测内腔中的压力的气压表、用于释放内腔中的压力的安全阀；所述炉体外壁的下部，相应于支撑管所在位置处，开设有透明的观测窗。

炉门设于炉体外壁上，相应于助燃载体与产汽管之间的位置处。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

当水蒸汽处在1200℃以上的环境中，开始分解为氢气与氧气。本发明的助燃载体中的焦炭层点燃后，燃烧释放的热量能够快速地提升燃水锅炉的内腔的温度，当温度达到1200℃以上时，钢板因其自身的物理特性使得Fe原子释放电子，释放热量，以帮助氢气燃烧，与此同时Fe原子失去的电子可由氢原子的电子补充，以保证Fe原子的稳定性；同时氧气也有助于氢气燃烧，从而释放更多的热量；当燃水锅炉的内腔的温度达到1500℃以上时，助燃合金也因其自身的物理特性使得金属原子释放电子，释放热量，以帮助氢气燃烧，与此同时助燃合金的金属原子失去的电子可由氢原子的电子补充；同时氧气也有助于氢气燃烧，进而释放更多的热量，达到以水作为燃料燃烧的生热目的；

本发明的水燃烧工艺适用于发电、供暖、工业、农业，燃水工艺实现所依托的燃水锅炉适用于燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉的改造工程，它可以采用水蒸汽与其它燃料共同燃烧产热，可在提供同等热量的前提下节省百分之五十的燃料。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例所用燃水锅炉的整体结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2的A-A视图。

图中：1、炉体；2、炉门；3、气压表；4、排烟道；5、安全阀；6、储水管；7、放水管；8、水位显示器；9、供汽管；10、阀门；11、储水腔；12、燃烧室；13、点火器；14、分流板；15、炉座；16、风机；17、输风管；18、支撑管；19、焦炭层；20、第一钢棒层；21、助燃合金；22、第二钢棒层；23、反烧钢板层；24、进水管；25、产汽管；26、保温材料层；27、排污管；28、观测窗；29、排汽管。

具体实施方式

实施例

本实施例为一种水燃烧工艺，它基于图1-3所示的燃水锅炉来实现。

燃水锅炉包括带有内腔的炉体1，炉体1的外形呈n字形，为带有圆顶的柱状结构，炉体1固定在炉座15上。

炉体1的直径为1700mm，高度为3100mm，炉体1内腔套有以炉体1的内壁为外壁的n字形的水套，水套的内壁与炉体1的内壁间为n字形的储水腔11，储水腔11柱状部位的内径1400mm，外径1700mm，储水腔11用于向锅炉供水及保持燃烧室12的温度。水套的内壁所围成的区域为燃烧室12。炉座15由顶面向下有一段圆柱形空腔，空腔高度200mm，直径为1160mm，燃烧室12向下延伸至该空腔内。

炉体1外设有分别固定设置的与储水腔11连通的进水管24、排污管27及自动补水装置、与炉体1内腔顶部连通的排汽管29及排烟道4、同时连通燃烧室12与炉体1内腔顶部的供汽管9，以及与燃烧室12连通的通风系统。

进水管24设有两个，对称设置于炉体1的中部，用于向储水腔11内供水。排污管27设有两个，对称设置于炉体1的底部，用于定时将储水腔11内的杂质排除。

自动补水装置用于向储水腔11内补水，并控制储水腔11的水量。自动补水装置包括储水管6、与储水腔11连通的水位显示器8、连通储水管6与储水腔11的放水管7。水位显示器8对称设有两个，储水管6与其中一个水位显示器8连接。储水腔11内水量减少的情况会反映到水位显示器8上，水位显示器8上带有最低水位线，最低水位线距离水位显示器8底部的高度为30mm，当水位低于最低水位线时，由人工操作可及时将储水管6内的水通过放水管7进入储水腔11。

排汽管29设置于炉体1的上部，用于将热量输送到与该燃水锅炉连接的器械中。排烟道4设置于炉体1的顶部，用于排出燃烧室12中的气体。供汽管9一端固定在炉体1的上部、另一端延伸至燃烧室12的底部，可将炉体1内的少量蒸汽重新输送到燃烧室12中，形成循环利用。供汽管9上还设有阀门10，用于控制向燃烧室12中输送的蒸汽的流量，当燃烧室12内的水蒸汽量超过0.15吨或是燃烧室的温度超过2800℃时，阀门10自动调节，减小进气量。

通风系统用于向燃烧室12内通入风量，包括设于炉体1外的风机16、连通燃烧室12与风机16的输风管17。

燃烧室12的底部设有点火系统，点火系统包括设于炉体1外的液化气罐及位于燃烧室12内与液化气罐连通的三个间隔布置的点火器13。

输风管17的上方设有横置的分流板14，分流板14沿竖向穿过三个点火器13，并固定在点火器13上，分流板14还设有多个水平相隔，并沿其厚度方向即上下贯穿的通孔。

燃烧室12内于点火系统的上方固定有一排支撑管18，支撑管18内通有水。助燃载体固定在支撑管18上，助燃载体与水套的内壁之间固定设有用于保持燃烧室12温度的保温材料层26，该保温材料层26为用水泥浇筑或用耐火砖垒成的筒状结构，其高度为850mm、厚度为240mm。助燃载体的上方固定有多排产汽管25，产汽管25内通有水。

助燃载体包括由下至上依次设置的焦炭层19、第一钢棒层20、助燃合金21、第二钢棒层22、反烧钢板层23。其中：

①   焦炭层19的厚度为200mm，重量为70千克；

②助燃合金21的厚度为200mm，为由重量配比为铼38～45份、铌18～28份、镁5～10份、钼28～35份（优选铼40份，铌20份，镁10份，钼30份）的金属粉末混匀后，于挤压模具中经电加热挤压成型的合金层结构，为均一的铼—铌—镁—钼混合物；助燃合金21中的金属铼的熔点高、密度大，在3000℃不会融化，而铼原子所含电子多，释放电子时释放热量多；金属铌的熔点高、密度大、并且其合金稳定性强，同样铌原子所含电子多，释放电子时释放热量多；合金中所加镁，其还原性强，用于助燃；合金中所加钼，用于推动铼与铌释放电子，钼元素是一种过渡元素，起到传递电子作用；

③反烧钢板层23的厚度为15mm，水平设置，其上带有多个水平方向相间隔设置的、并沿其厚度方向即上下贯穿的通孔；

④第一钢棒层20、第二钢棒层22分别为38根直径为20mm的直线型钢筋于同一平面内依次无间隙排列而成。

炉体1顶部分别设有用于监测内腔中的压力的气压表3和用于释放内腔中的压力的安全阀5，内腔的压力在[微软用户1] 之间为正常，超过8MPa，安全阀5打开放压。炉体1外壁的下部，对应于支撑管18的位置处开设有透明的观测窗28。炉体1外壁上对应于助燃载体与产汽管25之间的位置处开设有炉门2。

另外，该燃水锅炉外还可带有向燃烧室12内输送可燃气体如：液化气、沼气、天然气的燃气装置，燃水锅炉以水蒸汽和可燃气体同时作为燃料燃烧生成热量。

本实施例所提供的水燃烧工艺依托燃水锅炉，按照以下步骤顺序进行：

（1）通风

风机16通过输风管17向燃烧室12底部通入风量。

（2）点火

点火器13点火，使焦炭层19燃烧，分流板14用于使风通入到焦炭层19底部时分散，以帮助焦炭层19燃烧，释放热量，进而提升燃烧室12的温度。

（3）进汽：

当燃烧室12温度达到1200℃时，向燃烧室12底部通入水蒸汽，此时焦炭层被扑灭，水蒸汽在高温环境中开始分解为氢气和氧气；单位时间内供汽管9向燃烧室12供入的水蒸汽量为0.1-0.15吨。

（4）燃烧、放热

当燃烧室12中的温度到达1200℃以上时，第一钢棒层20根据其自身的物理特性使得Fe原子释放电子，释放热量，从而引燃氢气，使氢气燃烧，同时Fe原子失去的电子可由氢原子的电子补充，以保证Fe原子的稳定性；同时从水蒸汽中分解的氧气也有助于氢气燃烧，进而释放更多的热量，此时燃烧室12中的温度可达1500℃以上。

当燃烧室12中的温度达到1500℃时，助燃合金21也根据自身的物理特性使得金属原子释放电子，释放热量，以引燃氢气，使氢气燃烧，助燃合金的金属原子失去的电子可由氢原子的电子补充；同时，氧气也有助于氢气燃烧，进而释放更多的热量，此时燃烧室12中的温度可达3000℃以上；第二钢棒层22及反烧钢板层23都是用于保持燃烧室12的温度。燃烧室12内可产生1.5-2吨/小时的高温水蒸汽，高温水蒸汽通过排汽管29输送到与该锅炉连接的需热设备中，比如需要供热的供暖管路、电厂发电装置等。 

Claims (1)

1.一种水燃烧工艺，其特征在于：它基于燃水锅炉来实现，该工艺按照以下步骤顺序进行：

（1）通风

向燃水锅炉的内腔中通入风；

（2）点火

点火使助燃载体中的焦炭燃烧，以快速提升燃水锅炉内腔的温度；

（3）进汽：

当燃水锅炉的内腔温度达到1200℃时，向燃水锅炉内腔中通入水蒸汽，此时焦炭被扑灭，水蒸汽在1200℃的环境中开始分解为氢气和氧气；

（4）燃烧、放热

燃水锅炉内腔的温度达到1200℃时开始，钢棒中的Fe原子释放电子，释放热量，从而帮助氢气燃烧，Fe原子失去的电子可由氢原子的电子补充，以保证Fe原子的稳定性；

同时，水蒸汽分解出的氧气也有助于氢气燃烧，因此使氢气充分燃烧释放更多的热量；

当燃水锅炉内腔的温度达到1500℃时，助燃合金中的金属原子释放电子，释放热量，以帮助氢气燃烧，助燃合金的金属原子失去的电子可由氢原子的电子补充；

同时，氧气也有助于氢气燃烧，进而释放更多的热量，燃水锅炉内腔的热量通过排汽管带走。

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