CN106885266A - 一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将分子筛空分制氧设备所产生的纯氧用于家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法，以解决现有的家用燃气设备以空气为助燃剂的燃烧过程中产生的燃烧不完全的问题，以分子筛空分制氧设备所产生的含量大于50％的纯氧与空气混合后参与燃气的燃烧反应，实现燃气的充分燃烧，从而提高燃料的燃烧效率，降低能量的损失率，并同时减少有毒污染物的排放。

Description

一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法
技术领域
本发明涉及生活作业技术领域，具体涉及一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法
背景技术
现有家用燃气设备所用的气态碳燃料在燃烧时都是使用空气来作助燃剂，主要是利用了空气中含有的20.95％的氧气组分，并且这一含量比例是固定的，因此有空气的地方就可以燃烧。对于各种家用燃气设备来说，其构造中都存在一个“风门”，即为空气入口，进入的空气与燃气经过混合后发生燃烧化学反应。
由于空气中的含氧量相对较低，燃料在燃烧过程中很容易产生供氧不足燃烧不尽的现象，一方面会导致尾气中含有大量有毒气体，从而造成大气污染，另一方面会导致燃料利用率降低，造成了资源的浪费。当使用空气作为助燃剂时，除了氧气之外的79％的氮气不但不能帮助燃烧，反而会吸收大量的燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出，同样会降低燃料的浪费。
随着助燃技术的提高，人们发现当使用富氧空气作为助燃剂时，燃料的燃烧效率会明显提高。富氧空气可在较短的时间内使燃料燃烧尽，最大程度的释放出燃烧热能，可以有效的提高燃料系统的升温速率而实现节能的效果，减少了有毒气体的排放，从而降低了对环境的污染。
可供选择的氧气设备包含了高压氧气罐和制氧设备，前者由于存储量的限制，在使用过程中需要定期更换，不仅更换过程相对繁琐，而且长期使用可能成本相对较高。
分子筛空分制氧设备所用的原理为世界先进的PSA(变压吸附)空气分离制氧技术，它是基于锂型/钠型分子筛对空气中氧、氮吸附能力的差异来实现氧、氮的分离。当空气进入装有锂型/钠型分子筛的床层时，氮气吸附能力较强被吸附，而氧气不被吸附，这样可以在吸附床出口端获得高浓度的氧气。由于锂型/钠型分子筛具有其吸附量随压力变化的特性，改变其压力，可使吸附交替进行吸附与解吸操作。
发明内容
本发明目的在于提供一种使用分子筛空分制氧设备产生的氧气通过与家用燃气设备使用的燃气进行定量联动控制，确保氧气和燃气达到最佳充分燃烧所需的摩尔比，从而使燃烧过程达到节能减排的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.打开分子筛空分制氧机制备氧气；
S2.打开家用燃气设备上的手动开关旋钮，同时通过联动定量氧气/燃气电控流量调节装置，继而打开分子筛制氧机氧气管上的电控流量计，将氧气输送到家用燃气设备上的空气风门；
S3.富氧空气和燃气按比例进入燃烧单元进行燃烧；
其中，氧气和燃气进入燃烧单元的流速比由燃气完全燃烧所需的氧气量来决定。
优选地，分子筛空分制氧机制备纯度大于50％的高浓度氧气。
优选地，燃气为天然气或液化气。
优选地，气体燃烧单元为家用燃气灶台、家用燃气热水器或家用燃气锅炉。
优选地，当使用丙烷为燃气时，丙烷和纯氧的气体流速比例为1:5；当使用天然气为燃气时，天然气和纯氧的气体流速比例为1:2；当使用甲烷和一氧化碳混合气体为燃气时，甲烷和一氧化碳的含量比例为7:3，甲烷和一氧化碳与纯氧的气体流速比例为1:1.55；当使用汽化汽油作为燃气时，汽化汽油与纯氧的气体流速比例为1:7。
优选地，氧气通过氧气管导入到家用燃气设备中的空气风门，燃气源的燃气通过燃气管导入到燃烧单元，因而无需改变原有家用燃烧设备，方便安装使用。
一种家用燃气设备，包括：分子筛空分制氧机、燃气源、气体燃烧单元、氧气管、燃气管、联动定量氧气/燃气电控流量调节装置；氧气通过氧气管直接导入到家用燃气设备的空气风门，燃气源的燃气通过燃气管导入到燃烧单元；在所述氧气管上设有电控流量计，在所述燃气管上设有手动开关旋钮，且在电控流量计和手动流量控制旋钮之间设有联动定量氧气/燃气电控流量调节装置，将分子筛空分制氧机产生的氧气按照燃气种类与燃气流量同比例调节。
所述联动定量氧气/燃气电控流量调节装置包括位置传感器和控制器，位置传感器安装在燃气管的手动开关旋钮下方，所述位置传感器通过控制器连接到氧气管上的电控流量计。位置传感器可以感知燃气的开关的位置，将相关信号(4-20mA)传输到控制器，控制器根据所需要的空燃比(提前设定)，控制调节电控流量计，调节氧气流量。
本发明优选的技术方案中，氧气和空气的混合比由不同燃气充分燃烧所需的氧气量来决定，发生燃烧反应。所述氧气与空气的混合通过氧气流量调节阀调节到合适比例(氧气:空气＝1:1～10)；
本发明是一种将分子筛空分制氧设备所产生的氧气通过联动定量氧气/燃气电控流量调节装置与燃气流量调节开关同比例调节，用于燃气设备燃烧过程的节能减排方法，即不再单纯使用空气作为助燃剂，而改用分子筛空分制氧设备现场产生的氧气与空气混合制成富氧空气进行充分燃烧反应。具体的技术解决方案是：设计一个富氧作为助燃剂的燃烧系统，其原理如图1所示。将分子筛空分制氧机产生的氧气按照燃气种类以通过联动定量氧气/燃气电控流量调节装置与燃气流量调节开关同比例调节，再通过专用连接器与原有家用燃气设备空气进气门连接进入混气腔体中，得到的富氧空气进入燃气燃烧的位置进行充分燃烧。
根据燃料气体的不同，氧气与燃气的摩尔比会发生相应的变化。对于仅含有单一组分的燃料气体来说，根据该种类燃料气体与氧气的燃烧化学反应方程式，可以获得二者之间反应的化学计量比，这一比例即为氧气与燃气的摩尔比。对于确定组分种类和含量的混合燃料气体来说，根据组分的比例以及各种组分各自燃烧所需的氧气比例，可计算出混合燃料气体所需氧气与燃气的摩尔比。当混合燃料气体组分比例不确定时，则需要经过实验的测定以确定单位体积燃料气体完全燃烧所需要的氧气体积，从而获得所需氧气与燃气的摩尔比。事实上，实际生活中所使用的的燃料气体大多为混合物，比如天然气是以甲烷为主要成分，还可能含有少量乙烷、丙烷和丁烷的混合气体，因此对于生活中所使用的的燃料气体来说，单位体积气体完全燃烧所需要的氧气体积均需要经过实验的测定，由此才能确定所需氧气与燃气的摩尔比，根据最佳充分燃烧所需氧气和燃气的定量摩尔比可以转换为氧气和燃气的流量比，通过氧气/燃气电控流量联动调节装置控制氧气和燃气的流量最终起到燃烧过程节能减排的效果。
根据燃烧温度要求的不同，也可以调节燃料气体和氧气的流量值。当要求较高的燃烧温度时，需要调大燃料气体的流速，同时相应地调大氧气的流速；当要求较低的燃烧温度时，则需要调小燃料气体的流速，同时相应地调小氧气的流速。流速无论调大调小，燃料气体和氧气的流速比例必须保持不变。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：使用了分子筛空分制氧设备为家用燃料燃烧系统提供含量大于50％氧气与空气混合制成的富氧空气作为助燃剂，根据不同燃气通过定量联动氧气/燃气电控流量调节装置与空气混合后形成富氧空气经由家用燃气设备空气进气门进入气体燃烧单元进行燃烧，可为燃料燃烧提供足够的氧参与燃烧反应，保证了燃烧过程更加充分，从而提高了燃烧的利用率，降低了有毒尾气的排放量。另外，相比于使用液氧储罐提供氧，利用分子筛空分制氧设备提供氧不仅更便携，同时成本更低，更适用于家用或者移动装置上使用。
附图说明
图1为本发明家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法原理图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
介绍和概述
本发明通过举例而非给出限制的方式来进行说明。应注意的是，在本公开文件中所述的“一”或“一种”实施方式未必是指同一种具体实施方式，而是指至少有一种。
下文将描述本发明的各个方面。然而，对于本领域中的技术人员显而易见的是，可根据本发明的仅一些或所有方面来实施本发明。为说明起见，本文给出具体的编号、材料和配置，以使人们能够透彻地理解本发明。然而，对于本领域中的技术人员将显而易见的是，本发明无需具体的细节即可实施。在其他例子中，为不使本发明费解而省略或简化了众所周知的特征。
本发明提供一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法，包括如下步骤：
S1.打开分子筛空分制氧机制备氧气；
S2.打开家用燃气设备上的手动开关旋钮，同时通过联动定量氧气/燃气电控流量调节装置，继而打开分子筛制氧机氧气管上的电控流量计，将氧气输送到家用燃气设备上的空气风门；
S3.富氧空气和燃气按比例进入燃烧单元进行燃烧；
其中，氧气和燃气进入燃烧单元的流速比由燃气完全燃烧所需的氧气量来决定。
实施例1
当以纯甲烷为燃料气体时，其燃烧的化学反应方程式为：
CH4+2O2＝CO2+2H2O
按照以上化学反应方程式，以天然气为燃料的燃气设备中，使用空分制氧设备为其提供氧气与空气混合制成的富氧空气助燃剂时，天然气和氧气的气体流速比例应为1:2。在实际使用过程中，通过电控流量计对天然气和氧气的流速同时进行控制，以实现氧气流速始终保持在天然气流速的2倍，从而实现天然气的完全燃烧。
实施例2
当以纯丙烷为燃料气体时，其燃烧的化学反应方程式为：
C3H8+5O2＝3CO2+4H2O
按照以上化学反应方程式，以丙烷为燃料的燃气设备中，使用空分制氧设备为其提供氧气与空气混合制成的富氧空气助燃剂时，丙烷和氧气的气体流速比例应为1:5。在实际使用过程中，通过电控流量计对丙烷和氧气的流速同时进行控制，以实现氧气流速始终保持在丙烷流速的2倍，从而实现丙烷的完全燃烧。
实施例3
当以甲烷和一氧化碳混合气体为燃料气体时，甲烷和一氧化碳的含量比例为7:3。甲烷和一氧化碳各自燃烧的化学反应方程式为：
CH4+2O2＝CO2+2H2O
2CO+O2＝2CO2
按照以上化学反应方程式，以及甲烷和一氧化碳两种气体各自在混合气体中的比例，可以计算出，单位体积混合气体完全燃烧需要1.55体积的纯氧，因此以该混合气体为燃料的燃气设备中，使用空分制氧设备为其提供氧气与空气混合制成的富氧空气助燃剂时，混合燃料和氧气的气体流速比例应为1:1.55。在实际使用过程中，通过电控流量计对混合燃料和氧气的流速同时进行控制，以实现氧气流速始终保持在混合燃料流速的1.55倍，从而实现混合燃料的完全燃烧。
以上所述具体实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或替换，这些改进或替换也应当视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种家用燃气设备燃烧过程的节能减排方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.打开分子筛空分制氧机制备氧气；
S2.打开家用燃气设备上的手动开关旋钮，同时通过联动定量氧气/燃气电控流量调节装置，继而打开分子筛制氧机氧气管上的电控流量计，将氧气输送到家用燃气设备上的空气风门；
S3.富氧空气和燃气按比例进入燃烧单元进行燃烧；
其中，氧气和燃气进入燃烧单元的流速比由燃气完全燃烧所需的氧气量来决定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氧气通过氧气管导入到家用燃气设备中的空气风门，燃气源的燃气通过燃气管导入到燃烧单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分子筛空分制氧机制备纯度大于50％的高浓度氧气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，燃气为天然气或液化气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，燃烧单元为家用燃气灶台、家用燃气热水器或家用燃气锅炉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当燃气为天然气时，天然气和纯氧的气体流速比例为1:2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当燃气为甲烷和一氧化碳混合气体时，甲烷和一氧化碳的含量比例为7:3，甲烷和一氧化碳与纯氧的气体流速比例为1:1.55。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当燃气为汽化汽油时，汽化汽油与纯氧的气体流速比例为1:7。
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