CN107413218B - 二氧化碳和氧气气体混合装置及混合气体助燃污染气体零排放系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃烧及环保领域，尤其涉及一种二氧化碳和氧气气体混合装置及混合气体助燃污染气体零排放系统，由于参与助燃的气体是氧气和二氧化碳混合气体，充分燃烧时氧气参与燃烧生成二氧化碳，这样尾气中二氧化碳含量就相当高，能达到95％以上，因此就极大的降低了二氧化碳的回收难度，也就降低了回收二氧化碳的成本，并且还极大的减少了二氧化碳的排放，减少了对大气的污染，缓解了温室效应的产生；同时还由于参与助燃的气体是氧气和二氧化碳混合气体，还避免了大量的氮气参与燃烧，从而避免了氮氧化物的排放，进而降低了对大气的污染，并且还缓解了雾霾的产生，提高了燃烧的热效率。

Description

二氧化碳和氧气气体混合装置及混合气体助燃污染气体零排 放系统

技术领域

本申请涉及燃烧及环保领域，尤其涉及一种二氧化碳和氧气混合装置及混合气体助燃污染气体零排放系统。

背景技术

由于城市化进程和现代化工业的迅猛发展，人类对煤、石油、天燃气等燃料的大规模使用，再加上大面积火灾和绿色植被的破坏，导致大气环境中污染物的浓度逐年增加，造成了严重的环境污染，并带来了严重的气候变化和极端天气，所以减少污染气体排放是当务之急。

目前，减少污染气体排放的措施一般是增加尾气的处理系统，对尾气中的灰尘和有害气体进行处理，然后将处理后的尾气排入大气中。然而由于燃烧过程中是空气参加助燃，空气中氮气占空气总体积的78.084％，氧气占20.948％，其他气体的总和占0.68％，氮气在燃烧过程中吸附了大量的热量，并且在高温环境下氮气与氧气发生反应，还生成了氮的多种氧化物，排入空气中不仅污染了空气还带走了大量的热量，降低了燃烧的热效率，并且由于尾气中氮气所占的体积依然很大，所以有害气体浓度就较低，尾气处理的难度就相当大。

由于目前尾气处理系统仅是对硫的氧化物和氮的氧化物进行处理，大量的二氧化碳排入空气中，众所周知二氧化碳是典型的温室气体，排入空气中造成了大气污染，形成了可怕的温室效应，但是由于尾气中氮气和氮氧化物所占的体积很大，二氧化碳所占的体积较小，因此回收尾气中二氧化碳难度较大，成本也较高。

因此，如何提高燃烧的热效率、降低二氧化碳回收难度、避免污染气体的排放，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种二氧化碳和氧气气体混合装置及混合气体助燃污染气体零排放系统，以提高燃烧的热效率、降低二氧化碳回收难度、避免污染气体的排放。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种二氧化碳和氧气气体混合装置，包括圆柱形混合桶、二氧化碳高压进气管和氧气高压进气管；其中，所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管由外部通入所述圆柱形混合桶上端，并且所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管的出气方向均沿所述圆柱形混合桶内壁螺旋向下；所述圆柱形混合桶的下端具有出气孔。

如上述所述的二氧化碳和氧气气体混合装置，其中，优选的是，所述圆柱形混合桶的桶底设置为圆锥形桶底，所述出气孔设置于所述圆锥形桶底下端。

如上述所述的二氧化碳和氧气气体混合装置，其中，优选的是，所述圆柱形混合桶的内壁设置有向内侧凸出并且竖直向下延伸的挡板。

如上述所述的二氧化碳和氧气气体混合装置，其中，优选的是，所述圆柱形混合桶内腔具有相互交错的横向隔板和纵向隔板，所述横向隔板和所述纵向隔板与所述圆柱形混合桶内壁具有一定间距。

一种二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，包括：上述任一项所述的二氧化碳和氧气气体混合装置、混合气储气罐、燃烧系统、尾气处理系统和制氧设备；所述尾气处理系统与所述二氧化碳和氧气气体混合装置通过所述二氧化碳高压进气管连通；所述制氧设备与所述二氧化碳和氧气气体混合装置通过所述氧气高压进气管连通；所述二氧化碳和氧气气体混合装置的出气孔与所述混合气储气罐连通；所述混合气储气罐与所述燃烧系统连通；所述燃烧系统与所述尾气处理系统连通。

如上所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其中，优选的是，所述尾气处理系统包括脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统，所述脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统连接有中间半成品收集器。

如上所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其中，优选的是，所述二氧化碳和氧气气体混合装置的所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管均通过流量控制阀控制进气量，控制氧气和二氧化碳进气比例为4.5:5.5至7:3之间。

如上所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其中，优选的是，所述燃烧系统与所述尾气处理系统之间连通有储气罐。

如上所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其中，优选的是，所述尾气处理装置还连接有二氧化碳产品收集器。

如上所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其中，优选的是，所述二氧化碳和氧气气体混合装置、混合气储气罐、燃烧系统、尾气处理系统、制氧设备、储气罐和所述二氧化碳产品收集器均通过总控制系统控制。

相对上述背景技术，本申请所提供的二氧化碳和氧气气体混合装置及二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统工作时，首先制氧设备制备的氧气和经尾气处理系统处理后的二氧化碳分别通过二氧化碳高压进气管和氧气高压进气管进入圆柱形混合桶，二氧化碳与氧气沿圆柱形混合桶的内壁螺旋向下运行混合，在此过程中，通常本领域技术人员会控制二氧化碳与氧气比例，本实施例中优选二氧化碳高压进气管和氧气高压进气管均通过流量控制阀控制进气量，控制氧气和二氧化碳进气比例为4.5:5.5至7:3之间，避免出现氧气和二氧化碳混合气体参与燃烧时部分氧气发生2C+O₂＝2CO反应造成参与燃烧的氧气量不足的现象，影响充分燃烧，当然也可以是其他形式，只要能满足本发明实施例所要求达到的技术效果即可；待氧气和二氧化碳均匀混合后通过出气孔进入混合气储气罐内等待参与燃烧，氧气和二氧化碳混合气体在混合气储气罐内也可以进一步的混合，可以是增加辅助搅拌混合；接着氧气和二氧化碳混合气体进入燃烧系统内参与燃烧；燃烧完毕后的尾气进入尾气处理系统内对尾气进行处理；处理完毕后部分二氧化碳循环通入二氧化碳和氧气气体混合装置参与接下来的燃烧，部分二氧化碳收集到二氧化碳产品收集器内部制成商品。

由于参与助燃的气体是氧气和二氧化碳混合气体，充分燃烧时氧气参与燃烧生成二氧化碳，这样尾气中二氧化碳含量就相当高，能达到95％以上，因此就极大的降低了二氧化碳的回收难度，也就降低了回收二氧化碳的成本，并且还极大的减少了二氧化碳的排放，减少了对大气的污染，缓解了温室效应的产生；同时还由于参与助燃的气体是氧气和二氧化碳混合气体，还避免了大量的氮气参与燃烧，从而避免了氮氧化物的排放，进而降低了对大气的污染，并且还缓解了雾霾的产生，提高了燃烧的热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于二氧化碳和氧气混合气体助燃系统的二氧化碳和氧气气体混合装置的立体图；

图2是本发明实施例提供的用于二氧化碳和氧气混合气体助燃系统的二氧化碳和氧气气体混合装置的剖面图；

图3是本发明实施例提供的用于二氧化碳和氧气混合气体助燃系统的二氧化碳和氧气气体混合装置的俯视图；

图4是本发明实施例提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃系统的示意图。

附图标记说明：

1—总控制系统 2—混合气储气罐 3—燃烧系统 4—储气罐 5—尾气处理系统51—缓冲罐 52—分水箱 53—脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统 54—干燥系统 55—吸附系统56—冷凝系统 57—精制系统 58—压缩机 59—冷冻机 6—制氧设备 7—二氧化碳和氧气气体混合装置 71—圆柱形混合桶 72—二氧化碳高压进气管 73—氧气高压进气管 711—出气孔 712—挡板 713—纵向隔板 714—横向隔板 8—中间半成品收集器 9—二氧化碳产品收集器

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1、图2和图3所示，本申请提供了一种二氧化碳和氧气气体混合装置7，包括圆柱形混合桶71、二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73；二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73由外部通入圆柱形混合桶71上端，当然二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73可以与圆柱形混合桶71的内壁是分离的，仅将二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73出气端固定于圆柱形混合桶71的内壁，当然也可以是二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73与圆柱形混合桶71是整体式结构，即可以是圆柱形混合桶71的桶壁内就设置有二氧化碳和氧气的进气通道；二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73的出气方向均沿圆柱形混合桶71内壁螺旋向下；圆柱形混合桶71的下端具有出气孔711，对于圆柱形混合桶71本领域技术人员可以将圆柱形混合桶71的桶底设置为圆锥形桶底，出气孔711设置于圆锥形桶底下端，当然也可以是其他形式，只要能满足本发明实施例所要达到的技术效果即可。

当使用本发明所提供的二氧化碳和氧气气体混合装置7时，二氧化碳通过二氧化碳高压进气管72通入圆柱形混合桶71，氧气通过氧气高压进气管73通入圆柱形混合桶71，然后二氧化碳与氧气沿着圆柱形混合桶71内壁螺旋向下运行，由于二氧化碳与氧气螺旋向下运行增加了二氧化碳与氧气流动混合的时间和距离，进而在流动过程中就能够充分混合，以保证后续二氧化碳和氧气混合气体助燃系统的使用。

为了进一步地保证二氧化碳与氧气充分混合，本领域技术人员还可以在圆柱形混合桶71的内壁设置有向内侧凸出并且竖直向下延伸的挡板72，当二氧化碳与氧气螺旋向下运行时，挡板72可以阻挡二氧化碳与氧气的运行，也就降低了二氧化碳与氧气的运行速度，增加了二氧化碳与氧气的运行时间，并且还增加了二氧化碳与氧气流动距离，进而也就进一步的保证了二氧化碳与氧气充分混合。

另外还可以是在圆柱形混合桶71内腔设置相互交错的横向隔板714和纵向隔板713，横向隔板714和纵向隔板713与圆柱形混合桶71内壁具有一定间距。由于有横向隔板714和纵向隔板713对处于圆柱形混合桶71内腔中部的气体进行阻隔，从而就增加了混合气体流动的距离，进而也就进一步的保证了二氧化碳与氧气充分混合。

在上述基础上，如图4所示，本发明所提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统包括：上述的二氧化碳和氧气气体混合装置7、混合气储气罐2、燃烧系统3、储气罐4，尾气处理系统5和制氧设备6；尾气处理系统5与二氧化碳和氧气气体混合装置7通过二氧化碳高压进气管72连通；制氧设备6与二氧化碳和氧气气体混合装置7通过氧气高压进气管73连通；二氧化碳和氧气气体混合装置7的出气孔711与混合气储气罐2连通；混合气储气罐2与燃烧系统3连通；燃烧系统3与尾气处理系统5连通。一般情况，可以在燃烧系统3与尾气处理系统5之间连通有储气罐4，这样燃烧完的尾气就可以存放在储气罐4，待尾气处理系统5对尾气进行处理。

当本申请所提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统工作时，首先制氧设备6制备的氧气和经尾气处理系统5处理后的二氧化碳分别通过二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73进入圆柱形混合桶71，二氧化碳与氧气沿圆柱形混合桶71的内壁螺旋向下运行混合，在此过程中，通常本领域技术人员会控制二氧化碳与氧气比例，本实施例中优选二氧化碳高压进气管72和氧气高压进气管73均通过流量控制阀控制进气量，控制氧气和二氧化碳进气比例为4.5:5.5至7:3之间，避免出现氧气和二氧化碳混合气体参与燃烧时部分氧气发生2C+O₂＝2CO反应造成参与燃烧的氧气量不足的现象，影响充分燃烧，当然也可以是其他形式，只要能满足本发明实施例所要求达到的技术效果即可；待氧气和二氧化碳均匀混合后通过出气孔711进入混合气储气罐2内等待参与燃烧，氧气和二氧化碳混合气体在混合气储气罐2内也可以进一步的混合，可以是增加辅助搅拌混合；接着氧气和二氧化碳混合气体进入燃烧系统3内参与燃烧，燃烧系统3可以是燃烧煤的锅炉，还可以是燃烧天燃气的锅炉；燃烧完毕后的尾气进入尾气处理系统5内对尾气进行处理；处理完毕后部分二氧化碳循环通入二氧化碳和氧气气体混合装置7参与接下来的燃烧，部分二氧化碳收集到二氧化碳产品收集器9内部制成商品。

由于参与助燃的气体是氧气和二氧化碳混合气体，充分燃烧时氧气参与燃烧生成二氧化碳，这就去除了氮气等无效气体，从源头上杜绝了氮氧化物的生成，从而避免了氮氧化物的排放，进而降低了对大气的污染，并且还缓解了雾霾的产生；由于去除了氮气等无效气体参与燃烧，减少了过量空气系数，降低了燃烧后尾气排放的热损失量，提高了燃烧的热效率，也使尾气处理量大幅减少，因此还可以减少设备的投入，简化工艺、降低成本；并且这样尾气中二氧化碳含量就相当高，能达到95％以上，此外还有少量的氮气、氧气、水分、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢等微量杂质，因此还极大的降低了二氧化碳的回收难度，也就降低了回收二氧化碳的成本，并且还极大的减少了二氧化碳的排放，甚至是无污染气体排放，极大的减少了对大气的污染，缓解了温室效应的产生，同时还由于尾气中二氧化碳含量就相当高，能达到95％以上，在对少量的氮气、氧气、水分、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢等微量杂质处理后，二氧化碳可以回收或者参与接下来的助燃，因此本发明所提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统可以达到污染气体零排放的标准，也可以选择性的排放无害气体。对于上述尾气处理系统可以包括脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统53，脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统53连接有中间半成品收集器8。当然尾气处理系统还可以包括：缓冲罐51、分水箱52、干燥系统54、吸附系统55、冷凝系统56、精制系统57、压缩机58和冷冻机59，储气罐4与缓冲罐51连通，缓冲罐51与分水箱52连通，分水箱52与脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统53连通，脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统53与干燥系统54连通，干燥系统54与精制系统57连通，压缩机58作用于分水箱52对尾气进行压缩，冷冻机59作用于冷凝系统56。

处理尾气时，尾气首先进入缓冲罐51，然后进入分水箱52，经压缩机58冷却分水稳压后进入干燥系统54，经干燥系统54的干燥剂脱水，接着进入吸附系统55脱除油脂、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢等，由于对尾气的处理中要经过脱脂等处理，因此一部分二氧化碳通过二氧化碳高压进气管72圆柱形混合桶71内与氧气混合参与后续燃烧，避免了循环过程中有害物质浓度的增加，进而避免了对管道、设备进行腐蚀，并且还避免了产生爆炸的危险；另一部分二氧化碳进入冷凝系统56，通过冷冻机59作用于冷凝系统56降温、液化，进入精制系统57，其中轻组份气体如氢气、氮气、甲烷等气体全部从顶部排出，这部分气体形成回路返回到缓冲罐51再做进一步处理，底部的二氧化碳纯度高，收集到二氧化碳产品收集器9内部。

另外，二氧化碳也是一种宝贵的资源，可以广泛的应用到多种领域，如：化学合成工业、二氧化碳气体保护焊、农业气肥、化工原料、果品蔬菜保鲜、饮料、石油开采、消防、医药卫生等领域，因此尾气中二氧化碳的浓度高意义不仅在于极大的降低了二氧化碳的回收难度，减少了二氧化碳的排放，还增加了二氧化碳副产品带来效益，进而就减少了燃烧的成本，本领域技术人员可以将二氧化碳产品收集器9内部的二氧化碳制成干冰等商品出厂销售。

本发明所提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统通过氧气和二氧化碳混合气体助燃，可以对氧气和二氧化碳进行定量的参与燃烧，实现对无害气体排放、二氧化碳回收利用，也就是说实现了对助燃、燃烧、排放和回收的精准控制。本发明所提供的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统通过节能措施，可达到燃料利用率提高30％至40％，热效率可提高20％至30％，还可以较低难度的通过二氧化碳的回收达到回收物质的产品化、工业化，从而达到商品化。

在上述基础上，为了方便控制各个系统，本领域技术人员还可以设置总控制系统控制1，总控制系统控制1向二氧化碳和氧气气体混合装置7、混合气储气罐2、燃烧系统3、尾气处理系统5、制氧设备6、储气罐4和二氧化碳产品收集器9发出指令，上述二氧化碳和氧气气体混合装置7、混合气储气罐2、燃烧系统3、尾气处理系统5、制氧设备6、储气罐4和所述二氧化碳产品收集器9通过指令控制各个系统的工作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，二氧化碳和氧气气体混合装置、混合气储气罐、燃烧系统、储气罐、尾气处理系统和制氧设备；

其中，二氧化碳和氧气气体混合装置包括圆柱形混合桶、二氧化碳高压进气管和氧气高压进气管；其中，所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管由外部通入所述圆柱形混合桶上端，并且所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管的出气方向均沿所述圆柱形混合桶内壁螺旋向下；所述圆柱形混合桶的下端具有出气孔；

所述尾气处理系统与所述二氧化碳和氧气气体混合装置通过所述二氧化碳高压进气管连通；所述制氧设备与所述二氧化碳和氧气气体混合装置通过所述氧气高压进气管连通；所述二氧化碳和氧气气体混合装置的出气孔与所述混合气储气罐连通；所述混合气储气罐与所述燃烧系统连通；所述燃烧系统与所述储气罐连通；所述储气罐与所述尾气处理系统连通；

所述尾气处理系统包括脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统，所述脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统连接有中间半成品收集器；

所述尾气处理系统还包括：缓冲罐、分水箱、干燥系统、吸附系统、冷凝系统、精制系统、压缩机和冷冻机，所述储气罐与所述缓冲罐连通，所述缓冲罐与所述分水箱连通，所述压缩机作用于所述分水箱对尾气进行压缩，所述分水箱与所述脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统连通，所述脱硫、脱氮、脱脂、除杂系统与所述干燥系统连通，所述干燥系统与所述吸附系统连通，以脱除油脂、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢，所述吸附系统与所述二氧化碳和氧气气体混合装置连通提供经脱脂处理后的二氧化碳，以避免循环过程中有害物质浓度的增加而产生爆炸的危险；

所述吸附系统与所述冷凝系统连通，所述冷冻机作用于所述冷凝系统，所述冷凝系统与所述精制系统连通；

所述圆柱形混合桶的内壁设置有向内侧凸出并且竖直向下延伸的挡板，所述圆柱形混合桶内腔具有相互交错的横向隔板和纵向隔板，所述横向隔板和所述纵向隔板与所述圆柱形混合桶内壁具有一定间距。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，所述圆柱形混合桶的桶底设置为圆锥形桶底，所述出气孔设置于所述圆锥形桶底下端。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，所述二氧化碳和氧气气体混合装置的所述二氧化碳高压进气管和所述氧气高压进气管均通过流量控制阀控制进气量，控制氧气和二氧化碳进气比例为4.5：5.5至 7:3之间。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，所述尾气处理系统还连接有二氧化碳产品收集器。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳和氧气混合气体助燃污染气体零排放系统，其特征在于，所述二氧化碳和氧气气体混合装置、混合气储气罐、燃烧系统、尾气处理系统、制氧设备、储气罐和所述二氧化碳产品收集器均通过总控制系统控制。

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