CN107588661B - 回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，旨在解决现有的制氧方法耗电比较严重的问题。回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，包括依次相连的离心式增压供风机、原料风平衡均压箱、空气电离装置组件、富氧前集吸附仓、永磁罗茨风机、离子均压还原罐和脉冲放电系统。空气电离装置组件包括阴极回旋涡流式放电器、阳极星伞式多点放电器、网桶形负极静电网、夹装式正极静电网和同极对置夹装电网式梯度磁组。阴极回旋涡流式放电器和阳极星伞式多点放电器均与脉冲放电系统电连接。通过对空气增压，在阴极回旋涡流式放电器和阳极星伞式多点放电器电离过程中空气密度达标，节省了放电电流，增加处理量。

Description

回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统

技术领域

本发明技术可广泛应用于水泥建材、石灰煅烧等回转窑助燃领域，本发明涉及回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统。

背景技术

现有的制氧方法主要包括：深冷法、变压吸附法和膜法富氧；但是这三种制氧方法存在以下缺点：

深冷法：其投资大，设备运行电耗大，所制取氧纯度96％以上，其大额的投资及运行中的高电耗，导致其投资与回报不成正比，因此无法实现富氧工业化普及应用。

变压吸附法：由于其使用了昂贵的分子筛做吸附剂，及复杂的变压吸附过程，导致其自身运行电耗过大，再加上分子筛吸附剂在实际应用过程中会受压缩水分饱和，导致中毒，因此增大了售后费用，投资回收同样不成正比。

膜法富氧：本技术因膜组件价格贵，使用过程中更换率高，自身运行电耗高，对设备现场使用环境质量要求高，因其三高已被工业行业淘汰。

发明内容

本发明提供了回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，旨在解决现有的制氧方法耗电比较严重的问题。

为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，根据空气的流动从上游到下游包括依次相连的离心式增压供风机、原料风平衡均压箱、空气电离装置组件、富氧前集吸附仓、永磁罗茨风机、离子均压还原罐和脉冲放电系统。空气电离装置组件至少有一组；每组空气电离装置组件均包括阴极回旋涡流式放电器、阳极星伞式多点放电器、网桶形负极静电网、夹装式正极静电网和同极对置夹装电网式梯度磁组。原料风平衡均压箱上设有排气口，富氧前集吸附仓上设有与排气口一一对应的进风口；网桶形负极静电网固定在原料风平衡均压箱和富氧前集吸附仓之间且与一组对应的排气口和进风口相连通；阳极星伞式多点放电器、夹装式正极静电网和同极对置夹装电网式梯度磁组均设置在网桶形负极静电网内；阴极回旋涡流式放电器设置在排气口处，同极对置夹装电网式梯度磁组设置在对应的进风口处，阳极星伞式多点放电器固定在同极对置夹装电网式梯度磁组靠近排气口的一端；夹装式正极静电网设置在同极对置夹装电网式梯度磁组内。阴极回旋涡流式放电器和阳极星伞式多点放电器均与脉冲放电系统电连接。

进一步，回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，还包括固定或作为一个侧面设置在原料风平衡均压箱上的阴极固定绝缘板，阴极回旋涡流式放电器和网桶形负极静电网均与阴极固定绝缘板固定连接。

进一步，回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，还包括固定或作为一个侧面设置在富氧前集吸附仓上的磁组件固定绝缘板，同极对置夹装电网式梯度磁组和网桶形负极静电网均与磁组件固定绝缘板固定连接。

进一步，阳极星伞式多点放电器由固定在同极对置夹装电网式梯度磁组上的放电棒和设置在放电棒上且呈伞状分布的若干个放电分支构成。可以有多个放电点。

进一步，阴极回旋涡流式放电器为一个与排气口连通的放电管件，放电管件侧壁上设有通孔。

进一步，同极对置夹装电网式梯度磁组由若干个环形磁铁采用N极对N极，以及S极对S极的排序方式组成，同极对置夹装电网式梯度磁组由内径相同且外径大小有两种的环形磁铁构成，外径大小不同的环形磁铁间隔排序组合；相邻的两个环形磁铁均夹装有夹装式正极静电网。

进一步，离心式增压供风机和原料风平衡均压箱之间设有原料风均风挡板。

进一步，还包括PLC控制柜以及与PLC控制柜电连接的触屏；离子均压还原罐上设有压力补偿传感器、自动压力调节阀和智能在线测氧仪；压力补偿传感器、自动压力调节阀和智能在线测氧仪均与PLC控制柜电连接。

进一步，离心式增压供风机、网桶形负极静电网、同极对置夹装电网式梯度磁组、永磁罗茨风机和脉冲放电系统均与PLC控制柜电连接。。

进一步，PLC控制柜与远程控制联机通道相连。

与现有技术相比本发明的优点是：

本发明采用离心式增压供风机可以让原料空气在压力做用下增加密度；使原料空气压入后，在阴极回旋涡流式放电器和阳极星伞式多点放电器电离过程中空气密度达标，节省放电电流，增加处理量。

通过空气电离装置组件产生的磁场与电场对压缩空气电离、磁化切割形成氧分子(O2)、原子(O)、离子(OH-)、质子(H+)、电子(e-)等有助于燃烧的粒子。

投资小回报快，18个月内可以收回投资。制造成本低，投资比是深冷法的40％，变压吸附法的45％，膜法的50％。自身运营费用低，电耗是上述三种方法中电耗最低膜法的40％。运行稳定，售后少，采用西门子、ABB等优质部件，常规保养即可。使用寿命长，核心磁组件寿命为8～10年。对环境要求低，适合于各种工业环境厂况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为图1中B处的局部放大图。

图3为同极对置夹装电网式梯度磁组原理结构示意图。

图4为图3中的A处的局部放大图。

具体实施方式

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，根据空气的流动方向从上游到下游包括依次相连的离心式增压供风机1、原料风均风挡板2、原料风平衡均压箱3、阴极固定绝缘板4、空气电离装置组件、磁组件固定绝缘板10、富氧前集吸附仓11、永磁罗茨风机12和离子均压还原罐13。离子均压还原罐13上设有输出管道。

其中，阴极固定绝缘板4固定或作为一个侧面设置在原料风平衡均压箱3上，磁组件固定绝缘板10固定或作为一个侧面设置在富氧前集吸附仓11上。

参阅图1，本实施例中空气电离装置组件有五组，空气电离装置组件组数可以根据实际情况进行设置且至少为一组。

参阅图1和图2，每组空气电离装置组件均包括阴极回旋涡流式放电器5、阳极星伞式多点放电器6、网桶形负极静电网7、夹装式正极静电网8和同极对置夹装电网式梯度磁组9；

原料风平衡均压箱3上设有排气口，富氧前集吸附仓11上设有与排气口一一对应的进风口；网桶形负极静电网7一端固定在阴极固定绝缘板4上，另一端固定在磁组件固定绝缘板10上且网桶形负极静电网7与一组对应的排气口和进风口相连通；阳极星伞式多点放电器6、夹装式正极静电网8和同极对置夹装电网式梯度磁组9均设置在网桶形负极静电网7内；阴极回旋涡流式放电器5设置在排气口处且阴极固定绝缘板4上，同极对置夹装电网式梯度磁组9设置在对应的进风口处且固定在磁组件固定绝缘板10上，阳极星伞式多点放电器6固定在同极对置夹装电网式梯度磁组9靠近排气口的一端；夹装式正极静电网8设置在同极对置夹装电网式梯度磁组9内。

回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，还包括脉冲放电系统19；阴极回旋涡流式放电器5和阳极星伞式多点放电器6均与脉冲放电系统19电连接。

参阅图2、图3和图4，同极对置夹装电网式梯度磁组9由九个环形磁铁采用N极对N极，以及S极对S极的排序方式组成，同极对置夹装电网式梯度磁组9由内径相同且外径大小有两种的环形磁铁构成，外径大小不同的环形磁铁间隔排序组合；同极对置夹装电网式梯度磁组9会形成凹凸不平磁性梯度磁场，形成一个外推式大半圆磁能场D，同时大半圆磁能场中有10000高斯以上超强的小半圆磁能场X，而每个小半圆磁能场中均夹装有夹装式正极静电网8，即夹装式正极静电网8夹装在相邻的两个环形磁铁内。

回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，还包括PLC控制柜17以及与PLC控制柜17电连接的触屏18；离子均压还原罐13上设有压力补偿传感器14、自动压力调节阀15和智能在线测氧仪16；压力补偿传感器14、自动压力调节阀15和智能在线测氧仪16均与PLC控制柜17电连接。PLC控制柜17与远程控制联机通道20相连。

离心式增压供风机1、网桶形负极静电网7、同极对置夹装电网式梯度磁组9、永磁罗茨风机12和脉冲放电系统19均与PLC控制柜17电连接。

下面结合本发明的工作原理做进一步说明：

离心式增压供风机1：采用9000pa以上压力风机，将普通原料空气压缩供入原料风平衡均压箱3平衡均压，然后分配到阴极回旋涡流式放电器5让原料空气在压力做用下增加密度；使原料空气压入后，在阴极回旋涡流式放电器5和阳极星伞式多点放电器6电离过程中空气密度达标，节省放电电流，增加处理量。

原料风均风挡板2：用于阻挡由离心式增压供风机1供入的原料空气直射，实现四面分流，可以使流向原料风平衡均压箱3的压力均衡。

原料风平衡均压箱3：用于把由离心式增压供风机1供入且再由原料风均风挡板2阻挡分流后的原料空气封闭，进入原料风平衡均压箱的风进一步产生涡流增压，使箱内气体分布均匀，平衡分配给原料风平衡均压箱3的排气口处，使阴极回旋涡流式放电器5得到稳定的气流。

阴极固定绝缘板4：采用绝缘材料制做，可以与原料风平衡均压箱3组合形成密封空间涡流增压，同时用于安装固定阴极回旋涡流式放电器5及网桶形负极静电网7，并对固定阴极回旋涡流式放电器5及网桶形负极静电网7所输入电流起到绝缘作用。

阴极回旋涡流式放电器5：为一个与排气口连通的放电管件，放电管件侧壁上设有通孔。与阳极星伞式多点放电器6结合形成脉冲放电、电离，原料空气由于受离心式增压供风机1压力压缩后密度增大，使阴极回旋涡流式放电器5和阳极星伞式多点放电器6电离过程中电耗小，电离空气量增加。

阳极星伞式多点放电器6：阳极星伞式多点放电器6由固定在同极对置夹装电网式梯度磁组9上的放电棒和设置在放电棒上且呈伞状分布的若干个放电分支构成。连接脉冲放电系统19做功，结合阴极回旋涡流式放电器5，形成正、负极脉冲放电区，输出放射脉冲电流，脉冲放射电压可高达7～10KV，使供入原料空气充分电离形成离子态(第四态)。

网桶形负极静电网7：顾名思义，其为由网制成的圆桶状；用高导铜网制造，用于将阴极回旋涡流式放电器5与阳极星伞式多点放电器6电离后气流中的正极电子亲和吸引，与逆磁性氮气一起被由离心式增压供风机1增压气流推送前行，从网桶形负极静电网7侧壁的网孔排出，使气体纯化。

夹装式正极静电网8：用高导铜网制造，夹装于同极对置夹装电网式梯度磁组9中，接入正极电源后形成，结合网桶形负极静电网7形成正、负极分选极相电网，使供入气流中负电子，负氧离子产生亲和力，使正、负离子、电子极选分离配合同极对置夹装电网式梯度磁组9完成极相电场亲和吸引及磁场对顺磁性粒子的引聚。

同极对置夹装电网式梯度磁组9：采用稀土永磁N/50型以上高标号磁材制造，如图3和图4，采用NN及SS同极对置排序，采用外径大小不同的环形磁铁间隔排序组合，形成凹凸不平磁性梯度磁场，使磁能充分形成外推式大半圆磁能场D，大半圆磁能场D中有若干个中半圆磁能场Z，大半圆磁能场D中有若干个10000高斯以上超强的小半圆磁能场X，而每个小半圆磁能场X中夹装有夹装式正极静电网8，使其形成磁、电组合双极能量场，把气体中顺磁性及亲和阳极粒子：氧、氧原子、负离子、负电子等亲和吸引聚集，制取应用。

磁组件固定绝缘板10：主要用于固定同极对置夹装电网式梯度磁组9，并结合富氧前集吸附仓11形成密封式存储仓，将排放废气隔离，同时将供入电流绝缘，防止传导外输。

富氧前集吸附仓11：为一个富氧离子气体的存储仓；将由上述工序作功后产生富氧离子气体集储封存，结合永磁罗茨风机12吸附推送，输出应用。

永磁罗茨风机12：将集存在富氧前集吸附仓11中富氧离子气体吸附输送至离子均压还原罐13中增压稳流。

离子均压还原罐13：将永磁罗茨风机12供入气流涡流增压，使气体密度压缩，让气体中超氧化粒子：O、Oe-、OH-、e-等电离裂解后气体增加亲和范围，快速还原输出应用；离子均压还原罐13上连有富氧应用输出管道21。

压力补偿传感器14：用于监测离子均压还原罐13中压力，及时反馈信息，下达增、减指令，指挥自动压力调节阀15按指令完成操作工序。

自动压力调节阀15：接收压力补偿传感器14下达指令信号，根据指令完成增、减压力闭合、开启。

智能在线测氧仪16：实时监测分析气体中氧含量，输出信号，结合触屏18完成屏目显示数据，便于监测调控。

PLC控制柜17：连接启动、停止开关，同时连接离心式增压供风机1、网桶形负极静电网7、夹装式正极静电网8和永磁罗茨风机12执行电源系统开、关。并连接压力补偿传感器14、自动压力调节阀15、智能在线测氧仪16、触屏18、脉冲放电系统19和远程控制联机通道20接收输出、输入信号，完成全智能化自动调控，及各种安全监测、保护。

触屏18：连接PLC控制柜17接收信号，展现手动操作板块，实现现场监控操作备用功能。

脉冲放电系统19：其属于现有常规技术，这里不再赘述；其用于接收PLC控制柜17供入电源作功，用于将380Ⅴ电流通过脉冲逆变升压至7～10Kv脉冲电流，输出供入阴极回旋涡流式放电器5与阳极星伞式多点放电器6完成对空气电离裂解。

远程控制联机通道20：将PLC控制柜17作功指令信号连接中控室，与中控联机，执行远程控制功能，远程控制联机通道20可以为互联网，用于传输到远程控制服务器或移动终端，便于远程控制。

富氧应用输出管道21：连接回转窑窑头和窑尾助燃风管道，供入富氧气流，完成富氧制取与富氧燃烧助燃节能技术工艺。

本发明的构造主要利用了磁场与电场对空气电离、磁化切割形成离子态的物理原理特性，以及氧分子(O2)、原子(O)、离子(OH-)、质子(H+)、电子(e-)等有助于燃烧的粒子在电场与磁场中所起到的变化效应。其中，变化效应包括：1、电离效应：分离裂解、碰撞分裂、再分离裂变，使空气中离子态粒子永远雪磞、分裂、产生；通过阴极回旋涡流式放电器5和阳极星伞式多点放电器6实现。2、磁化效应：顺磁性粒子引聚，离子、电子的自旋增磁引聚，制取中的切割分裂，使自旋增磁后的负极电子附着于顺磁性氧分子、原子上让其顺磁性提高；通过同极对置夹装电网式梯度磁组9实现。3、静电场亲和效应：对离子、电子的亲和力吸引，正、负离子、电子极向的分选，使电子荷氧后氧分子、原子、正负电子更易被磁场与极相静电网所引聚、亲和吸引，完成极选分离；通过网桶形负极静电网7和夹装式正极静电网8实现。

本发明系统装置充分利用了脉冲高频电场对空气的电离，使电离处理后空气形成第四态离子态，让气体分子回归原子、离子、中子、质子、电子化。并将电离裂解形成小粒径粒子中有助于燃烧应用的氧成分(O)、质子成分(H)、及自旋附着于O上的负电子(Oe-)通过磁场与极选静电场极分、引聚制取应用。

由于氧是顺磁性粒子，在磁场中会受到磁力吸引走向磁场，聚集吸附于磁场中，而电离裂解后离子态中的负极电子在失单后表现出来对O的亲和力，同时由于失单后形成正、负极电子核，在设置静电场中会因极向亲和力效应导致正极电子被负极电网引聚，负极电子被阳极引聚，完成极相分选，同时失单后负极电子会活跃自旋，增大了顺磁性，同O及O2结合走向磁场与磁场中所设置阳极静电网区磁、电效应区，被引聚富集制取应用。

实际运行测试证实，通过上述发明方法所制取气流中的氧含量高过30％，同时含有大量O及离子、质子、电子等超氧化成分。本装置系统应用于干法回转窑煅烧炉系统上可有效提高燃烧效率，节省燃料5～10％，并能有效控制因燃烧不充分所导致的CO生成，减少NOⅹ的生成，达到了节省燃料、减少排放的目的。本发明技术可广泛应用于水泥建材、石灰煅烧等各种行业回转窑助燃领域，并适用于煤粉、石油胶、天然气、柴油、生物质、垃圾等燃料。

本发明是一种通过磁场与电场对空气进行预处理后，将所制取气流中的氧含量提高到30～35％的一种富氧制取系统。通过本系统所制取富氧气流应用于回转窑煅烧过程中，可有效提高燃烧效率，节省燃料5～10％，并能有效控制燃烧不充分CO的生成，及减少NOx的排放，充分做到节省燃料：减少排放的目的。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：根据空气的流动从上游到下游包括依次相连的离心式增压供风机(1)、原料风平衡均压箱(3)、空气电离装置组件、富氧前集吸附仓(11)、永磁罗茨风机(12)、离子均压还原罐(13)和脉冲放电系统(19)；

空气电离装置组件至少有一组；每组空气电离装置组件均包括阴极回旋涡流式放电器(5)、阳极星伞式多点放电器(6)、网桶形负极静电网(7)、夹装式正极静电网(8)和同极对置夹装电网式梯度磁组(9)；

原料风平衡均压箱(3)上设有排气口，富氧前集吸附仓(11)上设有与排气口一一对应的进风口；网桶形负极静电网(7)固定在原料风平衡均压箱(3)和富氧前集吸附仓(11)之间且与一组对应的排气口和进风口相连通；阳极星伞式多点放电器(6)、夹装式正极静电网(8)和同极对置夹装电网式梯度磁组(9)均设置在网桶形负极静电网(7)内；阴极回旋涡流式放电器(5)设置在排气口处，同极对置夹装电网式梯度磁组(9)设置在对应的进风口处，阳极星伞式多点放电器(6)固定在同极对置夹装电网式梯度磁组(9)靠近排气口的一端；夹装式正极静电网(8)设置在同极对置夹装电网式梯度磁组(9)内；

阴极回旋涡流式放电器(5)和阳极星伞式多点放电器(6)均与脉冲放电系统(19)电连接；阳极星伞式多点放电器(6)由固定在同极对置夹装电网式梯度磁组(9)上的放电棒和设置在放电棒上且呈伞状分布的若干个放电分支构成；

还包括固定或作为一个侧面设置在原料风平衡均压箱(3)上的阴极固定绝缘板(4)，阴极回旋涡流式放电器(5)和网桶形负极静电网(7)均与阴极固定绝缘板(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：还包括固定或作为一个侧面设置在富氧前集吸附仓(11)上的磁组件固定绝缘板(10)，同极对置夹装电网式梯度磁组(9)和网桶形负极静电网(7)均与磁组件固定绝缘板(10)固定连接。

3.根据权利要求1所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：阴极回旋涡流式放电器(5)为一个与排气口连通的放电管件，放电管件侧壁上设有通孔。

4.根据权利要求1所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：同极对置夹装电网式梯度磁组(9)由若干个环形磁铁采用N极对N极，以及S极对S极的排序方式组成，同极对置夹装电网式梯度磁组(9)由内径相同且外径大小有两种的环形磁铁构成，外径大小不同的环形磁铁间隔排序组合；相邻的两个环形磁铁均夹装有夹装式正极静电网(8)。

5.根据权利要求1所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：离心式增压供风机(1)和原料风平衡均压箱(3)之间设有原料风均风挡板(2)。

6.根据权利要求1至5任一所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：还包括PLC控制柜(17)以及与PLC控制柜(17)电连接的触屏(18)；离子均压还原罐(13)上设有压力补偿传感器(14)、自动压力调节阀(15)和智能在线测氧仪(16)；压力补偿传感器(14)、自动压力调节阀(15)和智能在线测氧仪(16)均与PLC控制柜(17)电连接。

7.根据权利要求6所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：离心式增压供风机(1)、网桶形负极静电网(7)、同极对置夹装电网式梯度磁组(9)、永磁罗茨风机(12)和脉冲放电系统(19)均与PLC控制柜(17)电连接。

8.根据权利要求6所述的回转窑增压电离极分磁致富氧气流助燃系统，其特征是：PLC控制柜(17)与远程控制联机通道(20)相连。