CN110015641A - 磁场围聚氧装置、炉窑燃烧系统及磁场围聚氧燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场围聚氧装置、包含该磁场围聚氧装置的炉窑燃烧系统及磁场围聚氧燃烧方法，该磁场围聚氧装置包括依次连接的进气管段、涡流管段、聚氧管段、氮氧分离管段和排氧管段，聚氧管段由壳体、柱形磁铁和导磁金属毯，多个柱形磁铁依次间隔围绕壳体的内壁排列形成磁场席；导磁金属毯设于磁场席的侧面形成磁场围。该磁场围聚氧装置及磁场围聚氧燃烧方法能够提高助燃气流中的氧气含量，能耗低，可提高燃烧效率，节约燃料，降低二氧化碳含量，显著提高热效率，便于推广。

Description

磁场围聚氧装置、炉窑燃烧系统及磁场围聚氧燃烧方法

技术领域

本发明涉及节能领域，尤其涉及一种磁场围聚氧装置、包含该磁场围聚氧装置的炉窑燃烧系统及磁场围聚氧燃烧方法。

背景技术

通常采用膜法制氧、分子筛制氧、电解制氧等技术产生助氧以用于燃料燃烧。然而，膜法制氧、分子筛制氧，电解制氧等技术均需要电力能源，其节省燃料的成本与产制氧的成本相当，所以用于工业炉窑燃烧系统时受到非常大的局限，不宜推广。

发明内容

基于此，有必要提供一种低能耗的磁场围聚氧装置、包含该磁场围聚氧装置的炉窑燃烧系统及磁场围聚氧燃烧方法，能够提高助燃气流中的氧气含量，提高燃烧效率，节约燃料，降低二氧化碳含量，并可显著提高热效率，便于推广。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种磁场围聚氧装置，包括进气管段、涡流管段、聚氧管段、氮氧分离管段、排氮管段和排氧管段；

进气管段的进气端用于接收空气，涡流管段的进气端连接进气管段的出气端，所述涡流管段设有空气旋流器，聚氧管段的进气端连接涡流管段的排气端，聚氧管段的出气端连接氮氧分离管段的进气端，氮氧分离管段具有排氧端口和排氮端口，排氮管段的进气端连接该排氮端口，排氧管段的进气端连接该排氧端口；

其中，所述聚氧管段由壳体、柱形磁铁和导磁金属毯，所述柱形磁铁有多个，多个所述柱形磁铁依次间隔围绕壳体的内壁排列，形成磁场席；所述导磁金属毯覆盖所述磁场席的侧面，形成磁场围。

进一步地，所述导磁金属毯有两层，分别包裹所述磁场席的两侧面。

进一步地，所述聚氧管段包括顺次连接的初级聚氧区段、中级聚氧区段和高级聚氧区段；所述初级聚氧区段的进气端连接所述涡流管段的排气端，所述初级聚氧区段和所述中级聚氧区段均为管径沿进气端至出气端呈逐渐扩大的锥桶状结构或圆台体结构，且所述中级聚氧区段的管径大于所述初级聚氧区段的管径；所述高级聚氧区段为管径沿进气端至出气端呈逐渐缩小的锥桶状结构或圆台体结构，所述高级聚氧区段的出气端连接所述氮氧分离管段段的进气端。

在其中一个实施例中，所述导磁金属毯为厚度10-50mm的金属丝毡毯。

在其中一个实施例中，所述金属丝毡毯的金属丝的直径小于0.1mm。

在其中一个实施例中，所述柱形磁铁为钕镍钴铁堋合金磁铁。

在其中一个实施例中，所述的磁场围聚氧装置还包括排废罐，所述排废罐连接所述涡流管段的底部，用于回收水分和渣滓。

一种炉窑燃烧系统，包括鼓风机、混合燃烧器、炉窑和上述任一项所述的磁场围聚氧装置；鼓风机的出气端通过管道连接所述进气管段的进气端，混合燃烧器的进气端通过管道连接排氧管段的出气端，混合燃烧器的出气端通过管道连接所述炉窑。

一种磁场围聚氧燃烧方法，采用上述所述的炉窑燃烧系统，包括如下步骤：

向磁场围聚氧装置的进气管段供应空气，制备经极化处理后的聚氧助燃气流；

将所述经极化处理后的聚氧助燃气流与燃气混合，燃烧。

在其中一个实施例中，所述经极化处理后的聚氧助燃气流中氧气的含量为25-32％。

通常工业炉的燃料和空气混合燃烧时，空气含氧气量为21.9％。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的磁场围燃烧聚氧装置通过采用永久磁铁和导磁金属毯形成磁场围，由于氧气和氮气分别具有顺磁和逆磁的特殊物理特性，当空气进入高强磁场围后，空气中的氧原子和氮原子会在磁场围的引力作用下产生磁效应，分别发生不同的偏转，具有极化助燃空气的作用，使得原有杂乱无序的气流变为有序排列，从而会形成有序的磁效应磁场围聚氧气流从而可以使聚氧助燃气流中的氧气含量可增加至25-32％。具体变化过程如图1所示。

实践证明，当助燃空气的含氧量在25-32％时，燃烧效率最高，采用本发明磁场围燃烧聚氧装置即可低能耗地达到这个指标。

(2)聚氧燃烧是使燃料中的挥发份和没燃尽的碳粒子在聚氧中充分燃烧，在不增加燃料和其他能耗的前提下，火焰温度可提高100～350℃，使燃烧速度加快，热辐射迅速增强的技术。

空气在经过“效应磁场围-聚氧燃烧系统”里面的高磁磁场围组后，各种气体原子在磁场围的作用下有序排列，形成“磁化气体”，或者称“经极化处理后的聚氧助燃气流”。如图2所示，在燃烧过程中，与常规的空气燃烧状态相比，氧气气体原子排列间隔有序的磁化气体能更加充分的和燃料接触燃烧，加大燃烧范围，提高火焰温度，更利于燃料的充分燃烧。

该技术强化燃烧，降低空气过量系数，降低燃烧后的排气量和粉尘量，降低二氧化碳，提高燃烧效率，使燃料在聚氧燃烧中转化成热能。这种创新的方式又被称为“磁效应聚氧气流磁场围助燃”。

(3)通过设置包括磁场围燃烧聚氧装置的炉窑燃烧系统，采用对助燃空气进行增大氧含量的措施，排除多余氮气，力将21.9％含氧量的空气形成含氧量提升增加5-16％的助燃极化聚氧气流，可使燃烧更剧烈，必然加速炉窑内温度的提升，炉窑保温时的能耗降低。

(4)自然空气与燃料的混合燃烧，空气中的氧气是与燃料混合燃烧的介质，80％的其它气体都随烟道排除，而且带走大量的热量。而采用利用磁场围燃烧聚氧装置产生的聚氧助燃气流，可进一步节约能耗。

(5)另外，聚氧炉窑燃烧系统若配合燃料聚能加速器使用，节能效果可递增10-18％。同时，因为燃烧的更加充分，尾气烟气得到很大改善，可降低二氧化碳排放，并可提高20％热效率，节约能源。

附图说明

图1为空气流极化前后的状态示意图；

图2为常规空气燃烧状态与磁化气体燃烧状态的对比图；

图3为一实施方式的炉窑燃烧系统的结构示意图；

图4为图3中磁场围聚氧装置的磁场席的局部结构示意图；

图5为图3中磁场围聚氧装置的磁场围的一视角的局部结构示意图；

图6为图3中磁场围聚氧装置的磁场围的另一视角的局部结构示意图；

图7为图5中磁场围的导磁金属毯的结构示意图；

图8为图3中磁场围聚氧装置的空气旋流器及排废罐的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、炉窑，20、混合燃烧器，30、磁场围燃烧聚氧装置，31、进气管段，311、空气旋流器，312、排废罐，32、聚氧管段，3201、壳体，3202、柱形磁铁，32021、固定网，3203、导磁金属毯，321、初级聚氧区段，322、中级聚氧区段，323、高级聚氧区段，33、氧氮分离管段，34、排氧管段，35、排氮管段，40、鼓风机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请结合图3，一实施方式的炉窑燃烧系统，包括炉窑10、混合燃烧器20、磁场围聚氧装置30和鼓风机40。

在本实施方式中，鼓风机40的出气端通过管道连接磁场围聚氧装置30的进气管段31的进气端，混合燃烧器20的进气端通过管道连接磁场围聚氧装置30的排氧管段34的出气端，混合燃烧器20的出气端通过管道连接炉窑40，从而形成工业用的磁场围聚氧燃烧系统。

具体地，磁场围聚氧装置30包括进气管段31、涡流管段、聚氧管段32、氮氧分离管段33、排氮管段34和排氧管段35。

进气管段31的进气端用于接收鼓风机40鼓入的新鲜空气。涡流管段的进气端连接进气管段31的出气端，涡流管段设有空气旋流器311。采用空气旋流器311可以使新鲜空气自动涡旋形成干净的空气上升，产生水分和颗粒状渣滓。聚氧管段33的进气端连接涡流管段的排气端，聚氧管段32的出气端连接氮氧分离管段33的进气端，氮氧分离管段33具有覆盖中轴线区域的排氧端口和设于侧壁上的排氮端口，排氮管段35的进气端连接该排氮端口。排氧管段34的进气端连接该排氧端口，用于排出经极化处理后的富氧空气。优选地，涡流管段、聚氧管段32和氮氧分离管段33的中轴线重合，可更好地促进聚氧效果和聚氮效果。

请进一步结合图4至图7，聚氧管段32由壳体3201、柱形磁铁3202和导磁金属毯3203。柱形磁铁3202有多个，多个柱形磁铁3202依次间隔围绕壳体3201的内侧壁排列，形成磁场席。具体地，多个柱形磁铁3202通过固定网32021实现固定。导磁金属毯3203覆盖磁场席的侧面，形成磁场围。进一步地，导磁金属毯3203优选有两层，分别包裹磁场席的两侧面，形成强吸附聚氧区段。

结合图3中磁场围聚氧装置30内的气流走向示意箭头，通过空气旋流器311处理后的上旋的空气将大部分集中经过聚氧管段32的腔体内的周边磁场围。因为旋流的作用，含氧气浓的空气将集中在聚氧吸附腔体内的周边的磁场围，腔体的中间将集聚含氮浓的空气。这样一来，借助鼓风机40的压力，两种不同浓度的空气，经过分离后各自排到不同的管道，形成聚氧空气和聚氮空气。

更优选地，导磁金属毯3203为厚度10-50mm的金属丝毡毯。金属丝毡毯所采用的金属丝的直径小于0.1mm。

另外，壳体3201优选高导磁外壳。柱形磁铁3202优选为钕镍钴铁堋等合金磁铁。

利用高强度、耐高温的钕镍钴铁堋等合金磁性材料形成的磁场围吸附技术可更好地集聚氧气，提升助燃空气中的氧气含量，提升燃烧效率。

进一步地，聚氧管段32优选包括顺次连接的初级聚氧区段321、中级聚氧区段322和高级聚氧区段323。初级聚氧区段321的进气端连接涡流管段的排气端，初级聚氧区段321和中级聚氧区段322均为管径沿进气端至出气端呈逐渐扩大的锥桶状结构或圆台体结构，且中级聚氧区段322的管径大于初级聚氧区段的管径。高级聚氧区段323为管径沿进气端至出气端呈逐渐缩小的锥桶状结构或圆台体结构，高级聚氧区段323的出气端连接氮氧分离管段33(氮氧分离器)的进气端。

该三级聚氧结构设计可以将旋净的空气顺次进入初级聚氧区段321的初级氧气吸附腔、中级聚氧区段322的中级氧气吸附腔和高级聚氧区段323的高级氧气吸附腔，使氧气和氮气具有充分的分离区间，从而有效保证排氧管段35排出的聚氧助燃空气中的含氧量。

另外，请进一步结合图8，本实施方式的磁场围聚氧装置30还包括排废罐312。排废罐312连接涡流管段的底部，用于回收水分和渣滓。排废罐312的底部设置渣水排放阀，便于排出渣水。

一种磁场围聚氧燃烧方法，采用上述炉窑燃烧系统，包括如下步骤：

S1，通过鼓风机40向磁场围聚氧装置30的进气管段31供应空气，经聚氧管段32进行磁吸附聚氧，再经氮氧分离管段33分离，制备经极化处理后的聚氧助燃气流。

S2，将步骤S1获得的经极化处理后的聚氧助燃气流与燃气混合，燃烧，热气进入炉窑10。

优选地，经极化处理后的聚氧助燃气流中氧气的含量为25-32％，保证始终处于较高的燃烧效率。

本发明的磁场围聚氧装置30利用磁场围聚氧燃烧技术，其原理是利用氧分子和氮分子的不同的顺磁性和逆磁性，使得两种气体分子经过高导磁磁场围发生不同方向的偏转，通过设置足够的分离区间，得到富氧空气和富氮空气，排出富氮空气，剩下的就是所需要的富氧空气，用作助燃气体。

本发明的的磁场围聚氧燃烧方法在燃烧过程中，一是提高助燃空气的氧含量(保持含氧量在25-32％)，氧气气体原子排列间隔有序，能更加充分的和燃料接触燃烧，加大燃烧范围；二是可以提高火焰温度100～350℃，更利于燃料的充分燃烧，能够提高20％热效率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁场围聚氧装置，其特征在于，包括进气管段、涡流管段、聚氧管段、氮氧分离管段、排氮管段和排氧管段；

进气管段的进气端用于接收空气，涡流管段的进气端连接进气管段的出气端，所述涡流管段设有空气旋流器，聚氧管段的进气端连接涡流管段的排气端，聚氧管段的出气端连接氮氧分离管段的进气端，氮氧分离管段分别具有排氧端口和排氮端口，排氮管段的进气端连接该排氮端口，排氧管段的进气端连接该排氧端口；

其中，所述聚氧管段由壳体、柱形磁铁和导磁金属毯，所述柱形磁铁有多个，多个所述柱形磁铁依次间隔围绕壳体的内壁排列，形成磁场席；所述导磁金属毯覆盖所述磁场席的侧面，形成磁场围。

2.根据权利要求1所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，所述导磁金属毯有两层，分别包裹所述磁场席的两侧面。

3.根据权利要求2所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，所述聚氧管段包括顺次连接的初级聚氧区段、中级聚氧区段和高级聚氧区段；

所述初级聚氧区段的进气端连接所述涡流管段的排气端，所述初级聚氧区段和所述中级聚氧区段均为管径沿进气端至出气端呈逐渐扩大的锥桶状结构或圆台体结构，且所述中级聚氧区段的管径大于所述初级聚氧区段的管径；

所述高级聚氧区段为管径沿进气端至出气端呈逐渐缩小的锥桶状结构或圆台体结构，所述高级聚氧区段的出气端连接所述氮氧分离管段的进气端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，所述导磁金属毯为厚度10-50mm的金属丝毡毯。

5.根据权利要求4所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，所述金属丝毡毯的金属丝的直径小于0.1mm。

6.根据权利要求1至3任一项所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，所述柱形磁铁为钕镍钴铁堋合金磁铁。

7.根据权利要求1至3任一项所述的磁场围聚氧装置，其特征在于，还包括排废罐，所述排废罐连接所述涡流管段的底部，用于回收水分和渣滓。

8.一种炉窑燃烧系统，其特征在于，包括鼓风机、混合燃烧器、炉窑和权利要求1至7任一项所述的磁场围聚氧装置；

鼓风机的出气端通过管道连接所述进气管段的进气端，混合燃烧器的进气端通过管道连接排氧管段的出气端，混合燃烧器的出气端通过管道连接所述炉窑。

9.一种磁场围聚氧燃烧方法，其特征在于，采用权利要求8所述的炉窑燃烧系统，包括如下步骤：

向磁场围聚氧装置的进气管段供应空气，制备经极化处理后的聚氧助燃气流；

将所述经极化处理后的聚氧助燃气流与燃气混合，燃烧。

10.根据权利要求9所述的磁场围聚氧燃烧方法，其特征在于，所述经极化处理后的聚氧助燃气流中氧气的含量为25-32％。