CN1128502A

CN1128502A - 通过完全消除氧化氮防止燃烧过程污染的方法和装置

Info

Publication number: CN1128502A
Application number: CN95190409A
Authority: CN
Inventors: T·伦顾
Original assignee: ROLIMPEX ANSTALT-LIECHTENSTEIN
Current assignee: ROLIMPEX ANSTALT-LIECHTENSTEIN
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-08-07
Also published as: WO1995024959A1; PL311668A1; CA2163536A1; AU2087095A; HU9503261D0; EP0702591A1

Abstract

通过全部消除排出气体中氮的氧化物防止燃烧过程污染的方法，其特征在于在任何燃烧过程中为了使燃料燃烧，不是使用大气中的空气，而是使用一种由从排气管中取得的燃气和通过超速离心分离从分离装置中取得的纯氧所形成的混合物，按一种适合高效燃烧的比例充分混合均匀，这意味着合成混合物的组成是由从0.00％直到79.0％体积的燃气和从21.0％直到100.0％的氧所形成，对应于所使用的燃料的用量，由于消除了过程中的氮气，因此保证已燃烧气体的体积的排出量减少3.8倍。

Description

通过完全消除氧化氮防止燃烧过程污染的方法和装置

本发明涉及到一种通过完全消除排出的气体中氧化氮来确保防止燃烧过程污染的方法和装置。

本发明可以被应用于防止燃烧过程的污染，可应用于任何有燃烧过程的地方：如内燃机、涡轮发动机或喷气发动机、火力发电厂、炼钢厂、火力凿岩、燃气发生器、水泥和石灰的制造厂、居民区的热电站、取暖用的火炉等等。

人们知道排出气体的组成包括二氧化碳、水蒸气、氮气、氮的氧化物及剩余的氧气。由于空气过多，人们专用它来工作，在上述废气中氮的氧化物要求被收回，因为它对周围环境，包括臭氧层在内很有害；此外，由于在空气中氮的含量很高(78.0％的体积或75.47％的重量Hutte，P538)，由排出的气体损失的热量在31.2％左右。(Hutte，P619)

人们同样知道，例如对于一个相同圆柱形容量的内燃机的功率是由被吸入的空气中氧气的含量和他的热力学条件所限制，对于热力学条件，人们可以不超过燃烧过程所需要燃料的用量，内燃机的构造就是建立在这种协调的基础上的。很显然，在空气中氧的含量大于21％的体积或23.30％重量的情况下，它的功率将提高，在这种情况下，注入更多数量的燃料是可能的。

人们还知道，为了保护周围环境，防止内燃机的污染，人们建造了一些催化净化器，将它们安装在废气排出的线路上，经过净化的排出气体氮的氧化物的含量被减少了近90％。作为交换，它们也降低了发动机的效率近7％，特别是在排气管的气柱内产生了反压力，为了不使由铂、钯和铑组成的催化体系中毒，还必须使用无铅汽油。应该提及的是，除了脆性以外，净化器还有一个使用期的问题，它不超过70000公里的路程，净化器还很贵，一台净化器的价钱相当于一辆新汽车价钱的10％左右。人们还没有明显的意识到由于吸入含有在运输中没有被保护的汽车所排出的铅微粒的空气也能发生催化剂中毒的现象。

还需要提及的是，目前世界上供游览汽车使用的净化器的产量只稳定在每年三万五千台左右，对于现在正在运行的全部车辆就有几亿辆，没有足够的具有催化性能的元素资源可提供。

降低排放气体中氮的氧化物含量的另一种解决办法是将一部分燃烧过的气体再循环，不断地注入一定量的补充空气，超压0.9巴左右，通过涡轮压气机来调节。

不该忘记，防止燃烧过程污染的这种行为还没有在对防止周围环境污染构成严重影响的领域内实施，尤其是在热电厂、地区热电站、水泥和石灰制造厂、飞机、船舶和铁路运输的发动机，包括巡逻舰的发动机在内，在炼钢厂，煤的气化厂等等。

按照本发明，通过完全消除排出的气体中氮的氧化物来防止燃烧过程污染的方法，消除了上述的不利因素。由下列事实说明：不用燃烧所必需的天然空气，而使用一种取自于排出的燃气与通过一种超速离心分离装置所取得的纯氧气所组成的混合气体，按照适合于高效燃烧的比例被均匀混合，经过这些操作，这种混合气体包含有从0.0到79.0％体积的燃气和从21.0％直到100.0％体积的氧气所形成的混合物，相应于所使用燃料的用量，这样就保证减少近3.8倍需排放的废气的体积。因为目前标准燃烧与组成为79.0％氮气和21.0％氧气的大气中空气的燃烧不同，当对一体积气体燃料的燃烧，以空气过量系数为1.05，需要62.5体积空气，其中氧气13.125体积，用于化学计量氧气的量为12.5体积，燃烧以后，产生66.375体积的废气，其中74.39％的氮，12.05％的二氧化碳和13.56％的水蒸汽，在燃烧相同体积的气体燃料时，按照本发明，用合成空气仅需要13.125体积的氧气，两者间的差值为49.375体积(组成为79.0％)，相当于再循环的燃气，燃烧以后这种方法仅仅产生17.625体积的废气，也就是说仅占其它各种方法(没有本发明参与的方法)所排出的废气体积的26.55％的比例，或者说减少了73.45％，所有这些额外的好处均来自于这里：由排气管产生的杂音减少，在排气管里反压力的降低，从而提高了功率等等。例如，就汽车行业而言，随着由排放燃气热量损失的减少，热效率就提高23％左右，同用催化净化器的方法相比，发动机的功率提高了近20.0％，同时对于相同气缸容量发动机功率也有提高的可能性，就发动机而言，用这种方法就意味着本发明提供了与在完全燃烧时所需氧气的给予量相平行的燃料增加的可能性。由于氧气的用量从21.0％向着100％增加，通过改变再循环燃气之间的比例从79.0％直到0.0％，这种比例可以根据需要而随意选择。被排放的废气，以空气过量系数为1.05，其组成近似为45.39％的二氧化碳，51.06％的水蒸气和3.55％的氧气。

按照本发明通过完全消除排出的气体中氮的氧化物来防止燃烧过程中污染所设计的装置消除了上述的缺点，用这种装置，它保证了为实现合成混合物所需要的纯氧，为了应用这种方法在有效的条件下和以连续流动的方式将空气中的氧气分开，用超速离心法比其它已知的任何方法都方便。

按照本发明通过完全消除所排出气体中氮的氧化物来防止燃烧过程污染所设计的装置消除了上述的不足，用这种装置，它保证了为实现合成混合物所需要的纯氧，为了应用这种方法在有效的条件下和以连续流动的方式将空气中的氧气分开，用超过离心法比其它已知的任何方法都方便。

按照本发明以两个阶段分离的离心装置是由下列零件所组成：被切成几段的定子一框架，配备有氮气、氧气，剩余的空气排气孔和空气的吸入孔，定子一框架被严格地安装在传动装置马达的定子上，在图中没有指出，一部吸入空气涡轮机和一个由空气分配阀组成的离心分离转动体，具有斜截锥形式的表面，在分离的第一阶段配备有氧气排气孔、有环状裂缝的部件保证使氧气的第二个相分开，分离器中配备有剩余的空气排气孔和空气导入孔，所有的零件都是严格地被安装的，隔片装配以后，安装在转动轴上的整个装置借助于转动中间轴固定在坚硬的支架上。两个环形的裂缝，经过加工可以这样的方式按尺寸被调整到使分离器能允许或者在氧气的线路上产生纯氧气，或者在氮气的线路上产生纯氮气。用两种或多种零件装配成系列，流动以后，人们可以获得两种具有指定纯度的分离气体。

本发明的好处是：完全消除排放废气中的氮的氧化物；由于排出气体的体积减少了约3.8倍，由排出废气而损失的热量也减少了23.0％左右，在所排出的气体中，人们不再发现有氮气和它的氧化产物，而在大气的空气中，它占的比例是79.0％，因此燃烧的热效率提高了；作为排气流量减少近3.8倍的后果，在排气管中所引起的杂音减少了，同时排气管的反压力也明显地被降低了；与用催化净化器的方法相比由于排气管里反压力的降低，发动机的功率提高了近20.0％；对于相同气缸容量的发动机正如人们所希望的那样具有发射高功率的可能性，也可以说，本发明提供了同对于完全燃烧所需要补给的氧气相平行的允许增加燃料的可能性，因为氧气的用量从21.0％一直增加到100.0％，通过将再循环燃气之间的比例从79.0％改为0.0％，由再循环燃气的额外部分热量的参加也包括在内。

下面按照本发明人们将给出实施例，与示意图相联系，它表示离心装置的纵向剖面图。

按照本发明，两阶段分离的离心装置是由下列零部件所组成：被切成1、2、3和4四段定子一框架，配备有氮气排气孔1a_1…i，配备有氧气排气孔1b_1…i和2a_1…i，剩余空气排气孔3a_1…i和空气的吸入口4a，定子一框架被严格地安装在传动装置马达的定子上，在图中没有指出，一台吸入空气的涡轮机5和一台由空气分配阀6组成的离心分离转动体，有圆锥台形式的表面7，在第二分离段里配备有氧气排气孔7a_1…i，7b_1…i，在第一分离段里圆锥台形的表面8配备有氧排气孔8a_1…i，在环状裂缝9的零件保证第一分离段的氧气和在环状裂缝10的零件保证第二分离相的氧，在分离器中配备有空气排气孔10a_1…i和空气导入孔10b_1…i，严格地安装所有的孔，在安装隔片11以后，整体部件都用螺母拧紧被固定在旋转轴上。运行的装置通过涡轮机5吸入大气中的空气，通过孔口10b_1…i将空气压缩，然后通过分散机6被分散到圆锥台的表面8，由于在超离心分离场中比重的差别，在这里发生氮的氧化物的第一次分离，氧气呈膜状沿着第一个环形裂缝9移动下降到圆锥台表面8上保证了这种分离，氮气沿着装置的出口通过排气孔7a_1…i和1a_1…i，氧气经由排气孔8a_1…i通过分离的第二阶段，由于面向着第二圆锥台表面7旋转中心，在这里扩大的氧气重复出现，氮气最后痕迹的分离过程在这个表面上重复进行，纯氧是通过环形裂缝10这样的方法被分开的，纯氧由孔7b_1…i，1b_1…i和2a_1…i被排出，在装置的外部被分开，从那里用任何已知方法的热机进行抽吸、收集氧气，例如通过“附壁效应”类型抽吸，用一台不指定的中间微形涡轮机进行均匀混合等等。因此，由二氧化碳和水蒸气，被排出的废气中所占有的这两种气体以及由离心装置加压输送的氧气所形成的合成混合物确保取得高效燃烧而设想的比例。由第二阶段分离的剩余空气通过排气孔10a_1…i和3_1…i被排放到大气中去。为了避免振动，旋转轴可以通过转动被固定在牢固的支架上，两个环形裂缝9，10，经过加工可以按尺寸作如下调整到：使分离器能允许或者在氧的线路上产生纯氧气，或者在氮的线路上产生纯氮气。用两种或多种零件安装成系列，流动以后人们可以获得两种具有指定纯度的分离气体。

Claims

1.通过全部消除排出气体中氮的氧化物防止燃烧过程污染的方法，其特征在于在任何燃烧过程中为了使燃料燃烧，不是使用大气中的空气，而是使用一种由从排气管中取得的燃气和通过超速离心分离从分离装置中取得的纯氧所形成的混合物，按一种适合高效燃烧的比例充分混合均匀，这意味着合成混合物的组成是由从0.00％直到79.0％体积的燃气和从21.0％直到100.0％的氧所形成，对应于所使用的燃料的用量，由于消除了过程中的氮气，因此保证已燃烧气体的体积的排出量减少3.8倍。

2.通过全部消除燃气中氮的氧化物防止燃烧过程污染的装置，其特征在于它是由下列零件组成：一个被切成(1)(2)(3)和(4)几段的定子一框架，配备有氮气排气孔(1a_1…i)，氧气排气孔(1b_1…i)，剩余空气排出孔(3a_1…i)和空气吸入孔(4a)，定子—框架严格地被安装在传动装置马达的定子上，一个抽入空气的涡轮机(5)和一个由空气分配阀(6)组成的离心分离转动体，具有圆锥台形状的表面(7)，在分离的第二阶段，配备有氮气排气孔(7a_1…i)和氧气排气孔(7b_1…i)，在分离的第一阶段，圆锥台表面(8)配备有氧气排气孔(8a_1…i)，环形裂缝部件(9)确保氧气分离的第一阶段，而环形裂缝部件(10)确保氧气分离的第二阶段，配备有空气排气孔(10a_1…i)和在分离器(10b_1…i)中的空气导入孔，所有零部件都经过严格安装，隔片(11)装配以后，整体部件都被安装在旋转轴上，用螺母拧紧和开动超速离心分离加速场。

3.按照权利要求2的装置，其特征在于两个环形裂缝(9)，(10)通过建造可以按尺寸加工使得离心分离器能够在氧气的线路上制备纯氧，在氮气的线路上制备纯氮。

4.按照权利要求2和3的装置，其特征在于将两个或者几个离心装置通过组合成系列，流动以后，人们能够获得两种具有规定纯度的分开的气体，不仅仅如此，为了避免旋转轴的振动，通过转动将旋转轴固定在靠近涡轮机(5)一端的坚硬的支架上。