CN113566192A - 一种以二氧化碳为能源的热能系统 - Google Patents

Abstract

一种以二氧化碳为能源的热能系统，包括燃烧装置、二氧化碳分解装置；燃烧装置的烟气出口与二氧化碳分解装置的进气口之间通过第一管道连通，第一管道上设置第一风机、烟气冷却装置、第一阀门；二氧化碳分解装置的出气口与燃烧装置的混合气体进气口之间通过第二管道连通，第二管道上设置第二风机、第二阀门；位于烟气冷却装置和第一阀门之间的第一管道通过第三管道与位于第二阀门和燃烧装置的进气口之间的第二管道连通，位于第一阀门和气体加注口之间的第一管道通过第四管道与位于第二风机和第二阀门之间的第二管道连通，第三、四管道上分别设置第三、四阀门。本申请提供一种以二氧化碳为能源的热能系统，实现以二氧化碳作为能源进行供热的目的。

Description

一种以二氧化碳为能源的热能系统

技术领域

本发明涉及供热装置，具体涉及一种以二氧化碳为能源的热能系统。

背景技术

人们在日常生活和社会生产中需要大量的热能，这些热能来源于自然界中各种形式的能源，如风能、太阳能、潮汐能等绿色能源，煤、石油、天然气等矿物能源，生物质等可再生能源，还有核能等等，在使用这些能源进行转化为热能的过程中，总会涉及到一个名词：碳排放。随着工业化的发展，地球变暖、环境恶化，温室效应已经越来越明显，减少温室气体的排放已经成为各国各界的共识，在业界，碳的“零排放”成为减排的至高目标，但这“零排放”是通过节能减排、植树造林等“碳中和”的手段来实现，尚无其他彻底根治的办法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请提供一种以二氧化碳为能源的热能系统，实现以二氧化碳作为能源进行供热的目的。

为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：

一种以二氧化碳为能源的热能系统，包括燃烧装置、第一管道、烟气冷却装置、二氧化碳分解装置、第二管道、第三管道、第四管道；所述燃烧装置的烟气出口与二氧化碳分解装置的进气口之间通过第一管道连通，所述第一管道上按照烟气的流动方向依次设置第一风机、烟气冷却装置、第一阀门、气体加注口；所述二氧化碳分解装置的出气口与燃烧装置的混合气体进气口之间通过第二管道连通，所述第二管道上按照混合气体的流动方向依次设置第二风机、第二阀门；位于所述烟气冷却装置和第一阀门之间的第一管道通过第三管道与位于所述第二阀门和燃烧装置的混合气体进气口之间的第二管道连通，位于所述第一阀门和气体加注口之间的第一管道通过第四管道与位于所述第二风机和第二阀门之间的第二管道连通，所述第三管道上设置第三阀门，所述第四管道上设置第四阀门。其中，烟气冷却装置、二氧化碳分解装置均采用现有技术，在此不作详述。在光化学、催化剂、水、载体等的作用下，二氧化碳分解装置将二氧化碳彻底分解为单质碳和氧气，此时，单质碳不聚合，与氧气成为混合气体，将此混合气体通过燃烧装置燃烧，放出热能进行利用，燃烧后的烟气再回到二氧化碳分解装置进行分解，将烟气中的一氧化碳、二氧化碳等继续彻底分解为单质碳和氧气，再进行燃烧利用，如此循环往复，达到碳的“零排放”，实现以二氧化碳作为能源进行供热的目的。本热能系统适合加热锅炉、反应釜、管道等容器内的物质，如生产热水、蒸汽，加热导热油、熔盐等等。本热能系统运行过程中，当循环的烟气中二氧化碳量不足时，能够通过气体加注口补充适量二氧化碳。

进一步地，所述燃烧装置包括燃烧器本体和内燃管，所述内燃管的一端为混合气体进气口、另一端与燃烧器本体相通，燃烧器本体的另一端设置烟气出口；所述内燃管还包括耐火外壁，所述耐火外壁上设置观火镜，该内燃管内设置电热点火装置。耐火外壁采用耐火材料制成，观火镜可实时观察内燃管内的状况。内燃管的形状可方形、矩形或圆形，内燃管内设电热点火装置，主要是将内燃管预热至混合气体着火点以上温度。

进一步地，所述内燃管内沿径向还设置有多排稳燃棍。设置稳燃棍的目的是为了保持内燃管内的温度稳定，稳燃棍可并排多根、多层设置。

进一步地，所述电热点火装置采用电热丝。

进一步地，采用电热丝的所述电热点火装置缠绕在稳燃棍上。当采用电热丝缠绕在稳燃棍上的方案时，一方面减少了内部安装空间，另一方面由于电热丝直接缠绕在稳燃棍上，减少了热量传递损耗，提高了维持温度稳定性能，另一方面也使得电热丝的安装更加稳固。

进一步地，所述稳燃棍采用耐高温金属材质。

进一步地，所述内燃管在靠近混合气体进气口的位置还设置有通过调节手轮进行伸缩的锥体调节阀。这样可通过锥体调节阀实现调节混合气体的进气量的目的。

进一步地，在所述燃烧装置的烟气出口与第一风机之间的第一管道上还安装紧急排放管，该紧急排放管上设置第五阀门。

进一步地，在靠近所述二氧化碳分解装置的出气口处的第二管道上还安装有水封、阻火器或气体单向阀。水封、阻火器或气体单向阀作为防回火装置，起到保证本系统的安全与稳定。

进一步地，所述烟气冷却装置采用风冷或水喷淋方式。其中，当采用水喷淋方式冷却时，需外接一散热塔，对循环喷淋水进行冷却。

一种以二氧化碳为能源的热能系统的工作原理：

在本热能系统正常启停或故障紧急停机等时，燃烧装置与二氧化碳分解装置要能各自分开独立运行。

1)当本热能系统正常停机或紧急故障停机时，关闭第一阀门与第二阀门，打开第三阀门与第四阀门，燃烧装置与二氧化碳分解装置各自处于独立循环运行状态；

2)本热能系统正常启动时，先打开电热点火装置，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一风机处于关闭状态，当内燃管温度达到着火点后，打开第一阀门、第二阀门、第一风机，关闭第四阀门，混合气体进入燃烧装置进行燃烧；

3)当本热能系统需要进行整体检修时，打开第二阀门、第五阀门和气体加注口，关闭第一风机、第一阀门、第三阀门、第四阀门，电热点火装置、第二风机处于运行状态，本热能系统内分解后的气体燃烧后通过紧急排放管排放。

依据上述技术方案，本发明的热能系统由燃烧装置、第一管道、烟气冷却装置、二氧化碳分解装置、第二管道、第三管道、第四管道、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门等组成密封循环系统，二氧化碳分解装置将二氧化碳彻底分解为单质碳和氧气，此混合气体通过燃烧装置燃烧，放出热能进行利用，燃烧后的烟气再回到二氧化碳分解装置进行分解，继续彻底分解为单质碳和氧气，再进行燃烧利用，如此循环往复，实现以二氧化碳作为能源进行供热的目的。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

图1为本发明的一整体示意图；

图2为图1中的局部A的一内部示意图；

其中，1、燃烧装置；16、燃烧器本体；17、内燃管；171、耐火外壁；172、观火镜；173、稳燃棍；174、电热丝；2、第一管道；3、烟气冷却装置；4、二氧化碳分解装置；5、第二管道；6、第三管道；7、第四管道；8、第一风机；9、第一阀门；10、气体加注口；11、混合气体进气口；12、第二风机；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；18、调节手轮；19、锥体调节阀；20、紧急排放管；21、第五阀门；22、水封。

具体实施方式

为使本实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“尾端”、“左右”、“上下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“大”、“小”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“大”、“小”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是直接相连，也可以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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参考图1、图2，一种以二氧化碳为能源的热能系统，包括燃烧装置1、第一管道2、烟气冷却装置3、二氧化碳分解装置4、第二管道5、第三管道6、第四管道7；所述燃烧装置1的烟气出口与二氧化碳分解装置4的进气口之间通过第一管道2连通，所述第一管道2上按照烟气的流动方向依次设置第一风机8、烟气冷却装置3、第一阀门9、气体加注口10；所述二氧化碳分解装置4的出气口与燃烧装置1的混合气体进气口11之间通过第二管道5连通，所述第二管道 5上按照混合气体的流动方向依次设置第二风机12、第二阀门13；位于所述烟气冷却装置3和第一阀门9之间的第一管道2通过第三管道6与位于所述第二阀门13和燃烧装置1的混合气体进气口之间的第二管道5连通，位于所述第一阀门9和气体加注口10之间的第一管道2通过第四管道7与位于所述第二风机 12和第二阀门13之间的第二管道5连通，所述第三管道6上设置第三阀门14，所述第四管道7上设置第四阀门15。其中，烟气冷却装置、二氧化碳分解装置均采用现有技术，在此不作详述。在光化学、催化剂、水、载体等的作用下，二氧化碳分解装置将二氧化碳彻底分解为单质碳和氧气，此时，单质碳不聚合，与氧气成为混合气体，将此混合气体通过燃烧装置燃烧，放出热能进行利用，燃烧后的烟气再回到二氧化碳分解装置进行分解，将烟气中的一氧化碳、二氧化碳等继续彻底分解为单质碳和氧气，再进行燃烧利用，如此循环往复，达到碳的“零排放”，实现以二氧化碳作为能源进行供热的目的。本热能系统适合加热锅炉、反应釜、管道等容器内的物质，如生产热水、蒸汽，加热导热油、熔盐等等。本热能系统运行过程中，当循环的烟气中二氧化碳量不足时，能够通过气体加注口补充适量二氧化碳。

其中，参考图2，所述燃烧装置1包括燃烧器本体16和内燃管17，所述内燃管17的一端为混合气体进气口11、另一端与燃烧器本体16相通，燃烧器本体的另一端设置烟气出口；所述内燃管17包括耐火外壁171，所述耐火外壁171 上设置观火镜172，该内燃管17内设置电热点火装置。耐火外壁采用耐火材料制成，观火镜可实时观察内燃管内的状况。内燃管的形状可方形、矩形或圆形，内燃管内设电热点火装置，主要是将内燃管预热至混合气体着火点以上温度。

其中，所述内燃管17内沿径向还设置有多排稳燃棍173。设置稳燃棍的目的是为了保持内燃管内的温度稳定，稳燃棍可并排多根、多层设置。

其中，所述电热点火装置采用电热丝174。电热丝174缠绕在稳燃棍173上。当采用电热丝缠绕在稳燃棍上的方案时，一方面减少了内部安装空间，另一方面由于电热丝直接缠绕在稳燃棍上，减少了热量传递损耗，提高了维持温度稳定性能，另一方面也使得电热丝的安装更加稳固。

其中，所述内燃管17在靠近混合气体进气口11的位置还设置有通过调节手轮18进行伸缩的锥体调节阀19。这样可通过锥体调节阀19实现调节混合气体的进气量的目的。

另外，在所述燃烧装置的烟气出口与第一风机之间的第一管道上还安装紧急排放管20，该紧急排放管20上设置第五阀门21。

另外，在靠近所述二氧化碳分解装置的出气口处的第二管道上还安装有水封22。水封作为防回火装置，起到保证本系统的安全与稳定。

本发明的工作原理(部分)如下：

在本热能系统正常启停或故障紧急停机等时，燃烧装置1与二氧化碳分解装置4要能各自分开独立运行。

1)当本热能系统正常停机或紧急故障停机时，关闭第一阀门9与第二阀门 13，打开第三阀门14与第四阀门15，燃烧装置与二氧化碳分解装置各自处于独立循环运行状态；

2)本热能系统正常启动时，先打开电热丝174，第一阀门9、第二阀门13、第三阀门14、第一风机8处于关闭状态，当内燃管17温度达到着火点后，打开第一阀门9、第二阀门13、第一风机8，关闭第四阀门15，混合气体进入燃烧装置1进行燃烧；

3)当本热能系统需要进行整体检修时，打开第二阀门13、第五阀门21和气体加注口10，关闭第一风机8、第一阀门9、第三阀门14、第四阀门15，电热丝174、第二风机12处于运行状态，本热能系统内分解后的气体燃烧后通过紧急排放管20排放。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，包括燃烧装置、第一管道、烟气冷却装置、二氧化碳分解装置、第二管道、第三管道、第四管道；所述燃烧装置的烟气出口与二氧化碳分解装置的进气口之间通过第一管道连通，所述第一管道上按照烟气的流动方向依次设置第一风机、烟气冷却装置、第一阀门、气体加注口；所述二氧化碳分解装置的出气口与燃烧装置的混合气体进气口之间通过第二管道连通，所述第二管道上按照混合气体的流动方向依次设置第二风机、第二阀门；位于所述烟气冷却装置和第一阀门之间的第一管道通过第三管道与位于所述第二阀门和燃烧装置的混合气体进气口之间的第二管道连通，位于所述第一阀门和气体加注口之间的第一管道通过第四管道与位于所述第二风机和第二阀门之间的第二管道连通，所述第三管道上设置第三阀门，所述第四管道上设置第四阀门。

2.如权利要求1所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述燃烧装置包括热能装置本体和燃烧器，所述燃烧器的一端为混合气体进气口、另一端与热能装置本体相通，热能装置本体的另一端设置烟气出口；所述燃烧器还包括耐火外壁、内燃管，该内燃管设置于耐火外壁内，所述耐火外壁上设置观火镜，内燃管内设置电热点火装置。

3.如权利要求2所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述燃烧器的内燃管内沿径向还设置有多排稳燃棍。

4.如权利要求3所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述电热点火装置采用电热丝。

5.如权利要求4所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，采用电热丝的所述电热点火装置缠绕在稳燃棍上。

6.如权利要求3所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述稳燃棍采用耐高温金属材质。

7.如权利要求2或3所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述燃烧器在靠近混合气体进气口的位置还设置有通过调节手轮进行伸缩的锥体调节阀。

8.如权利要求1所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，在所述热能装置本体的烟气出口与第一风机之间的第一管道上还安装紧急排放管，该紧急排放管上设置第五阀门。

9.如权利要求1至8中任一项所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，在靠近所述二氧化碳分解装置的出气口处的第二管道上还安装有阻火器。

10.如权利要求1至8中任一项所述的一种以二氧化碳为能源的热能系统，其特征在于，所述烟气冷却装置采用风冷、水冷方式。

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