CN1844740A - 水和油化合燃烧的方法及其燃烧器 - Google Patents

Abstract

水和油化合燃烧的方法及其燃烧器，涉及一种液体燃料的燃烧方法和装置。本发明先把水和燃料油分别进行汽化过热和缺氧燃烧，使燃料油分解为碳微粒和氢气，然后再让过热的水蒸汽和炽热的碳微粒混合进行化合反应，合成燃气后再进行二次补氧燃烧，在理想情况下可以使燃料油的燃烧热值增加26％，本发明适合在锅炉、烹饪炉灶及其它燃油设备上使用。在当前能源紧张和环境保护问题越来越严峻的形势下，本发明可以取得显著节省能源的效果和使燃油达到更洁净燃烧，减少环境污染，具有积极的有益效果。

Description

水和油化合燃烧的方法及其燃烧器

所属技术领域

本发明涉及一种液体燃料的燃烧方法和装置，特别是涉及一种油燃烧器。

背景技术

当前，在人们的生产和生活中使用着大量的燃油设备，这些设备消耗了大量的能源及对环境构成了很大的威胁，能源紧张和环境保护问题越来越严峻，人们在积极研究开发新能源的同时也在积极研究和完善现有能源的燃烧结构，以求获得节省能源和保护环境的有效方法。水是由氢原子和氧原子绢成的，如把水分解成氢气和氧气，氢气可燃烧，氧气可助燃，然而，水是一种分子结构很稳定的化合物，即使把水加热到1000℃以上的高温也仅有极少量的分解。用电解的方法把水分解成氢气和氧气作为燃料，因要消耗的电能太多而得不偿大；用添加剂催化或醇加水的燃烧方法，由于成本超过了常规燃料而得不到商业化应用；相比较油包水乳化技术比较实用，这一技术能在燃料油中最多掺进30％的水，通过乳化器的作用，小水滴被油滴包住，在燃烧时，小水滴受热澎涨爆炸，将油滴爆破成更小的颗粒，使油滴能更好的完成燃烧，这一技术的积极意义是使燃料油燃烧得更彻底而起到节能和减少环境污染，但只有极少的水分解成氢和氧，增加的燃烧热值有限，所以节能效果甚微，不能取得明显的节能效果，因而没有得到广泛的应用。

王瑞安先生的中国专利公开号CN1515652A“油水乳化燃料”，公开了一种油水乳化燃料，其特征是以石脑油(50～55％)、焦油产品(12～20％)、自来水(30～36)为主要原料，加入非离子乳化剂(0.5～1％)和提高十六烷值添加剂(2～5％)，经乳化机乳化形成水包油结构的油水乳化燃料，该发明的油水乳化燃料是一种油水混合燃料，燃烧时可降低尾气对环境的污染，节约能源，但该发明需用乳化剂和添加剂，增加了成本，且加入的水不多，节能效果有限。

为了取得显著节省能源的效果和使燃油达到更洁净燃烧，减少环境污染，本发明提供一种先把水和燃料油化合成燃气后再进行二次供风补氧燃烧的方法及其燃烧装置。

发明内容

本发明为实现上述目标所采用的方法是：首先让水和燃料油分别汽化过热和缺氧燃烧，使燃料油分解为碳微粒和氢气，然后再让过热的水蒸汽和炽热的碳微粒在缺氧的条件下混合进行化合反应。众所周知，水蒸汽与炽热的碳相遇时会生成一氧化碳和氢气，这个化合反应过程的化学方程式是：

当反应物是柴油和水时，进行化合反应的化学方程式是：

从上式可计算出柴油和水的重量比例是1∶1.27，即用1公斤的柴油可以和1.27公斤的水在缺氧炽热的条件下进行完全的化合反应，根据物质的不灭定律，这样的化学反应合成了2.27公斤的一氧化碳和氢气的混合气体燃料。本发明通过上述方法把水和燃料油合成了炽热的气体燃料，再对这种炽热的气体燃料进行二次供风实行补氧燃烧，从而实现洁净燃烧，减少了对环境的污染，还可增加26％的燃烧热值。

本发明是采用这样的技术措施来使上述方法实现的：由一次供风装置、点火装置、喷油装置、喷水或喷蒸汽装置、水蒸汽发生及过热喷射装置、蓄热围护体、燃气合成室、二次供风装置、绝热层、外壳组合成一种把水和油合成燃气后再进行燃烧的燃烧器，其中：一次供风装置、点火装置、喷油装置组成一个预燃系统，提供一种热源气流进入到燃气合成室，这是一种含有燃料油热解产生的碳微粒和氢气的炽热气流；燃气合成室由蓄热围护体的内空间所构成，为消除气流的死区及有利于气流的流动，燃气合成室设计为流线体的空间，燃气合成室的蓄热围护体用耐燃烧的蓄热材料制作；在燃气合成室的蓄热围护体内有水蒸汽汽化腔、蒸汽过热腔、水蒸汽喷射孔，水蒸汽汽化腔和蒸汽过热腔内部相通，水蒸汽喷射孔分布在蒸汽过热腔上，水蒸汽喷射孔指向燃气合成室内；燃气合成室的蓄热围护体上设有喷水嘴或喷汽嘴和温度传感器，喷水嘴或喷汽嘴伸入到水蒸汽发生腔内；当预燃系统的燃烧使燃气合成室的温度达到设定值时，即启动喷水或喷蒸汽，过热蒸汽由喷射孔喷入到燃气合成室内，与进入到燃气合成室内的炽热碳微粒混合进行化合反应合成燃气；化合反应合成的一氧化碳和氢气的气体燃料汇合到炽热的气流中到达二次燃烧口，再由二次供风装置鼓进来的空气混合，补充得氧气而进行充分的完全燃烧。另外，在燃气合成室内还有反射壁，进行热反射及气流反射，使炽热气流穿过时能产生涡流搅拌作用，使水蒸汽和碳微粒充分接触。上述各装置的启动、联动和调节均由电气系统中的程序控制器控制，当需增加供热负荷或燃气合成室内的温度低于设定值时，程序控制器会通过执行机构增加预燃系统的供风量和供油量，以增加燃烧的热能；当需减少供热负荷或燃气合成室的温度高于设定值时，程序控制器会减少预燃系统的供风量和供油量。本发明的由一次供风装置、点火装置、喷油装置组成的预燃系统可以用市售的油燃烧器进行替代，能达到相同的效果，市售油燃烧器的常规用法是供给过剩空气使燃料油一次完成燃烧，在这里本发明将改变市售油燃烧器的常规设计用法，用它进行缺氧燃烧，把燃料油热解成碳和氢，让碳和水蒸汽合成燃气后再给予二次补氧燃烧。

本发明的有益效果是，通过先把水和燃料油在缺氧的条件下合成燃气后再进行二次补氧燃烧的方法和措施，可以取得显著节省能源的效果和使燃油达到更洁净燃烧，减少环境污染，本发明提供的燃烧器在设备制造和运行理想的情况下可以使燃料油的燃烧热值增加26％。本发明的燃烧器具有结构简单、容易制造的特点，本发明的产品适合锅炉及其它燃油设备上使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，但各附图及以下的具体实施方式均不构成对本发明的限制：

图1是本发明的原理方框图。

图2是本发明的系统框图。

图3是本发明的电气控制系统框图。

图4是本发明的其中一个实施例结构图。

图5是本发明的另一个实施例结构图。

图6也是本发明的另一个实施例结构图。

图7是A-A剖面图。

图8是B-B剖视图。

图中：1.二次风进风孔，2.二次供风通道，3.二次供风的鼓风接口，4.反射壁，5.蒸汽过热腔，6.水蒸汽汽化腔，7.喷水嘴或蒸汽喷嘴，8.电磁阀，9.燃气合成室，10.稳燃口，11.光敏元件，12.点火变压器，13.电气接线盒，14.鼓风电机，15.一次供风的鼓风机，16.观火窗，17.手动油压调节器，18.油泵，19.一次风手动风量调节器，20.点火器，21.喷油嘴，22.燃气合成室的蓄热围护体，23.温度传感器，24.绝热层，25.外壳，26.水蒸汽喷射孔，27.燃气合成室出口，28.二次燃烧口，29.替代预燃系统的市售燃烧器。

具体实施方式

图1中：燃料油经缺氧燃烧，热解成为炽热的碳微粒和氢气；水经过汽化成为水蒸汽，再进行过热升温，成为高热的蒸汽；炽热的碳微粒和高热的水蒸汽进行化合反应，合成一氧化碳和氢气的气体燃料；再给以二次通风，对合成的一氧化碳和氢气的气体燃料进行补氧燃烧。

图2中：本发明由电气控制系统、预燃系统、燃气合成系统、补氧燃烧装置组成。其中预燃系统的燃烧参数、燃气合成系统的喷水或喷蒸汽、补氧燃烧的二次供风均由电气控制系统的程序控制器进行控制；程序控制器根据预燃系统中的光敏元件和燃气合成系统中的温度传感器提供的信号进行燃烧参数的调节及喷水或喷蒸汽的控制。本发明的工作原理是这样的：启动开关，鼓风机起动进行吹扫，以排除残留油气；经延时后，由程序控制器启动点火器，然后启动喷油进行燃烧；这时供给充足的空气使之刚好满足燃料油的完全燃烧要求，这种燃烧火焰进入到燃气合成系统，对燃气合成室的蓄热围护体及燃气合成腔室进行加热；当温度加热到设定值后，温度传感器即把信号传输给程序控制器，启动喷水或喷蒸汽，同时减少预燃系统的供风量，使预燃系统进行缺氧燃烧，向燃气合成系统提供炽热的碳微粒气流；这种炽热的碳微粒气流与喷进燃气合成室内的过热水蒸汽相混合，进行化合反应合成一氧化碳和氢气的气体燃料；合成的燃气与炽热的气流汇合冲出燃气合成室，遇上二次供风系统鼓进来的二次风，补得了氧气便进行充分的完全燃烧；当燃气合成室的温度下降到设定值时，程序控制器会通过执行装置增加预燃系统的供风量及供油量，提供充足的热能对燃气合成室的蓄热围护体及燃气合成腔室进行加热。

图3中：本发明的电气控制系统由手动开关、光敏元件、温度传感器、运行/停止控制电路、比较电路、整形/比较电路、运算放大器、程序控制器、预燃鼓风调节电路、喷油控制电路组成。其中，手动开关连接到运行/停止控制电路；光敏元件连接到比较电路，比较电路连接到运行/停止控制电路；运行/停止控制电路连接到程序控制器；温度传感器连接到整形/比较电路和运算放大器，整形/比较电路连接到程序控制器，运算放大器连接到预燃鼓风调节电路和喷油控制电路；程序控制器的输出控制功能端分别连接到喷油装置、点火装置、喷水/喷蒸汽装置、预燃鼓风装置、二次供风装置。程序控制器的开机顺序是先启动鼓风机，经延时后启动点火，再启动预燃系统喷油燃烧，当温度传感器送来的信号达到设定值时，启动喷水或喷蒸汽，同时，通过预燃鼓风调节电路，减少预燃系统的供风量，使燃料油缺氧燃烧；当温度传感器送来的信号低于设定值时，程序控制器将增加预燃系统的供风量，同时增加供油提供更大的加热能量；在燃烧过程中，程序控制器将根据光敏元件和温度传感器送来的电信号而进行保护性停机、点火、供风量调节、喷油调节、喷水或喷蒸汽，把燃烧参数自动调整在合适的状态。当预燃系统熄火时，光敏元件把信号传输到程序控制器，程序控制器即运行保护停机程序。关机时，程序控制器将先断开喷油装置的电源，再断开喷水或喷蒸汽装置的电源，最后断开鼓风机的电源。

图4所示的实施例中：由一次供风的鼓风机(15)、点火器(20)、喷油嘴(21)组成一个预燃系统，向燃气合成室(9)提供热源和碳源，该系统中还有光敏元件(11)、点火变压器(12)、油泵(18)、手动油压调节器(17)、一次风手动风量调节器(19)，当喷油嘴(21)采用蒸汽雾化喷嘴或空气雾化喷嘴时，可取消油泵(18)及油压调节器(17)。由燃气合成室(9)、燃气合成室的蓄热围护体(22)、喷水嘴或蒸汽喷嘴(7)、水蒸汽汽化腔(6)、蒸汽过热腔(5)、水蒸汽喷射孔(26)组成一个燃气合成系统，为燃料油和水蒸汽进行化合反应提供了高热缺氧的条件，炽热的碳微粒进入到燃气合成室(9)内，与过热的水蒸汽相遇，进行化合反应，合成了一氧化碳和氢气的气体燃料；蒸汽过热腔(5)和水蒸汽汽化腔(6)在燃气合成室的蓄热围护体(22)内，水蒸汽汽化腔(6)和蒸汽过热腔(5)内部相通，水蒸汽喷射孔(26)分布在蒸汽过热腔(5)上，水蒸汽喷射孔(26)指向燃气合成室(9)内；喷水嘴或蒸汽喷嘴(7)进入到水蒸汽汽化腔(6)内，在喷水嘴或蒸汽喷嘴(7)的连接管路上还有电磁阀(8)，在燃气合成室的蓄热围护体(22)上还有温度传感器(23)；为了稳定燃烧，本实施例在燃气合成室(9)的入口处设计收缩口，形成了一个稳燃口(10)；为了使过热蒸汽和炽热的碳能更好的混合进行化合反应，以有利于燃气的合成，本实施例在燃气合成室(9)的上部设计一个反射壁(4)，进行热能和气流的反射；为了便于加工及维护保养，本实施例将燃气合成室的蓄热围护体(22)设计成可拆分的结构形式，当采用熔模铸造工艺制造时可将燃气合成室的蓄热围护体(22)设计成一体化的结构形式；燃气合成室的蓄热围护体(22)与外壳(25)之间用绝热层(24)进行热隔离。由二次供风的鼓风接口(3)、二次供风通道(2)、二次风进风孔(1)组成一个补氧燃烧系统，使合成燃气在二次燃烧口(28)得到充分的完全燃烧。

图5所示的实施例中：将燃气合成室的蓄热围护体(22)按蒸汽过热腔(5)、水蒸汽汽化腔(6)、稳燃口(10)的围护体分为三段，各段之间用绝热层隔离，当水蒸汽汽化腔(6)内有喷水汽化时，不会使蒸汽过热腔(5)及稳燃口(10)降温，各段可以采用不同的材料，如稳燃口(10)的围护体可采用耐火塑料，这样可更有利于水和油的化合反应，提高燃气合成的有效程度及稳定燃烧。

图6所示的实施例中：采用了市售的油燃烧器(29)来替代图4实施例中的由鼓风机(15)、点火器(20)、喷油嘴(21)、光敏元件(11)、点火变压器(12)、油泵(18)、手动油压调节器(17)、一次风手动风量调节器(19)组成的预燃系统。市售的油燃烧器(29)的常规用法是供给过剩的空气使燃料油一次完成燃烧，在这里本发明将改变市售油燃烧器(29)的常规设计用法，用它进行缺氧燃烧，把燃料油热解成碳和氢，让炽热的碳和过热的水蒸汽合成燃气后再给予二次补氧燃烧。因市售的燃烧器带有稳燃装置，故本实施例中在燃气合成室的入口处没有设计稳燃口。

Claims (7)

1.水和油化合燃烧的方法，包括燃烧工艺，其特征是燃料油经缺氧燃烧，热解成为炽热的碳微粒和氢气；水经过汽化及过热，成为高热的水蒸汽；炽热的碳微粒和高热的水蒸汽在缺氧炽热的条件下进行化合反应，生成一氧化碳和氢气的气体燃料；再给以二次通风，对合成的一氧化碳和氢气的气体燃料进行补氧燃烧。

2.水和油化合燃烧的燃烧器，其特征是由预燃系统、燃气合成室、蓄热围护体、喷水嘴或蒸汽喷嘴、二次供风装置组成，其中：燃气合成室由蓄热围护体的内空间所构成；预燃系统在燃气合成室的入口处；喷水嘴或蒸汽喷嘴安装在燃气合成室的围护体上；二次供风在燃气合成室的出口处。

3.根据权利要求2所述的水利油化合燃烧的燃烧器，其特征是蓄热围护体内有水蒸汽汽化腔、蒸汽过热腔、水蒸汽喷射孔，水蒸汽汽化腔和蒸汽过热腔相通，水蒸汽喷射孔分布在蒸汽过热腔上，水蒸汽喷射孔指向燃气合成室内。

4.根据权利要求2所述的水和油化合燃烧的燃烧器，其特征是燃气合成室内有反射壁。

5.根据权利要求2所述的水和油化合燃烧的燃烧器，其特征是预燃系统由鼓风机、风量调节装置、点火装置、喷油装置组成。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的水和油化合燃烧的燃烧器，其特征是用市售的油燃烧器替代由鼓风机、风量调节装置、点火装置、喷油装置所组成的预燃系统。

7.根据权利要求2、3、4或5所述的水和油化合燃烧的燃烧器，其特征是电气控制系统由手动开关、光敏元件、温度传感器、运行/停止控制电路、比较电路、整形/比较电路、运算放大器、程序控制器、预燃鼓风调节电路、喷油控制电路组成，输出功能端分别控制一次鼓风、二次鼓风、点火、喷油、喷水或喷蒸汽；

其中，手动开关连接到运行/停止控制电路；光敏元件连接到比较电路，比较电路连接到运行/停止控制电路；运行/停止控制电路连接到程序控制器；温度传感器连接到整形/比较电路和运算放大器，整形/比较电路连接到程序控制器，运算放大器连接到预燃鼓风调节电路和喷油控制电路；程序控制器的输出控制功能端分别连接到喷油装置、点火装置、喷水/喷蒸汽装置、一次供风装置、二次供风装置。

Images