混合燃烧装置、系统及工艺
技术领域
本发明涉及混合燃烧装置、系统及工艺。
背景技术
随着国家排放法规日趋严格，许多工厂燃煤锅炉拆除，升级为天然气锅炉；同时世界能源日益短缺，人们在寻找替代能源方面的研究越来越深入；目前主要代用的燃料有天然气、可燃冰、页岩气、煤气、氢气、醇醚燃料和生物质燃料等。但是由于在中国和一些天然气资源缺乏的地区存在供应短缺和季节性气荒的问题，严重影响了企业生产和居民生活，同时许多化工厂的生产装置副产氢气，但是其供应量尚不足以支撑单独燃烧氢气的锅炉系统，对这样的氢气源进行纯化和压缩处理也没有足够的规模效益，导致实际上许多工厂未能有效利用氢气，而白白的排放到大气中，致使这种清洁干净优质能源的浪费。而把这些宝贵的清洁能源与现有的天然气进行掺烧，是一种合理有效利用、变废为宝，且又不增加环境负荷的最佳方案。
CN201820462074.0 一种天然气和氢气混合燃烧装置，包括燃烧器、气体混合装置和控制系统，所述气体混合装置包括天然气管路、氢气管路和混合气管路；依天然气流向，天然气管路上设有天然气进口、第一过滤器、第一减压阀、第一流量计和第一开关阀，依氢气流向，氢气管路上设有氢气进口、第二过滤器、第二减压阀、调节阀、第二流量计和第二开关阀，天然气管路和氢气管路的出气口与混合气管路的进气口相连通，依气体流向，混合气管路上设有放空管路、压力变送器和静态混合器，静态混合器与燃烧器相连通，所述放空管路上设有放空阀；所述第一流量计、第一开关阀、调节阀、第二流量计、第二开关阀、放空阀、压力变送器和燃烧器与所述控制系统电连接。
但是其不具有增氧助燃效果，没有解决如何处理混合水份与回火安全问题的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种混合燃烧装置、系统及工艺。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种混合燃烧系统，包括
燃烧单元，用于产生并释放热能；
混合单元，用于对可燃烧气体混合并配送到燃烧单元；
电解单元，用于产生氧气与氢气或富含氢氧的离子气体并输送给混合单元；
冷却单元，用于给电解单元和/或混合单元进行降温处理。
作为上述技术方案的进一步改进：
电解单元包括电解装置，用于电解水生成燃烧所需的氢气与氧气也可以产生富含氢氧的离子气体；
一次气液分离器，用于将电解水生成的氢气与氧气或富含氢氧的离子气体中混合的水汽分离；
二次气液分离器，用于至少将一次气液分离器分离回收的水进行二次分离出其中混合的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体；
液体排出口，其置于二次气液分离器用于将氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体送入混合单元和/或置于二次气液分离器底部用于将回收水排出；
冷却单元，包括纯水箱，用于给电解装置输送电解用纯水；
热交换器，用于至少给电解装置和/或一次气液分离器进行降温处理；
蒸发器，用于与热交换器交换吸收热能且将液体蒸发降温；
热交换管道，与纯水箱连接且用于与热交换器交换吸收热能；
燃烧单元，包括锅炉及安装在锅炉中的燃烧器；
混合单元，包括一次混合器，内置有烷烃或烯烃的溶液作为混合剂且其连接有CNG进入口；
调压罐，连接有一次混合器的顶部出口，用于调定混合气体输出压力和/或作为储能罐实现对混合气体的缓冲；
安全液封装置，腔体内置有阻燃溶液，混合气体通过阻燃溶液输出，分别与调压罐的顶部输出端及燃烧器连接。
燃烧单元、混合单元、电解单元和/或冷却单元连接有防爆检测系统；
在燃烧单元、混合单元、电解单元和/或冷却单元对应有仪表盘及控制按钮；
仪表盘包括压力表、流量计、电流表、电压表、温度表、液位计、电解质浓度表、混合气体各组分浓度表、计时器和/或气流控制器；
控制按钮包括总电源开关、急停开关、泵控制开关、燃烧控制开关和/或锅炉风机开关；
系统还包括设置在各个罐体上的视窗、可燃气体报警器、温度报警器和/或压力报警器；
可燃烧气体混合有氢气、氧气和/或富含氢氧的离子气体以及天然气；
安全液封，包括阻燃溶液或水；
分离吸水透气件包括海绵体、棉花或滤布；
混合剂包括汽油或柴油以及类似的烷烃或烯烃等。
在蒸发器和/或纯水箱的箱体件上方设置有蒸发锥台套，在蒸发锥台套上分布蒸发螺旋进风管，蒸发螺旋进风管的进口端向下伸入到蒸发锥台套内腔中；
在蒸发螺旋进风管上方设置有蒸发锥形帽，在蒸发锥形帽周向分布有蒸发上出风口；蒸发锥形帽的内锥侧壁上分布有针状体；
一次气液分离器包括分离壳体；在分离壳体中心处设置有分离中心台阶，在分离壳体与分离中心台阶之间设置有分离存水池；在分离中心台阶中贯穿有分离中心通道；在分离中心台阶上设置有连通台阶上表面与分离存水池之间的分离回水管，在分离中心台阶上端面周向分布有竖直设置的分离支撑杆；
在分离中心台阶上设置有分离导向套，在分离导向套中活动设置有分离活动塞，在分离活动塞上分布有与分离支撑杆对应的分离分度通道，在分离分度通道下方铰接有对应的分离翻转挡板，在分离活动塞下方且在分离中心台阶上设置有分离上固定网盘；
在分离支撑杆上端支持分离上固定网盘；
在分离上固定网盘上端设置有分离吸水透气件，分离活动塞在活塞杆的驱动下向下移动与分离上固定网盘挤压分离吸水透气件将分离吸水透气件中吸收水分挤出后，并经过分离上固定网盘下流到分离回水管中；
在分离导向套上端设置有分离出气口，分离中心通道下端进口设置有分离蛇形弯道，在分离蛇形弯道底部设置有分离排水通道上端进口。
在电解池中分别设置有第一电极棒与第二电极棒及漩涡发生器；
在第一电极棒上滑动套装有用于清理附着物的绝缘的清理滑套；
在第二电极棒上设置有第二清理装置；第二清理装置包括在第二电极棒下端套的清理导向套；清理升降架升降在清理导向套上，在清理升降架上设置有清理旋转齿轮组，在清理旋转齿轮组上端设置有清理外套，在清理外套上径向分布有清理径向弹性杆，清理径向弹性杆内端部设置有位于清理外套内腔中的清理磨具；清理磨具用于磨削第二电极棒外侧壁；
清理磨具与磨削第二电极棒的接触面在自然状态下，呈倾斜设置；
在电解池侧壁上连接有辅助收集装置；其包括辅助收集池；
在电解池侧壁上设置有与辅助收集池连通的辅助进入口，在辅助收集池中设置有与辅助进入口对应的辅助挡板件；在辅助收集池中设置有辅助斜网板，在辅助斜网板下方设置有底部存积腔室，在辅助收集池的出口与电解池之间设置有鸭嘴式送出口。
一种混合燃烧工艺，借助于混合燃烧系统；该工艺包括以下步骤；
步骤一，电解单元产生氧气与氢气和/或富含氢氧的离子气体并输送给混合单元；
步骤二，混合单元（3）对电解水产生的水汽回收并将电解产生氢、氧气和/或富含氢氧的离子气体和/或富含氢氧的离子气体及天然气混合输送到燃烧单元（4）；
步骤三，燃烧单元将混合气体点燃并释放热能；
步骤四，在电解过程中，冷却单元给电解单元和/或混合单元降温处理。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤一中，首先，电解装置电解水生成燃烧所需的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体；然后，一次气液分离器将电解水生成的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体中混合的水汽分离；其次，二次气液分离器至少将一次气液分离器分离回收的水进行二次分离出其中混合的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体；
在步骤四中，首先，纯水箱给电解装置输送电解用纯水；然后，热交换器至少给电解装置和/或一次气液分离器进行降温处理；其次，蒸发器与热交换器交换吸收热能且将液体蒸发降温，同时，纯水箱通过热交换管道实现连接与热交换器交换吸收热能；
在步骤三中，点燃燃烧器；
在步骤二中，首先，通过一次混合器的混合剂实现对电解后的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体进行混合并与CNG进入口送入的天然气混合为混合气体；然后，通过调压罐调定混合气体输出压力和/或作为储能罐实现对混合气体的缓冲；其次，调定后混合气体通过安全液封装置内阻燃溶液输出给燃烧器。
在蒸发器和/或纯水箱与外界热交换降温收集水的工序中， 利用烟囱效应，空气通过蒸发螺旋进风管向蒸发锥台套内送入螺旋气流并上升从蒸发上出风口排出；然后，利用金字塔顶效应与针尖导向效应，在蒸发锥形帽凝结水汽为水滴并滴落；
在一次气液分离器脱水工序中，首先，分离中心通道送入电解产生的氢氧气；然后，氢氧气上升通过分离吸水透气件，并经过分离分度通道与分离出气口排出；其次，当分离出气口处水分湿度高于设定阈值和/或氢氧气气压低于设定阈值，分离活动塞在活塞杆的驱动下向下移动与分离上固定网盘挤压将分离吸水透气件中吸收水分挤出后，并经过分离上固定网盘从分离回水管中下流后等待回收；
在电解池清理工序中，首先，漩涡发生器产生涡流，电解液进入辅助进入口并经过辅助挡板件阻挡；然后，电解液通过辅助斜网板；其次，通过鸭嘴式送出口缓流减速后进入电解池；再次，在涡流作用下，电解液水将辅助斜网板上存积杂物通过推送落入底部存积腔室；
对于具有自清洁功能的第一电极棒通过清理滑套对其外侧壁进行辅助清洁；
对于外侧壁不断沉积的第二电极棒，定时启动二清理装置，具体工序如下；首先，驱动清理升降架上升且驱动清理旋转齿轮组通过清理外套带动清理磨具旋转，从而实现在上升对第二电极棒附着物进行清理。
相比于传统混合燃烧，本发明利用电解水产生的大量氢气作为燃料，氧气作为助燃剂，混合气体富含氢氧的离子气体，电解需要的能量低；电解水会产生大量离子态氢、氢氧根或各种离子态的氧离子，因此，具有较高的势能，其极容易燃烧，产生大量热量。本发明实现了提高了天然气的燃烧热效率，节省了天然气的使用，降低了企业成本，减少浪费。具有自动清理电极棒，自动清理电解液中的杂质，冷却降温，自动将脱水进行回收二次利用，实现对送气流稳定。实现对各个参数的监控，对信息控制。其具有防止回火功能。具有安全控制功能。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1是本发明的使用结构实施例1示意图。
图2是本发明的结构实施例2示意图。
图3是本发明的结构实施例3示意图。
图4是本发明的结构仪表示意图。
图5是本发明的局部结构示意图。
图6是本发明的蒸发结构示意图。
图7是本发明的电解池结构示意图。
图8是本发明的电解池内部结构示意图。
图9是本发明的剖开结构示意图。
图10是本发明的清理装置结构示意图。
其中：1、冷却单元；2、电解单元；3、混合单元；4、燃烧单元；5、防爆检测系统；6、仪表盘；7、控制按钮；8、纯水箱；9、一次气液分离器；10、电解装置；11、二次气液分离器；12、液体排出口；13、热交换器；14、蒸发器；15、一次混合器；16、视窗；17、CNG进入口；18、调压罐；19、安全液封装置；20、燃烧器；21、锅炉；22、热交换管道；23、箱体件；24、蒸发锥台套；25、蒸发螺旋进风管；26、蒸发锥形帽；27、蒸发上出风口；28、分离壳体；29、分离中心台阶；30、分离存水池；31、分离中心通道；32、分离回水管；33、分离支撑杆；34、分离导向套；35、分离活动塞；36、分离分度通道；37、分离翻转挡板；38、分离上固定网盘；39、分离吸水透气件；40、分离出气口；41、分离蛇形弯道；42、分离排水通道；43、电解池；44、第一电极棒；45、清理滑套；46、第二电极棒；47、漩涡发生器；48、辅助收集池；49、辅助进入口；50、辅助挡板件；51、辅助斜网板；52、底部存积腔室；53、鸭嘴式送出口；54、清理升降架；55、清理导向套；56、清理旋转齿轮组；57、清理外套；58、清理径向弹性杆；59、清理磨具。
具体实施方式
如图1-10所示，本实施例的混合燃烧系统，包括
燃烧单元4，用于产生并释放热能；
混合单元3，用于对可燃烧气体混合并配送到燃烧单元4；
电解单元2，用于产生氧气与氢气和/或富含氢氧的离子气体并输送给混合单元3；
冷却单元1，用于给电解单元2和/或混合单元3进行降温处理。
电解单元2包括电解装置10，用于电解水生成燃烧所需的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体；
一次气液分离器9，用于将电解水生成的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体中混合的水汽分离；
二次气液分离器11，用于至少将一次气液分离器9分离回收的水进行二次分离出其中混合的氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体；
液体排出口12，其置于二次气液分离器11用于将氢气与氧气和/或富含氢氧的离子气体送入混合单元3和/或置于二次气液分离器11底部用于将回收水排出，根据需要排空系统中的电解质，进行维修保养工作等；
冷却单元1，包括纯水箱8，用于给电解装置10输送电解用纯水；
热交换器13，用于至少给电解装置10和/或一次气液分离器9进行降温处理；
蒸发器14，用于与热交换器13交换吸收热能且将液体蒸发降温；
热交换管道22，与纯水箱8连接且用于与热交换器13交换吸收热能；
燃烧单元4，包括锅炉21及安装在锅炉21中的燃烧器20；
混合单元3，包括一次混合器15，内置有烷烃或烯烃的溶液的混合剂且其连接有CNG进入口17；
调压罐18，连接有一次混合器15的顶部出口，用于调定混合气体输出压力和/或作为储能罐实现对混合气体的缓冲；
安全液封装置19，腔体内置有阻燃溶液，混合气体通过阻燃溶液输出，调压罐18的顶部输出端与燃烧器20连接。
燃烧单元4、混合单元3、电解单元2和/或冷却单元1连接有防爆检测系统5；
在燃烧单元4、混合单元3、电解单元2和/或冷却单元1对应有仪表盘6及控制按钮7；
仪表盘6包括压力表、流量计、电流表、电压表、温度表、液位计、电解质浓度表、混合气体各组分浓度表、计时器和/或气流控制器；
控制按钮7包括总电源开关、急停开关、泵控制开关、燃烧控制开关和/或锅炉风机开关；
系统还包括设置在各个罐体上的视窗16、可燃气体报警器、温度报警器和/或压力报警器；
可燃烧气体混合有氢气、氧气和/或富含氢氧的离子气体及天然气；
安全液封包括水或阻燃溶液；
分离吸水透气件39包括海绵体、棉花或滤布；
混合剂包括汽油或柴油以及类似的烷烃或烯烃等。
在蒸发器14和/或纯水箱8的箱体件23上方设置有蒸发锥台套24，在蒸发锥台套24上分布蒸发螺旋进风管25，蒸发螺旋进风管25的进口端向下伸入到蒸发锥台套24内腔中；
在蒸发螺旋进风管25上方设置有蒸发锥形帽26，在蒸发锥形帽26周向分布有蒸发上出风口27；蒸发锥形帽26的内锥侧壁上分布有针状体；
一次气液分离器9包括分离壳体28；在分离壳体28中心处设置有分离中心台阶29，在分离壳体28与分离中心台阶29之间设置有分离存水池30；在分离中心台阶29中贯穿有分离中心通道31；在分离中心台阶29上设置有连通台阶上表面与分离存水池30之间的分离回水管32，在分离中心台阶29上端面周向分布有竖直设置的分离支撑杆33；
在分离中心台阶29上设置有分离导向套34，在分离导向套34中活动设置有分离活动塞35，在分离活动塞35上分布有与分离支撑杆33对应的分离分度通道36，在分离分度通道36下方铰接有对应的分离翻转挡板37，在分离活动塞35下方且在分离中心台阶29上设置有分离上固定网盘38；
在分离支撑杆33上端支持分离上固定网盘38；
在分离上固定网盘38上端设置有分离吸水透气件39，分离活动塞35在活塞杆的驱动下向下移动与分离上固定网盘38挤压分离吸水透气件39将分离吸水透气件39中吸收水分挤出后，并经过分离上固定网盘38下流到分离回水管32中；
在分离导向套34上端设置有分离出气口40，分离中心通道31下端进口设置有分离蛇形弯道41，在分离蛇形弯道41底部设置有分离排水通道42上端进口。
在电解池43中分别设置有第一电极棒44与第二电极棒46及漩涡发生器47；
在第一电极棒44上滑动套装有用于清理附着物的绝缘的清理滑套45；
在第二电极棒46上设置有第二清理装置；第二清理装置包括在第二电极棒46下端套的清理导向套55；清理升降架54升降在清理导向套55上，在清理升降架54上设置有清理旋转齿轮组56，在清理旋转齿轮组56上端设置有清理外套57，在清理外套57上径向分布有清理径向弹性杆58，清理径向弹性杆58内端部设置有位于清理外套57内腔中的清理磨具59；清理磨具59用于磨削第二电极棒46外侧壁；
清理磨具59与磨削第二电极棒46的接触面在自然状态下，呈倾斜设置；
在电解池43侧壁上连接有辅助收集装置；其包括辅助收集池48；
在电解池43侧壁上设置有与辅助收集池48连通的辅助进入口49，在辅助收集池48中设置有与辅助进入口49对应的辅助挡板件50；在辅助收集池48中设置有辅助斜网板51，在辅助斜网板51下方设置有底部存积腔室52，在辅助收集池48的出口与电解池43之间设置有鸭嘴式送出口53。
本实施例的混合燃烧工艺，借助于混合燃烧系统；该工艺包括以下步骤；
步骤一，电解单元2产生氧气与氢气和/或富含氢氧的离子气体并输送给混合单元3；
步骤二，混合单元3对电解水产生的水汽回收并将电解产生氢、氧气和/或富含氢氧的离子气体及天然气混合输送到燃烧单元4；
步骤三，燃烧单元4将混合气体点燃并释放热能；
步骤四，在电解过程中，冷却单元1给电解单元2和/或混合单元3降温处理。
在步骤一中，首先，电解装置10电解水生成燃烧所需的氢气与氧气；然后，一次气液分离器9将电解水生成的氢气与氧气中混合的水汽分离；其次，二次气液分离器11至少将一次气液分离器9分离回收的水进行二次分离出其中混合的氢气与氧气；
在步骤四中，首先，纯水箱8给电解装置10输送电解用纯水；然后，热交换器13至少给电解装置10和/或一次气液分离器9进行降温处理；其次，蒸发器14与热交换器13交换吸收热能且将液体蒸发降温，同时，纯水箱8通过热交换管道22实现连接与热交换器13交换吸收热能；
在步骤三中，点燃燃烧器20；
在步骤二中，首先，通过一次混合器15的混合剂实现对电解后的氢氧气进行混合并与CNG进入口17送入的天然气混合为混合气体；然后，通过调压罐18调定混合气体输出压力和/或作为储能罐实现对混合气体的缓冲；其次，调定后混合气体通过安全液封装置19内阻燃溶液输出给燃烧器20。
在蒸发器14和/或纯水箱8与外界热交换降温收集水的工序中， 利用烟囱效应，空气通过蒸发螺旋进风管25向蒸发锥台套24内送入螺旋气流并上升从蒸发上出风口27排出；然后，利用金字塔顶效应与针尖导向效应，在蒸发锥形帽26凝结水汽为水滴并滴落；
在一次气液分离器9脱水工序中，首先，分离中心通道31送入电解产生的氢氧气；然后，氢氧气上升通过分离吸水透气件39，并经过分离分度通道36与分离出气口40排出；其次，当分离出气口40处水分湿度高于设定阈值和/或氢氧气气压低于设定阈值，分离活动塞35在活塞杆的驱动下向下移动与分离上固定网盘38挤压将分离吸水透气件39中吸收水分挤出后，并经过分离上固定网盘38从分离回水管32中下流后等待回收；
在电解池43清理工序中，首先，漩涡发生器47产生涡流，电解液进入辅助进入口49并经过辅助挡板件50阻挡；然后，电解液通过辅助斜网板51；其次，通过鸭嘴式送出口53缓流减速后进入电解池43；再次，在涡流作用下，电解液水将辅助斜网板51上存积杂物通过推送落入底部存积腔室52；
对于具有自清洁功能的第一电极棒44通过清理滑套45对其外侧壁进行辅助清洁；
对于外侧壁不断沉积的第二电极棒46，定时启动二清理装置，具体工序如下；首先，驱动清理升降架54上升且驱动清理旋转齿轮组56通过清理外套57带动清理磨具59旋转，从而实现在上升对第二电极棒46附着物进行清理。
冷却单元1实现冷却降温保证机器正常运行，便于水滴凝结回收，电解单元2产生氢氧气，混合单元3实现氢、氧、离子等气体与天然气的混合，燃烧单元4实现燃烧，防爆检测系统5实现监控，仪表盘6实现对各个参数的监控，以便进行保证各个组件运行正常，控制按钮7实现控制，纯水箱8作为电解液水的补充，一次气液分离器9实现对水分的回收，电解装置10实现电解工作，二次气液分离器11实现对回收水中气体的再次收集，从而使得回收水中氢氧气充分排出，液体排出口12实现了气体二次送入混合，热交换器13实现对回收水的冷却，作为公知常识，可以混合器、电解池等进行降温，蒸发器14实现了对热交换的交换水进行冷却，一次混合器15实现混合气体，视窗16便于观察内部翻译，CNG进入口17通入天然气，调压罐18方便储能与缓冲，也可实现了气流平稳输送，安全液封装置19可以是机械或电子或液体的，优选为机械的，当然采用可以液体，燃烧器20在锅炉21中燃烧，热交换管道22实现热交换，但是由于热交换需要水量大，但是作为保护的范围扩展，将其写入进行保护，箱体件23为载体，蒸发锥台套24实现聚集冷却，蒸发螺旋进风管25实现涡旋充分降温，蒸发锥形帽26实现降温聚集，蒸发上出风口27实现排风，分离壳体28为载体，分离中心台阶29其高于液面，便于液体外流分离存水池30，分离中心通道31实现气流输入，分离回水管32实现流体回流，分离支撑杆33方便水流出，分离导向套34为支撑，分离活动塞35上下运动实现脱水，当然，可以才离心式，分子筛，迂回管道，降温等方式均可以实现脱水，分离分度通道36实现透气，分离翻转挡板37利用自重打开，挤压的时候又闭合，从而挤压更彻底，分离上固定网盘38，方便透气透水分离吸水透气件39，分离出气口40实现排气，分离蛇形弯道41，分离排水通道42实现回收收集，电解池43，第一电极棒44与第二电极棒46作为电解两极，其一极不断消耗，另一极不断增加辅助，通过清理滑套45进行简单擦拭处理，漩涡发生器47产生漩涡，可以是上下涡旋或周向涡旋等方式，辅助收集池48在离心力的作用下进行收集，其杂物因为离心力作用下，优先被甩进入辅助进入口49，辅助挡板件50，遮挡部分杂物反流。辅助斜网板51增大接触面，底部存积腔室52使得杂物下沉，鸭嘴式送出口53实现减速，产生速度差，清理升降架54升降设置，清理导向套55实现导向，清理旋转齿轮组56实现旋转驱动，清理外套57实现导向支撑，清理径向弹性杆58实现了弹性调节，从而实现清理磨具59始终对电极磨削到附着物。，
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
