本發(fā)明涉及合成燃氣助燃，更具體地涉及一種氫氧合成燃氣助燃系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、傳統(tǒng)的氫氧合成燃氣的助燃系統(tǒng)及方法中對氫氣的制備方法過于落后，氫氣和氧氣的混合不夠充分，氫氧合成燃氣的燃燒不夠完全導致資源浪費，傳統(tǒng)的助燃系統(tǒng)在氣體混合和氣體燃燒方面存在技術缺陷。

2、為解決上述問題，需要采用電解水制氫方法更快速的制備足夠的氫氣儲量并基于氣體混合方程和燃燒方程對氫氧合成燃氣合理充分的混合并燃燒解決氣體混合和燃燒不充分的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明公開了一種氫氧合成燃氣助燃系統(tǒng)及方法，通過電解水和空氣分離的方法獲取氫氣和氧氣，基于混合氣體方程對氫氣和氧氣混合合成燃氣，通過燃燒方程將合成燃氣充分燃燒并基于燃燒效率對系統(tǒng)調(diào)節(jié)以達到最佳燃燒方式。

2、本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種氫氧合成燃氣助燃系統(tǒng)，包括氫氣制備模塊、氧氣供應模塊、混合裝置模塊、燃燒室模塊、控制模塊和排放處理模塊；其中：

4、氫氣制備模塊，基于電解水制氫方法將水溶液電解并與混合裝置模塊連接，為燃燒室燃燒提供充足的燃料；

5、氧氣供應模塊，基于空氣分離裝置將氧氣從大氣中分離出來，并將氧氣供應給混合裝置模塊；

6、混和裝置模塊，基于流量控制單元、混合罐單元和安全裝置單元實現(xiàn)對氫氣和氧氣的進入量和混合用量的控制；所述流量控制單元通過流量計精準控制進入混合罐的氫氣和氧氣的流量；所述混合罐單元基于物理空間為氫氣和氧氣的混合提供場所；所述安全裝置單元通過火花消除器和壓力傳感器保護混合裝置防止出現(xiàn)意外點燃現(xiàn)象；所述流量控制單元與所述安全裝置單元放置在所述混合罐單元內(nèi)；所述混合罐單元與所述流量控制單元和安全裝置單元連接；

7、燃燒室模塊，用于氫氧合成燃氣進行燃燒將化學能轉換為熱能；

8、控制模塊，通過傳感器、控制器、執(zhí)行器和人機界面實時監(jiān)控氫氣制備模塊、氧氣供應模塊、混合裝置模塊、燃燒室模塊和排放處理模塊的運行狀態(tài)并快速響應狀態(tài)變化；

9、排放處理模塊，用于去除燃燒后廢棄中的有害成分以達到排放標準；

10、所述氫氣制備模塊通過管道與所述氧氣供應模塊和所述混合裝置模塊連接；所述氧氣供應模塊通過管道與所述混合裝置模塊連接；所述燃燒室模塊和所述排放處理模塊放置在所述混合裝置模塊內(nèi)；所述燃燒室模塊通過管道與所述排放處理模塊連接。

11、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述氫氣制備模塊包括原料處理單元、反應池單元和儲存單元；所述原料處理單元通過水處理去除水中的離子、懸浮物、溶解氣體和雜質；所述反應池單元通過電解水方法將水電離產(chǎn)生氫氣和氧氣；所述儲存單元利用儲氫罐將反應池單元產(chǎn)生的氫氣儲存并將反應池產(chǎn)生的氧氣通過管道輸送給氧氣供應模塊；所述原料處理單元放置在所述反應池單元內(nèi)；所述反應池單元通過管道與所述儲氫罐單元連接。

12、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述氧氣供應模塊包括原料收集單元、空氣分離單元和儲氧罐單元；所述原料收集單元通過壓縮機將空氣收集并通過過濾器來凈化空氣；所述空氣分離單元通過冷卻塔將凈化后的空氣冷卻至-18°后引入分離塔，在具體實施例中，也可以-170℃后引入分離塔，利用氧氣的沸點高于氮氣的原理將空氣升溫使氮氣蒸發(fā)排走留下氧氣；所述儲氧罐單元用于儲存空氣分離單元產(chǎn)生的氧氣和氫氣制備模塊產(chǎn)生的氧氣；所述原料收集單元放置在所述空氣分離單元內(nèi)；所述空氣分離單元通過管道與所述儲氧罐單元連接。

13、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述燃燒室模塊包括點火單元、燃燒單元和散熱單元；所述點火單元通過燃燒器將混合氣體點燃；所述燃燒單元基于封閉的空間為氣體燃燒提供場所；所述散熱單元利用水冷裝置將燃燒室的高溫氣體進行冷卻；所述點火單元放置在所述燃燒單元內(nèi)；所述燃燒單元放置在所述散熱單元內(nèi)。

14、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述控制模塊包括傳感器單元、控制器單元、執(zhí)行器單元和人機界面單元；所述傳感器單元通過溫度傳感器、壓力傳感器和流量計實時監(jiān)控燃燒室的溫度、壓力和氣體流量；所述控制器單元通過邏輯控制器接收傳感器數(shù)據(jù)，計算運行后發(fā)出指令；所述執(zhí)行器單元通過調(diào)節(jié)閥門實施指令以控制氣體流量和加熱元件；所述人機界面單元通過觸摸屏、按鈕和指示燈實時顯示系統(tǒng)的狀態(tài)并允許操作員手動操作；所述傳感器單元的輸出端連接所述控制器的輸入端；所述控制器的輸出端連接所述執(zhí)行器的輸入端；所述執(zhí)行器的輸出端連接所述人機界面單元的輸入端。

15、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述排放處理模塊包括過濾器單元、吸收塔單元、催化轉換器單元、熱氧化器單元和排放檢測單元；所述過濾器單元通過靜電除塵器去除廢氣中的顆粒物；所述吸收塔單元通過廢氣與水溶液接觸吸收廢氣中的有害成分；所述催化轉換器單元通過催化還原方法將廢氣中的有害物質轉化為無害物質，減少氮氧化物的排放；所述熱氧化器單元通過高溫將廢棄中的有機物氧化為二氧化碳和水，減少污染物的排放；所述排放檢測單元通過氣體分析儀和顆粒物監(jiān)測器對處理后的氣體實時監(jiān)測以達到排放氣體的標準；所述過濾器單元通過管道與所述吸收塔單元連接；所述吸收塔單元通過管道與所述催化轉換器單元連接；所述催化轉換器單元通過管道與所述熱氧化器單元連接；所述過濾器單元、吸收塔單元、催化轉換器單元和熱氧化器單元放置在所述排放檢測單元內(nèi)。

16、一種氫氧合成燃氣助燃方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

17、步驟1、氫氣和氧氣的制備；

18、在本步驟中，通過電解水和空氣分離的方法制備氫氣和氧氣；

19、步驟2、氫氣和氧氣的混合；

20、在本步驟中，基于氣體混合公式將氫氣和氧氣按比例混合并充分混合以保證混合氣體濃度一致；

21、步驟3、輸送氫氧合成燃氣；

22、在本步驟中，通過輸送管道將混合好的氫氧合成燃氣輸送到燃燒設備，以確保合成燃氣的純度和穩(wěn)定性；

23、步驟4、燃燒氫氧合成燃氣；

24、在本步驟中，基于燃燒公式和燃燒條件并通過燃燒設備使合成燃氣充分燃燒，將化學能轉換為熱能；

25、步驟5、排放廢氣；

26、在本步驟中，通過氣體分析儀對燃燒后的廢氣進行分析，通過過濾器對燃燒后的廢氣進行去除雜質和有毒氣體以保證達到安全排放的標準；

27、步驟6、監(jiān)測與控制；

28、在本步驟中，通過傳感器實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)并基于控制裝置實現(xiàn)調(diào)整氫氣和氧氣的混合比例和燃燒溫度的參數(shù)以達到充分燃燒和高效率轉化；

29、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述氣體混合方法的公式表達式為：

30、體積計算方程：

31、氧氣含量計算方程：c1＝∑xiv1???(2)

32、氫氣含量計算方程：c2＝∑yiv2???(3)

33、氣體混合比例：c1：c2＝2：5???(4)

34、氣體狀態(tài)方程：

35、在公式(1)-(5)中，v表示氣體體積，z表示氣體壓縮因子，n表示氣體摩爾，r表示阿伏伽德羅常數(shù)，t表示氣體所處空間的溫度，p表示氣體所處空間的壓強，c表示混合氣體狀態(tài)，c1，c2分別表示氧氣和氫氣的含量，v1，v2分別表示氧氣和氫氣的體積，xi表示氧氣分子，yi表示氫氣分子。

36、作為本發(fā)明進一步的技術方案，所述氫氧合成燃氣燃燒條件為：所述氫氧合成燃氣通過形狀圓滑無棱角，表面光滑且具有絕熱層的燃燒室進行燃燒，基于火花點燃的方式引燃氫氧合成燃氣；氫氧合成燃氣燃燒時溫度達到580℃，燃燒時的壓強達到0.05mpa，燃燒時間持續(xù)15秒，通過旋流器增加氣體的湍流以保證氣體充分互相接觸并被火焰點燃；

37、所述燃燒公式表達式為：

38、

39、在公式(6)中，a表示燃燒函數(shù)，n表示氣體分子個數(shù)，i表示運算次序；μ表示燃燒因子；

40、所述氫氧合成燃氣的燃燒效率表達式為：

41、

42、在公式(7)中，η表示燃燒效率。

43、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有益的積極效果是：

44、本發(fā)明通過電解水和空氣分離的方法獲取氫氣和氧氣，基于混合氣體方程對氫氣和氧氣混合合成燃氣，通過燃燒方程將合成燃氣充分燃燒并基于燃燒效率對系統(tǒng)調(diào)節(jié)以達到最佳燃燒方式。