专利名称：一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统及其工作方法。
背景技术：
当前节能减排要求日趋严格,节能与环保成为研究的热点，内燃机的节能技术也成为研的究的重点。富氧燃烧技术可以显著提高燃烧效率和火焰温度，从而改善燃烧和排放性能，是一项具有广阔应用前 景的高效节能技术。富氧燃烧可以提高温度和压力峰值，使碳烟、CO和SO2排放量减少，但由于通入过量空气，其中含有大量的氮气，自然使NOx排放量增大。如果采用本专利设计的纯O2和CO2助燃，既实现了富氧燃烧，又彻底解决了 NOx污染物排放的问题。实用新型专利(ZL201020576059. 2)给出了液氧固碳零排放内燃机的一种整体方案，但没有对CO2的捕捉装置设计还不充分，实际应用性还需要进一步研究，本专利将对一种固碳回收利用方法进行系统研究，提出更具有可行性的新型液氧固CO2内燃机零排放燃烧整体方案。碳的捕获和存储的煤气化联合循环发电(IGCC)，是应用于电厂的燃烧前脱碳方法，电厂采用的燃烧后脱碳方法是化学吸收法。这两种方法都不能应用于内燃机的脱碳，本发明是对内燃机实现脱碳零排放燃烧设计的。
发明内容
本发明的目的正是为了实现上面所叙述的内燃机富氧燃烧，同时它能实现CO2固定捕捉，符合现在中国目前节能减排改革现状。本发明提供一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，包括CO2捕捉装置，液氧输氧管，液氧储存罐，内燃机进气管，内燃机，内燃机排气管，冷凝水管，干冰收集管。作为优选，系统还包括干冰封存装置。作为优选，系统还包括进气管增压装置。本发明还提供了所述固碳系统的工作方法，内燃机产生的尾气通过排气管，经过冷凝水管降低到一定温度，进入C02捕捉装置；同时，液氧储存罐中的液氧通过液氧输氧管样进入C02捕捉装置，通过对流换热，液氧受热汽化成氧气，而尾气中的一部分C02凝华成为干冰，通过C02捕捉装置底部的干冰收集孔进入干冰收集管；之后，尾气中另一部分没有凝华的C02跟氧气一起排出C02捕捉装置，与氧气一起经内燃机进气管通入内燃机气缸燃烧。干冰经过所述干冰收集管进入干冰封存装置。在所述内燃机进气管上设置进气管增压装置对混合气体进行增压。所述内燃机实现循环燃烧。本发明是使内燃机通过纯氧和CO2助燃，燃烧后产生的尾气CO2先经过冷凝水降低到接近100°c,然后进入CO2捕捉装置,与液氧对流换热,液氧受热汽化成氧气，一部分CO2凝华成干冰，另一部分继续与汽化后的氧气混合进入内燃机助燃，实现富氧燃烧循环。采用本发明可以使内燃机实现富氧燃烧，提高了燃料燃烧效率，做功能力提高，消除了 CH和CO的生成。液氧汽化后助燃，不含有氮气，彻底解决了 NO排放问题，实现了内燃机的零排放。
图I是本发明的总体方案流程图，图中1-C02捕捉装置，2-进气管增压装置，3-液氧输氧管，4-液氧储存罐，5-内燃机进气管，6-内燃机，7-内燃机排气管，8-冷凝水管，9-干冰封存装置，10-干冰收集管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述本发明的CO2捕捉装置I具有外壳，尾气入口设置于外壳侧下部，混合气体出口设置于外壳顶部。冷凝水管设置在尾气入口处。 根据流程图1，内燃机6启动时通入空气助燃，内燃机产生的尾气通过排气管7进入CO2捕捉装置1，液氧储存罐4中的液氧通过液氧输氧管3同样进入CO2捕捉装置1，通过对流换热，液氧受热汽化成氧气，排出CO2捕捉装置1，通过内燃机进气管5进入进气管增压装置2，增加压力后进入内燃机6燃烧，此时内燃机实现富氧燃烧，燃烧的尾气大部分为CO2,将其通过内燃机排气管7末端的冷凝水管8，温度降低到接近100°C，再通入CO2捕捉装置1，与通入其中的液氧对流换热此时，液氧被汽化成氧气，同时，CO2尾气一部分凝华成为干冰，通过CO2捕捉装置I底部的干冰收集孔排出，进入干冰收集管10，到达干冰封存装置9，另一部分没有完全凝华的CO2跟氧气一起排出CO2捕捉装置1，与氧气按照富氧燃烧的比例通入内燃机气缸燃烧。这样内燃机实现液氧固碳零排放循环燃烧。本发明系统的内燃机可以工作在需要零排放的、狭小的空间内，比如军用坑道施工车辆、隧道挖掘机、钻井发电机、潜艇发电机，军用导弹发射车辆等场合。同时，回收的干冰可以进行循环利用，用于制冷、高级干冰清洗剂、植物营养成分等。本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如进气管增压装置和干冰封存装置的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，包括CO2捕捉装置(I)，液氧输氧管(3)，液氧储存罐(4)，内燃机进气管(5)，内燃机(6)，内燃机排气管(7)，冷凝水管(8)，干冰收集管(10)。
2.如权利要求I所述的一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，其特征在于还包括干冰封存装置(9)。
3.如权利要求I或2所述的一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，其特征在于还包括进气管增压装置(2)。
4.如权利要求3所述的一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，其特征在于所述0)2捕捉装置(I)具有外壳，该外壳侧下部设置有尾气入口，该外壳顶部设置有混合气体出口。
5.如权利要求I或2或4所述的一种内燃机富氧燃烧与液氧固碳系统，其特征在于所述冷凝水管设置在所述内燃机排气管末端处。
6.一种基于权利要求I至5之一所述的内燃机富燃烧与液氧固碳系统的工作方法，其特征在于内燃机(6)产生的尾气通过排气管(7)，经过冷凝水管(8)降低到一定温度，进入CO2捕捉装置(I);同时，液氧储存罐(4)中的液氧通过液气输氧管(3)同样进入0)2捕捉装置(I)，通过对流换热，液氧受热汽化成氧气，而尾气中的一部分CO2凝华成为干冰，通过CO2捕捉装置(I)底部的干冰收集孔进入干冰收集管(10);之后，尾气中另一部分没有凝华的CO2跟氧气一起排出CO2捕捉装置(I)，与氧气一起经内燃机进气管(5)通入内燃机气缸燃烧。
7.如权利要求6所述的工作方法，其特征在于干冰经过所述干冰收集管(10)进入干冰封存装置(9)。
8.如权利要求6所述的工作方法，其特征在于在所述内燃机进气管(5)上设置进气管增压装置(2)对混合气体进行增压。
9.如权利要求6所述的工作方法，其特征在于所述内燃机(6)实现循环燃烧。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机富氧燃烧和液氧固碳系统及其工作方法，它包括CO2捕捉装置(1)，进气管增压装置(2)，液氧输氧管(3)，液氧储存罐(4)，内燃机进气管(5)，内燃机(6)，内燃机排气管(7)，冷凝水管(8)，干冰封存装置(9)，干冰收集管(10)。采用CO2捕捉装置(1)将液氧汽化为氧气，与一部分未凝华的CO2共同进入内燃机，进行富氧燃烧，消除了CH和CO的生成；同时又能捕捉CO2，使内燃机实现零排放。
文档编号F01N3/02GK102635469SQ20121011946
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者刘永峰, 秦建军, 裴普成, 陈红兵 申请人:北京建筑工程学院