一种用于窑炉的高效富氧燃烧系统、控制系统及方法与流程

本发明涉及窑炉燃烧，具体涉及一种用于窑炉的高效富氧燃烧系统、控制系统及方法。

背景技术：

1、窑炉进风氧气含量不足，会导致燃料燃烧效率下降，进而浪费大量能源，众所周知，空气中含有大约21％的氧气和78％的氮气，微量的氩气、二氧化碳、水蒸气和气体尘埃（如pm2.5和pm10），氮气无法燃烧，也不支持燃烧，长时间在炉膛内类积会导致氧气含量下降，因此，在一些特殊的、设备较大的窑炉场所，需要富氧进风，而现有技术中增加富氧的方式是膜分离法和变压吸附法。

2、膜分离法，主要是利用有机高分子致密薄膜对氮气和氧气的选择透过性差异，即在较大压力差下，氮分子和氧分子通过薄膜的渗透速率不同，进行分离，但是众所周知，该过程需要浪费大量的电能维持进风或出风动力部件运转，以在薄膜前后形成压力差，但是窑炉周围环境气体尘埃的浓度较高，在薄膜进风面上会形成脏堵，导致膜分离效率较低，因此，长时间运行的膜分离设备其作用多是除尘，空气中氧气的比例提高不大，例如，某高校研发了一种基于复合膜分离器构建的富氧集体防护系统（专利号cn112705017a），其提出了通过增加鼓风机f01的排气压力或提高增压机f02的抽气压力，使供进膜组件的气体压力与膜渗透侧的气体压力≥4，可连续去除包括pm2.5、pm0.5、细菌、有毒有害气体等一切相对气体分子大小特征颗粒度以上物理尺寸的颗粒类污染物而获得净化的新鲜空气。

3、变压吸附法（又称psa）， 是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，进而实现连续生成富氧，但是该方法虽然效率较高，但要浪费大量的电能，而且成本要比膜分离法高得多，例如，某一公司研发了一种采用变压吸附技术生产氧气的方法（专利号cn112004774a），基于该方法的系统中，包含了多个吸附塔、真空泵、控阀、鼓风机、缓冲罐以及上述部件相互连接的管路系统，且工艺复杂，要经历吸附、均压降、顺放、逆放、吹扫、均压升和终审升等过程。

4、由此可见，无论是膜分离法，还会变压吸附法，用在高温、空气含尘量的窑炉环境中，不仅效率低下，而且需要浪费大量的电能，变压吸附法用于窑炉时管路系统复杂，成本太高，因此，如何提供一种高效的、节能的富氧燃烧窑炉，成本本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提高燃料燃烧效率，持续供氧，同时降低能耗，因此提出了一种全新的用于窑炉的高效富氧燃烧系统、控制系统及方法：

2、一种用于窑炉的高效富氧燃烧系统，包括太阳能电池板、电解筒、输氧管、输氢管、气体混合器、送风机、渐缩管、预热器，其中，所述太阳能电池板通过输电线与所述电解筒连接，所述电解筒内容纳有电解液，所述电解筒的上部分别连接输氧管和输氢管，所述输氢管的一端连接预热器，所述输氧管的一端连接气体混合器，所述气体混合器的进风侧连接有送风机，所述送风机用于向窑炉内送入室外空气，所述气体混合器的出风侧连接有渐缩管，所述渐缩管通过一段风管与预热器连接，所述预热器与窑炉的进风口连接。

3、所述输电线还与市电电路连接，所述市电电路与太阳能电路相互并联，所述市电电路包括交流电线和整流器，其中，所述整流器与输电线电路连接。进而，在白天用电负荷较大时，直接利用太阳能发电制备氧气，在晚上太阳能发电量无法输出足够电力时，利用负荷处于低谷时期的市电电力制备氧气，进而达到对电力系统“削峰填谷”，节约能耗的目的。

4、优选地，所述气体混合器为普通的三通，空气和氧气在所述三通内混合形成富氧空气。

5、优选地，所述气体混合器为t型形状，包括直通部和旁通部，所述直通部的一端连接进风口，其另一端连接渐缩管，所述直通部靠近渐缩管大头的一端内设置有纽带，所述纽带用于使直通部流入的空气和旁通部流入的氧气充分混合，形成均匀的富氧空气。

6、优选地，所述气体混合器的直通部靠近进风口的一侧，设置有送风机。

7、所述输氢管的末端连接三通阀的进气口，所述三通阀优选为电动三通阀，所述三通阀的两个出气口分别连接第一输氢支管、第二输氢支管，所述第一输氢支管与预热器连接，所述第二输氢支管与窑炉内部连接，所述第二输氢支管的末端为渐缩型喷口，所述渐缩型喷口与防火阀和单向阀连接。

8、在窑炉预热阶段，控制所述三通阀与第一输氢支管导通，所述氢气在预热器中燃烧，对炉膛进行快速预热，当炉膛内燃料达到着火点燃烧时，通过控制系统控制所述三通阀切换，使所述三通阀与第二输氢支管导通，纯净的氢气作为燃料在炉膛内燃烧。

9、所述预热器内设置有电子点火器，所述电子点火器用于点燃氢气。

10、所述电解筒用于容纳电解液，所述电解筒包括筒体、筒盖、密封隔板、出氢口、加水口、出氧口，其中，所述筒体与筒盖卡扣连接，所述筒盖与密封隔板连接，所述筒盖上分别开设有出氢口、加水口、出氧口，所述出氢口与输氢管连接，所述出氧口与输氧管连接，所述加水口与补水管连接，所述补水管与水箱连接。

11、通过所述密封隔板和电解液的分隔，电解筒上部被分为集氧室和集氢室，所述集氧室和集氢室内均设置有电极，所述电极与输电线电路连接，所述集氧室内设置有浮球阀，所述浮球阀用于在电解筒内的液位低于最低预设水位时，打开补水管，向所述电解筒内自动补水，所述集氢室上部设置有气压计，用于快速判断电解筒内压力状况，防止电解筒内气体压力过高。

12、所述电解液采用自来水、nahso4溶液或者na2so4/h2so4的混合溶液中的任意一种。

13、基于上述用于窑炉的高效富氧燃烧系统，还包括一种富氧燃烧控制系统，所述控制系统包括：输入单元、mcu控制器、触屏显示器、输出单元和浮球阀，输入单元、输出单元和触屏显示器均与mcu控制器电连接。

14、综上所述，本发明的一种用于窑炉的高效富氧燃烧系统，与现有技术中的膜分离系统以及变压吸附系统相比，其优点在于：

15、1）本发明有别于传统的膜分离法以及变压吸附法，采用太阳能发电产生的电量电解水制备氧气，并将氧气与进风混合，形成有利于燃料燃烧的富氧空气，可以提高制氧效率，并实现节能减排和对电力“削峰填谷”的作用；

16、2）本发明在制备氧气的过程中，氢气可作为辅助燃料，供给炉膛进行燃烧，有利于节约燃料能源，同时制备富氧的过程不受空气洁净度的影响；

17、3）本发明采用t型形状气体混合器，并将气体混合器与渐缩管连接，可以将氢气引射抽出，并在气体混合器中充分混合后增压喷出，相对于传统的气体混合方式，本发明实现了在气体混合的同时，保证混合气体有足够的动力到达炉膛；

18、4）本发明的电解筒，通过密封隔板和电解液，可将电解筒分隔为集氧室和集氢室，有效防止助燃的氧气和燃料氢气混合，且在电解过程中实现了连续补水和实时压力检测，保证了电解过程的持续进行；

19、5）智能化的控制系统，采用温度、压力和时间参数对三通阀、送风机、直流变压器、电闸以及预热器进行智能化控制，使得富氧燃烧过程更为安全，提高了富氧燃烧效率。