專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前節(jié)能減排要求日趨嚴(yán)格,節(jié)能與環(huán)保成為研究的熱點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能技術(shù)也成為研的究的重點(diǎn)。富氧燃燒技術(shù)可以顯著提高燃燒效率和火焰溫度，從而改善燃燒和排放性能，是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前 景的高效節(jié)能技術(shù)。富氧燃燒可以提高溫度和壓力峰值，使碳煙、CO和SO2排放量減少，但由于通入過(guò)量空氣，其中含有大量的氮?dú)猓匀皇筃Ox排放量增大。如果采用本專利設(shè)計(jì)的純O2和CO2助燃，既實(shí)現(xiàn)了富氧燃燒，又徹底解決了 NOx污染物排放的問(wèn)題。實(shí)用新型專利(ZL201020576059. 2)給出了液氧固碳零排放內(nèi)燃機(jī)的一種整體方案，但沒(méi)有對(duì)CO2的捕捉裝置設(shè)計(jì)還不充分，實(shí)際應(yīng)用性還需要進(jìn)一步研究，本專利將對(duì)一種固碳回收利用方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出更具有可行性的新型液氧固CO2內(nèi)燃機(jī)零排放燃燒整體方案。碳的捕獲和存儲(chǔ)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)，是應(yīng)用于電廠的燃燒前脫碳方法，電廠采用的燃燒后脫碳方法是化學(xué)吸收法。這兩種方法都不能應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的脫碳，本發(fā)明是對(duì)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)脫碳零排放燃燒設(shè)計(jì)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了實(shí)現(xiàn)上面所敘述的內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒，同時(shí)它能實(shí)現(xiàn)CO2固定捕捉，符合現(xiàn)在中國(guó)目前節(jié)能減排改革現(xiàn)狀。本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，包括CO2捕捉裝置，液氧輸氧管，液氧儲(chǔ)存罐，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管，內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)排氣管，冷凝水管，干冰收集管。作為優(yōu)選，系統(tǒng)還包括干冰封存裝置。作為優(yōu)選，系統(tǒng)還包括進(jìn)氣管增壓裝置。本發(fā)明還提供了所述固碳系統(tǒng)的工作方法，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的尾氣通過(guò)排氣管，經(jīng)過(guò)冷凝水管降低到一定溫度，進(jìn)入C02捕捉裝置；同時(shí)，液氧儲(chǔ)存罐中的液氧通過(guò)液氧輸氧管樣進(jìn)入C02捕捉裝置，通過(guò)對(duì)流換熱，液氧受熱汽化成氧氣，而尾氣中的一部分C02凝華成為干冰，通過(guò)C02捕捉裝置底部的干冰收集孔進(jìn)入干冰收集管；之后，尾氣中另一部分沒(méi)有凝華的C02跟氧氣一起排出C02捕捉裝置，與氧氣一起經(jīng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管通入內(nèi)燃機(jī)氣缸燃燒。干冰經(jīng)過(guò)所述干冰收集管進(jìn)入干冰封存裝置。在所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管上設(shè)置進(jìn)氣管增壓裝置對(duì)混合氣體進(jìn)行增壓。所述內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。本發(fā)明是使內(nèi)燃機(jī)通過(guò)純氧和CO2助燃，燃燒后產(chǎn)生的尾氣CO2先經(jīng)過(guò)冷凝水降低到接近100°c,然后進(jìn)入CO2捕捉裝置,與液氧對(duì)流換熱,液氧受熱汽化成氧氣，一部分CO2凝華成干冰，另一部分繼續(xù)與汽化后的氧氣混合進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)助燃，實(shí)現(xiàn)富氧燃燒循環(huán)。采用本發(fā)明可以使內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)富氧燃燒，提高了燃料燃燒效率，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?dú)猓瑥氐捉鉀Q了 NO排放問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)的零排放。


圖I是本發(fā)明的總體方案流程圖，圖中1-C02捕捉裝置，2-進(jìn)氣管增壓裝置，3-液氧輸氧管，4-液氧儲(chǔ)存罐，5-內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管，6-內(nèi)燃機(jī)，7-內(nèi)燃機(jī)排氣管，8-冷凝水管，9-干冰封存裝置，10-干冰收集管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的CO2捕捉裝置I具有外殼，尾氣入口設(shè)置于外殼側(cè)下部，混合氣體出口設(shè)置于外殼頂部。冷凝水管設(shè)置在尾氣入口處。 根據(jù)流程圖1，內(nèi)燃機(jī)6啟動(dòng)時(shí)通入空氣助燃，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的尾氣通過(guò)排氣管7進(jìn)入CO2捕捉裝置1，液氧儲(chǔ)存罐4中的液氧通過(guò)液氧輸氧管3同樣進(jìn)入CO2捕捉裝置1，通過(guò)對(duì)流換熱，液氧受熱汽化成氧氣，排出CO2捕捉裝置1，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管5進(jìn)入進(jìn)氣管增壓裝置2，增加壓力后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)6燃燒，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)富氧燃燒，燃燒的尾氣大部分為CO2,將其通過(guò)內(nèi)燃機(jī)排氣管7末端的冷凝水管8，溫度降低到接近100°C，再通入CO2捕捉裝置1，與通入其中的液氧對(duì)流換熱此時(shí)，液氧被汽化成氧氣，同時(shí)，CO2尾氣一部分凝華成為干冰，通過(guò)CO2捕捉裝置I底部的干冰收集孔排出，進(jìn)入干冰收集管10，到達(dá)干冰封存裝置9，另一部分沒(méi)有完全凝華的CO2跟氧氣一起排出CO2捕捉裝置1，與氧氣按照富氧燃燒的比例通入內(nèi)燃機(jī)氣缸燃燒。這樣內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)液氧固碳零排放循環(huán)燃燒。本發(fā)明系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)可以工作在需要零排放的、狹小的空間內(nèi)，比如軍用坑道施工車輛、隧道挖掘機(jī)、鉆井發(fā)電機(jī)、潛艇發(fā)電機(jī)，軍用導(dǎo)彈發(fā)射車輛等場(chǎng)合。同時(shí)，回收的干冰可以進(jìn)行循環(huán)利用，用于制冷、高級(jí)干冰清洗劑、植物營(yíng)養(yǎng)成分等。本發(fā)明不限于以上對(duì)實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，比如進(jìn)氣管增壓裝置和干冰封存裝置的選擇設(shè)置等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，包括CO2捕捉裝置(I)，液氧輸氧管(3)，液氧儲(chǔ)存罐(4)，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管(5)，內(nèi)燃機(jī)(6)，內(nèi)燃機(jī)排氣管(7)，冷凝水管(8)，干冰收集管(10)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，其特征在于還包括干冰封存裝置(9)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，其特征在于還包括進(jìn)氣管增壓裝置(2)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，其特征在于所述0)2捕捉裝置(I)具有外殼，該外殼側(cè)下部設(shè)置有尾氣入口，該外殼頂部設(shè)置有混合氣體出口。
5.如權(quán)利要求I或2或4所述的一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒與液氧固碳系統(tǒng)，其特征在于所述冷凝水管設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)排氣管末端處。
6.一種基于權(quán)利要求I至5之一所述的內(nèi)燃機(jī)富燃燒與液氧固碳系統(tǒng)的工作方法，其特征在于內(nèi)燃機(jī)(6)產(chǎn)生的尾氣通過(guò)排氣管(7)，經(jīng)過(guò)冷凝水管(8)降低到一定溫度，進(jìn)入CO2捕捉裝置(I);同時(shí)，液氧儲(chǔ)存罐(4)中的液氧通過(guò)液氣輸氧管(3)同樣進(jìn)入0)2捕捉裝置(I)，通過(guò)對(duì)流換熱，液氧受熱汽化成氧氣，而尾氣中的一部分CO2凝華成為干冰，通過(guò)CO2捕捉裝置(I)底部的干冰收集孔進(jìn)入干冰收集管(10);之后，尾氣中另一部分沒(méi)有凝華的CO2跟氧氣一起排出CO2捕捉裝置(I)，與氧氣一起經(jīng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管(5)通入內(nèi)燃機(jī)氣缸燃燒。
7.如權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于干冰經(jīng)過(guò)所述干冰收集管(10)進(jìn)入干冰封存裝置(9)。
8.如權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于在所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管(5)上設(shè)置進(jìn)氣管增壓裝置(2)對(duì)混合氣體進(jìn)行增壓。
9.如權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于所述內(nèi)燃機(jī)(6)實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)富氧燃燒和液氧固碳系統(tǒng)及其工作方法，它包括CO2捕捉裝置(1)，進(jìn)氣管增壓裝置(2)，液氧輸氧管(3)，液氧儲(chǔ)存罐(4)，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管(5)，內(nèi)燃機(jī)(6)，內(nèi)燃機(jī)排氣管(7)，冷凝水管(8)，干冰封存裝置(9)，干冰收集管(10)。采用CO2捕捉裝置(1)將液氧汽化為氧氣，與一部分未凝華的CO2共同進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)，進(jìn)行富氧燃燒，消除了CH和CO的生成；同時(shí)又能捕捉CO2，使內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)零排放。
文檔編號(hào)F01N3/02GK102635469SQ20121011946
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者劉永峰, 秦建軍, 裴普成, 陳紅兵 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院