一种多晶体功能材料及制备氢氧等离子体助燃的增燃系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多晶体功能材料及制备氢氧等离子体助燃的增燃系统，涉及等离子体助燃领域，旨在解决现有技术中碳氢燃料在燃烧器中燃烧不充分的问题，采用的技术方案是，多晶体功能材料包括晶体基体、活化剂、敏化剂和矿化剂，增燃系统使用了将蒸汽发生器产生的蒸汽通入装有多晶体功能材料的等离子体制备装置中，通过射频放电激发多晶体功能材料释放高能电子与水蒸汽分子发生碰撞激发和电离产生氢氧等离子体，再由氢氧等离子体与碳氢燃料混合后燃烧，克服了热效率低和燃尽率低的缺点，显著提高燃烧效率，改善燃烧工况，稳定燃烧过程，增加热量利用率，减少了碳氢燃料的使用量，节约了燃烧成本，降低碳氢燃料燃烧CO、HC、NO

【技术实现步骤摘要】
一种多晶体功能材料及制备氢氧等离子体助燃的增燃系统


[0001]本专利技术涉及等离子体助燃领域，具体为一种多晶体功能材料及制备氢氧等离子体助燃的增燃系统。

技术介绍

[0002]目前碳氢类燃料包括汽油、柴油、重油、煤油、液化气及天然气等，其燃烧过程是燃料与空气中的氧气发生化学反应的过程，在理想状态下燃料燃烧后其产物是二氧化碳和水。但由于各种原因，碳氢燃料在锅炉、工业炉等燃烧器中都得不到充分燃烧，这样燃烧后的产物除了二氧化碳和水以外还有一氧化碳和碳氢化合物等副产物。燃料的不完全燃烧不仅浪费能源，而且也产生了污染排放。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术中所存在的问题，本专利技术公开了一种多晶体功能材料及制备氢氧等离子体助燃的增燃系统，通过氢氧等离子体与碳氢燃料混合后共同燃烧，提高热量利用率、降低碳氢燃料燃烧CO、HC、NOx、黑烟的排放。
[0004]本专利技术所涉及的多晶体功能材料是一种在电弧放电、辉光放电、激光、火焰或冲击波等外部激励条件下具有发射脉冲高能自由电子的多晶体功能材料，用于将水蒸汽分子解离为氢氧等离子体，与碳氢燃料混和燃烧，提高燃烧效率，改善燃烧工况；多晶材料是由很多个单晶颗粒与包围单晶颗粒的晶界构成，晶界具有散射电子的特性。
[0005]使用的多晶体功能材料采用的技术方案是，包括以下组分：晶体基体、活化剂、敏化剂和矿化剂。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，各组分按重量份配比如下：晶体基体85～90％、活化剂3～5％、敏化剂1～2％、矿化剂5～10％。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述晶体基体包括一种或多种过渡金属氧化物，过渡金属氧化物包括氧化锌、氧化铁、氧化钛、氧化镍、氧化锰、氧化钴等。过渡金属氧化物在较高的温度下，氧被逐出具有过剩金属原子、有缺陷的晶格，使该晶格缺少氧原子，产生电子和空穴，而且可以收集高密度电子。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述活化剂为专用纳米氧化镁，具有明显的小尺寸、大表面效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应，在体系中有更好的分散性和更高的纳米活性，从而发挥了纳米氧化镁粒子的光、电、磁场、热、量子效应。专用纳米氧化镁运用到多晶体功能材料中，可使多晶体功能材料拥有更好的可逆放电能力，且体现出良好的循环性能。专用纳米氧化镁技术指标：纳米氧化镁纯度≥99.9％，平均粒径30
‑
40nm，比表面积15
‑
30m2/g，PH值8
‑
11，氯化物<0.035％，电子级活化剂≤0.2％。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述敏化剂为介质材料敏化剂，这类介质材料一般是固体，在高频电磁波或微波场作用下，介质内部产生极化，其极化强度矢量落后于电场一个角度，从而导致与电场同相的电流产生，使介质材料内部的功率耗散转变为热能，通
过体积加热，敏化剂可以吸收激发辐射然后把能量传给活化剂。这类介质材料有碳黑，导电碳黑，石墨以及有磁性的氧化铁黑(Fe3O4)，为了防止产生积碳优选氧化铁黑。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述矿化剂为Li
+
、Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Ba
2+
的磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐中的一种或多种，加入少量的矿化剂能促进烧结和改善多晶体功能材料某些性能，如可以通过与晶体基材作用而使晶格活化，增强反应能力，加速固相反应。从经济性和水溶性考虑，优选碳酸钙，进一步的碳酸钙为多孔碳酸钙。
[0011]本专利技术还公开了多晶体功能材料的制备方法，具体步骤如下：步骤1，将晶体基体、活化剂、敏化剂、矿化剂按配比混和，球磨2～10h制成粒径100
‑
300目的粉末，加入10～15％水玻璃粘结剂和25～30％碳酸氢铵造孔剂，在4
‑
5个大气压下压制成圆柱型；步骤2，在中频炉中以1400
‑
1600℃的温度烧结1～2h，上述粉末发生致密化和再结晶，制成蜂窝状多孔的多晶体功能材料。
[0012]本专利技术还公开了使用上述多晶体功能材料的制备氢氧等离子体助燃的增燃系统，采用的技术方案是，包括蒸汽发生器、等离子体制备装置、预混腔和燃烧器，所述蒸汽发生器上有进口和出口，进口通过管道连接有流体输送装置，出口连接所述等离子体制备装置的蒸汽入口，所述等离子体制备装置的出口连接所述预混腔后连接燃烧器；所述等离子体制备装置内填充有多晶体功能材料，蒸汽发生器产生的蒸汽在等离子体制备装置内制备出氢氧等离子体后，在预混腔内与燃料混合，进入燃烧器即可充分燃烧。
[0013]燃烧器包括锅炉燃烧器、窑炉燃烧器、窑炉烧嘴，车辆、船舶、柴油发电机、工程机械等的内燃机的任一种；蒸汽发生器包括蒸汽锅炉、闪蒸缸、加热管等制取蒸汽装置的任一种。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述等离子体制备装置包括真空放电管、电容电极，所述真空放电管外壁两端分别装有两个所述电容电极，真空放电管中填充有所述多晶体功能材料，所述电容电极通过导线连接射频电源，通过射频电源、电容电极可向真空放电管内发射高频电磁波，激发多晶体功能材料释放高能电子与水蒸汽分子发生碰撞激发和电离产生氢氧等离子体；所述等离子体制备装置的进口端还通过管道连接有真空阀和真空泵。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述等离子体制备装置的等离子体出口通过管道依次连接比例阀、单向阀后连接所述预混腔的进口，所述预混腔上还有碳氢燃料进口，且所述预混腔还装有泄压管道，所述泄压管道上有泄压阀，所述预混腔的出口通过管道连接阻火器后连接所述燃烧器，所述燃烧器还连接有送风风机；所述比例阀和所述单向阀之间还装有放空管，所述放空管上有放空阀。
[0016]本专利技术还公开了一种使用多晶体功能材料制备氢氧等离子体的方法，包括以下步骤：步骤a，将水通入蒸汽发生器产生100
‑
110℃的蒸汽流；步骤b，将所述步骤a中得到的100
‑
110℃的蒸汽流通入等离子体制备装置中，由射频电源向真空放电管内发射高频电磁波，激发多晶体功能材料释放高能电子与水蒸汽分子发生碰撞激发和电离产生氢氧等离子体。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术通过以多晶体功能材料制备氢氧等离子体与碳氢燃料
预混后共同燃烧，其形成的优势如下：(1)碳氢燃料中的大分子和氢氧等离子体中的高能电子发生非弹性碰撞而裂解生成小分子燃料，实现燃料的完全燃烧；(2)氢氧等离子体活性粒子可以加速碳氢燃料燃烧的链式反应的进行，提高火焰传播速度；(3)氢氧等离子体激励能对燃烧室流场进行扰动，促进燃料和空气的混合，增强燃烧稳定性；(4)氢气燃烧的热值高达143MJ/Kg，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，天然气的1.6倍，且具有火焰传播速度快(2.75m/s)、燃烧温度高(在空气中当量燃烧时火焰温度为1430℃；在氧气中当量燃烧时火焰温度：2830℃)的特点，氢氧等离子体燃烧产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶体功能材料，其特征在于，包括以下组分：晶体基体、活化剂、敏化剂和矿化剂；各组分按重量份配比如下：晶体基体85～90％、活化剂3～5％、敏化剂1～2％、矿化剂5～10％。2.根据权利要求1所述的一种多晶体功能材料，其特征在于：所述晶体基体包括一种或多种过渡金属氧化物。3.根据权利要求1所述的一种多晶体功能材料，其特征在于：所述活化剂为纳米氧化镁。4.根据权利要求3所述的一种多晶体功能材料，其特征在于：所述纳米氧化镁的技术指标为：纳米氧化镁纯度≥99.9％，平均粒径30
‑
40nm，比表面积15
‑
30m2/g，PH值8
‑
11，氯化物<0.035％，电子级活化剂≤0.2％。5.根据权利要求1所述的一种多晶体功能材料，其特征在于：所述敏化剂为介质材料敏化剂；所述矿化剂为Li
+
、Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Ba
2+
的磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐中的一种或多种。6.一种制备如权利要求1所述的多晶体功能材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将晶体基体、活化剂、敏化剂、矿化剂按配比混和，球磨2～10h制成粒径100
‑
300目的粉末，加入10～15％水玻璃粘结剂和25～30％碳酸氢铵造孔剂，在4
‑
5个大气压下压制成圆柱型；步骤2，在中频炉中以1400
‑
1600℃温度烧结1～2h，制成蜂窝状多孔的多晶体功能材料。7.一种制备氢氧等离子体助燃的增燃系统，其特征在于：包括蒸汽发生器(3)、等离子体制备装置(4)、预混腔(11)和燃烧机(14)，所述蒸汽发生器(3)上有进口和出口，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，刘发民，薄建民，
申请(专利权)人：王凯，
类型：发明
国别省市：