專利名稱：一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統及其工作方法。
背景技術：
當前節能減排要求日趨嚴格,節能與環保成為研究的熱點，內燃機的節能技術也成為研的究的重點。富氧燃燒技術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，是一項具有廣闊應用前 景的高效節能技術。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，但由于通入過量空氣，其中含有大量的氮氣，自然使NOx排放量增大。如果采用本專利設計的純O2和CO2助燃，既實現了富氧燃燒，又徹底解決了 NOx污染物排放的問題。實用新型專利(ZL201020576059. 2)給出了液氧固碳零排放內燃機的一種整體方案，但沒有對CO2的捕捉裝置設計還不充分，實際應用性還需要進一步研究，本專利將對一種固碳回收利用方法進行系統研究，提出更具有可行性的新型液氧固CO2內燃機零排放燃燒整體方案。碳的捕獲和存儲的煤氣化聯合循環發電(IGCC)，是應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吸收法。這兩種方法都不能應用于內燃機的脫碳，本發明是對內燃機實現脫碳零排放燃燒設計的。
發明內容
本發明的目的正是為了實現上面所敘述的內燃機富氧燃燒，同時它能實現CO2固定捕捉，符合現在中國目前節能減排改革現狀。本發明提供一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，包括CO2捕捉裝置，液氧輸氧管，液氧儲存罐，內燃機進氣管，內燃機，內燃機排氣管，冷凝水管，干冰收集管。作為優選，系統還包括干冰封存裝置。作為優選，系統還包括進氣管增壓裝置。本發明還提供了所述固碳系統的工作方法，內燃機產生的尾氣通過排氣管，經過冷凝水管降低到一定溫度，進入C02捕捉裝置；同時，液氧儲存罐中的液氧通過液氧輸氧管樣進入C02捕捉裝置，通過對流換熱，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C02捕捉裝置底部的干冰收集孔進入干冰收集管；之后，尾氣中另一部分沒有凝華的C02跟氧氣一起排出C02捕捉裝置，與氧氣一起經內燃機進氣管通入內燃機氣缸燃燒。干冰經過所述干冰收集管進入干冰封存裝置。在所述內燃機進氣管上設置進氣管增壓裝置對混合氣體進行增壓。所述內燃機實現循環燃燒。本發明是使內燃機通過純氧和CO2助燃，燃燒后產生的尾氣CO2先經過冷凝水降低到接近100°c,然后進入CO2捕捉裝置,與液氧對流換熱,液氧受熱汽化成氧氣，一部分CO2凝華成干冰，另一部分繼續與汽化后的氧氣混合進入內燃機助燃，實現富氧燃燒循環。采用本發明可以使內燃機實現富氧燃燒，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，不含有氮氣，徹底解決了 NO排放問題，實現了內燃機的零排放。
圖I是本發明的總體方案流程圖，圖中1-C02捕捉裝置，2-進氣管增壓裝置，3-液氧輸氧管，4-液氧儲存罐，5-內燃機進氣管，6-內燃機，7-內燃機排氣管，8-冷凝水管，9-干冰封存裝置，10-干冰收集管。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述本發明的CO2捕捉裝置I具有外殼，尾氣入口設置于外殼側下部，混合氣體出口設置于外殼頂部。冷凝水管設置在尾氣入口處。 根據流程圖1，內燃機6啟動時通入空氣助燃，內燃機產生的尾氣通過排氣管7進入CO2捕捉裝置1，液氧儲存罐4中的液氧通過液氧輸氧管3同樣進入CO2捕捉裝置1，通過對流換熱，液氧受熱汽化成氧氣，排出CO2捕捉裝置1，通過內燃機進氣管5進入進氣管增壓裝置2，增加壓力后進入內燃機6燃燒，此時內燃機實現富氧燃燒，燃燒的尾氣大部分為CO2,將其通過內燃機排氣管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流換熱此時，液氧被汽化成氧氣，同時，CO2尾氣一部分凝華成為干冰，通過CO2捕捉裝置I底部的干冰收集孔排出，進入干冰收集管10，到達干冰封存裝置9，另一部分沒有完全凝華的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燃機氣缸燃燒。這樣內燃機實現液氧固碳零排放循環燃燒。本發明系統的內燃機可以工作在需要零排放的、狹小的空間內，比如軍用坑道施工車輛、隧道挖掘機、鉆井發電機、潛艇發電機，軍用導彈發射車輛等場合。同時，回收的干冰可以進行循環利用，用于制冷、高級干冰清洗劑、植物營養成分等。本發明不限于以上對實施例的描述，本領域技術人員根據本發明揭示的內容，在本發明基礎上不必經過創造性勞動所進行的改進和修改，比如進氣管增壓裝置和干冰封存裝置的選擇設置等，都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，包括CO2捕捉裝置(I)，液氧輸氧管(3)，液氧儲存罐(4)，內燃機進氣管(5)，內燃機(6)，內燃機排氣管(7)，冷凝水管(8)，干冰收集管(10)。
2.如權利要求I所述的一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，其特征在于還包括干冰封存裝置(9)。
3.如權利要求I或2所述的一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，其特征在于還包括進氣管增壓裝置(2)。
4.如權利要求3所述的一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，其特征在于所述0)2捕捉裝置(I)具有外殼，該外殼側下部設置有尾氣入口，該外殼頂部設置有混合氣體出口。
5.如權利要求I或2或4所述的一種內燃機富氧燃燒與液氧固碳系統，其特征在于所述冷凝水管設置在所述內燃機排氣管末端處。
6.一種基于權利要求I至5之一所述的內燃機富燃燒與液氧固碳系統的工作方法，其特征在于內燃機(6)產生的尾氣通過排氣管(7)，經過冷凝水管(8)降低到一定溫度，進入CO2捕捉裝置(I);同時，液氧儲存罐(4)中的液氧通過液氣輸氧管(3)同樣進入0)2捕捉裝置(I)，通過對流換熱，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CO2捕捉裝置(I)底部的干冰收集孔進入干冰收集管(10);之后，尾氣中另一部分沒有凝華的CO2跟氧氣一起排出CO2捕捉裝置(I)，與氧氣一起經內燃機進氣管(5)通入內燃機氣缸燃燒。
7.如權利要求6所述的工作方法，其特征在于干冰經過所述干冰收集管(10)進入干冰封存裝置(9)。
8.如權利要求6所述的工作方法，其特征在于在所述內燃機進氣管(5)上設置進氣管增壓裝置(2)對混合氣體進行增壓。
9.如權利要求6所述的工作方法，其特征在于所述內燃機(6)實現循環燃燒。
全文摘要
本發明公開了一種內燃機富氧燃燒和液氧固碳系統及其工作方法，它包括CO2捕捉裝置(1)，進氣管增壓裝置(2)，液氧輸氧管(3)，液氧儲存罐(4)，內燃機進氣管(5)，內燃機(6)，內燃機排氣管(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共同進入內燃機，進行富氧燃燒，消除了CH和CO的生成；同時又能捕捉CO2，使內燃機實現零排放。
文檔編號F01N3/02GK102635469SQ20121011946
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者劉永峰, 秦建軍, 裴普成, 陳紅兵 申請人:北京建筑工程學院