[发明专利]通过完全消除氧化氮防止燃烧过程污染的方法和装置

说明书

本发明涉及到一种通过完全消除排出的气体中氧化氮来确保防止燃烧过程污染的方法和装置。

本发明可以被应用于防止燃烧过程的污染，可应用于任何有燃烧过程的地方：如内燃机、涡轮发动机或喷气发动机、火力发电厂、炼钢厂、火力凿岩、燃气发生器、水泥和石灰的制造厂、居民区的热电站、取暖用的火炉等等。

人们知道排出气体的组成包括二氧化碳、水蒸气、氮气、氮的氧化物及剩余的氧气。由于空气过多，人们专用它来工作，在上述废气中氮的氧化物要求被收回，因为它对周围环境，包括臭氧层在内很有害；此外，由于在空气中氮的含量很高(78.0％的体积或75.47％的重量Hutte，P538)，由排出的气体损失的热量在31.2％左右。(Hutte，P619)

人们同样知道，例如对于一个相同圆柱形容量的内燃机的功率是由被吸入的空气中氧气的含量和他的热力学条件所限制，对于热力学条件，人们可以不超过燃烧过程所需要燃料的用量，内燃机的构造就是建立在这种协调的基础上的。很显然，在空气中氧的含量大于21％的体积或23.30％重量的情况下，它的功率将提高，在这种情况下，注入更多数量的燃料是可能的。

人们还知道，为了保护周围环境，防止内燃机的污染，人们建造了一些催化净化器，将它们安装在废气排出的线路上，经过净化的排出气体氮的氧化物的含量被减少了近90％。作为交换，它们也降低了发动机的效率近7％，特别是在排气管的气柱内产生了反压力，为了不使由铂、钯和铑组成的催化体系中毒，还必须使用无铅汽油。应该提及的是，除了脆性以外，净化器还有一个使用期的问题，它不超过70000公里的路程，净化器还很贵，一台净化器的价钱相当于一辆新汽车价钱的10％左右。人们还没有明显的意识到由于吸入含有在运输中没有被保护的汽车所排出的铅微粒的空气也能发生催化剂中毒的现象。

还需要提及的是，目前世界上供游览汽车使用的净化器的产量只稳定在每年三万五千台左右，对于现在正在运行的全部车辆就有几亿辆，没有足够的具有催化性能的元素资源可提供。

降低排放气体中氮的氧化物含量的另一种解决办法是将一部分燃烧过的气体再循环，不断地注入一定量的补充空气，超压0.9巴左右，通过涡轮压气机来调节。

不该忘记，防止燃烧过程污染的这种行为还没有在对防止周围环境污染构成严重影响的领域内实施，尤其是在热电厂、地区热电站、水泥和石灰制造厂、飞机、船舶和铁路运输的发动机，包括巡逻舰的发动机在内，在炼钢厂，煤的气化厂等等。

按照本发明，通过完全消除排出的气体中氮的氧化物来防止燃烧过程污染的方法，消除了上述的不利因素。由下列事实说明：不用燃烧所必需的天然空气，而使用一种取自于排出的燃气与通过一种超速离心分离装置所取得的纯氧气所组成的混合气体，按照适合于高效燃烧的比例被均匀混合，经过这些操作，这种混合气体包含有从0.0到79.0％体积的燃气和从21.0％直到100.0％体积的氧气所形成的混合物，相应于所使用燃料的用量，这样就保证减少近3.8倍需排放的废气的体积。因为目前标准燃烧与组成为79.0％氮气和21.0％氧气的大气中空气的燃烧不同，当对一体积气体燃料的燃烧，以空气过量系数为1.05，需要62.5体积空气，其中氧气13.125体积，用于化学计量氧气的量为12.5体积，燃烧以后，产生66.375体积的废气，其中74.39％的氮，12.05％的二氧化碳和13.56％的水蒸汽，在燃烧相同体积的气体燃料时，按照本发明，用合成空气仅需要13.125体积的氧气，两者间的差值为49.375体积(组成为79.0％)，相当于再循环的燃气，燃烧以后这种方法仅仅产生17.625体积的废气，也就是说仅占其它各种方法(没有本发明参与的方法)所排出的废气体积的26.55％的比例，或者说减少了73.45％，所有这些额外的好处均来自于这里：由排气管产生的杂音减少，在排气管里反压力的降低，从而提高了功率等等。例如，就汽车行业而言，随着由排放燃气热量损失的减少，热效率就提高23％左右，同用催化净化器的方法相比，发动机的功率提高了近20.0％，同时对于相同气缸容量发动机功率也有提高的可能性，就发动机而言，用这种方法就意味着本发明提供了与在完全燃烧时所需氧气的给予量相平行的燃料增加的可能性。由于氧气的用量从21.0％向着100％增加，通过改变再循环燃气之间的比例从79.0％直到0.0％，这种比例可以根据需要而随意选择。被排放的废气，以空气过量系数为1.05，其组成近似为45.39％的二氧化碳，51.06％的水蒸气和3.55％的氧气。