一种脱氮增氧的助燃装置及方法

技术领域

本发明涉及清洁能源设备领域，尤其涉及一种能够脱氮增氧的助燃装置及方法。

背景技术

目前的各种燃烧方式都是燃料+空气的燃烧方式，最为常见的是天然气和煤炭的燃料。为了提高燃料效率，都采用鼓风方式。鼓风方式的目的就是为了提高燃烧时的氧含量。

然而空气中氧气约含20.99％，氮气约含量78％，这是一个基本不变的数值，当燃料在提高燃烧效率的同时，氮氧化合物含量也在成比例的增加。所以在一般情况下，如果在提高燃烧效率的同时，又要降低氮氧化合物的排放量，这是相互矛盾的，现有技术也无法解决这个问题。

发明内容

本发明提出一种脱氮增氧的助燃装置及方法，将空气中的氮和氧在参与燃烧之前，提前分离，排除氮气，使氧含量高的空气进入燃烧过程，提高了燃烧效率，同时又极大地降低了氮氧化合物的排放量。

本发明的技术方案为：一种脱氮增氧的助燃装置，包括：

外筒，包括进气口和出气口，在所述外筒外面按照预定方式有序螺旋缠绕导电线圈，在外筒内中心轴位置设置安装有磁体，磁体的N、S两个磁极分别位于进气口和出气口；

在所述的外筒进气口一端至筒身第一位置之间的在筒壁上开设有多个排气孔；在外筒上按照预定方式有序螺旋缠绕导电线圈时，导电线圈避开所述排气孔缠绕在外筒上。

进一步的，所述外筒的截面形状为方形或圆形、或六边形；外筒的左侧进气口连接到送气装置，所述的送气装置为鼓风机，所述外筒进气口的横截面积S是鼓风机出气口面积的5倍以上，即S≥5·鼓风机出气口面积。

进一步的，在外筒内中心轴位置设置有所述磁体，所述的磁体为一段完整的磁体。

进一步的，所述按照预定方式有序螺旋缠绕导电线圈是指，从进气口方向看，导电线圈绕顺时针缠绕，从进气口缠绕到出气口。

进一步的，所述的导电线圈采用铜线，铜线外部包括绝缘层。

进一步的，所述的外筒长度为L，从所述的外筒左侧至筒身1/3L处的绕线间距为第一间距d

进一步的，在外筒内中心轴位置设置有磁体，所述的磁体包括多段间隔设置的磁体单元，每个磁体单元的N极朝向进气口，S极朝向出气口，所述多段磁体单元朝向保持统一。

进一步的，从进气口一侧到出气口一侧的方向，各磁体单元按照每个磁体单元的磁场强度依次减小排列。

进一步的，导电线圈在进气口一侧的接线端作为电流入口，导电线圈在出气口一侧的接线端作为电流出口

进一步的，可以将多个脱氮增氧的助燃装置串联或并联。

根据本发明的另一方面，还包括一种利用上述装置进行气体脱氮增氧的方法，该方法包括：

给装置的导电线圈通电；

通过利用送气装置向所述的装置输送气流；

气流中的气体经过该装置的外筒内部，氧气被输送到出气口，氮气从排气孔输出。

有益效果

本发明的一种脱氮增氧的助燃装置，利用电磁原理，设计装置，不仅结构简单清晰而且成本低，安装方便，尤其是对空气中氮氧分离效率高，真正实现了节能降耗、减排环保的目的。

附图说明

图1：本发明装置的示意图；

图2：本发明装置的侧视图。

图3：本发明装置的又一实施例的示意图；

图4：本发明装置的外筒绕线间距示意图。

图5：为本发明的装置内磁场分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的实施例，提出一种脱氮增氧的助燃装置，如图1-2所示，该装置包括：

外筒1，所述外筒1包括进气口2和出气口3，在所述外筒1外面按照预定方式有序螺旋缠绕导电线圈4，在外筒内中心轴位置设置安装有一段磁体5，磁体的NS(南北)两个磁极分别位于进气口2和出气口3方向；

所述外筒1的截面形状可以设置为方形或圆形均可；优选的，所述外筒1的长度L≥1000mm，外筒1的左侧进气口可以连接到送气装置，例如鼓风机等，所述外筒1的横截面积S是鼓风机出气口面积的5倍以上，即S≥5·风机出气口面积。

根据本发明的可选实施例，根据气流量或风速与氮氧分离的效率要求，外筒1的长度可以加长；

根据本发明的一个可选方式，为了提供更大的处理能力，也可将多个装置串联，或并联；

所述的外筒材料为pvc管(或其它非金属管材)、或塑料板焊粘制成。

在外筒内中心轴位置设置安装有磁体5，通过支架等将磁体支撑在中轴线上，所述的磁体为强力磁体，例如钕铁硼磁体、铝镍钴磁铁、铁氧体磁铁等；磁体可以加工为长方体，或圆柱体；所述的强力磁体是指，正常条件下，磁场强度1500～3500GS之间不等；

根据一个变型的实施例，如图3所示，按氮氧分离效率要求和工作环境条件，磁体可选择采用多个不同磁场强度的磁体的组合，即磁体5可以包括多段磁体单元51，所述的磁体单元51互相之间磁场强度不同，从进气口一侧到出气口一侧的方向，各磁体单元51按照每个磁体单元51的磁场强度依次减小的方式排列，从而形成梯度磁场，另外，由于每两个磁体单元51之间有间隙，而各磁体单元可以设置为短的长方体，在长方体的各顶点尖部磁场分布非均匀，因此该间隙所在的局部位置产生非均匀磁场。

具体的，在一个实施例中，如图3所示，采用如下方式安装：

选用适当的非金属管材，将不同磁场强度的多个磁体单元51按磁场强度由大到小，并按N-S+N-S+N-S……的顺序排列，依次装入管内，并固定。或用其它方式(如粘接)连接多个磁体固定成一个整体。

其中，必须确保磁体进气端口为N极，出气端口为S极。进口端磁场强度大，出口端磁场强度小，且磁体固定在筒内中轴线位置处。

所述按照预定方式有序螺旋缠绕导电线圈4，具体是指，从进气口2方向看去，导电线圈4绕顺时针缠绕，从进气口2缠绕到出气口3；

当在导电线圈两端通电时，可产生电磁场，(按右手螺旋定则)磁力线的方向与筒内磁体磁力线在螺线管内的磁场方向一致，即磁力线从进气口2向出口3的方向，如图5所示，后文有进一步说明。

所述的导电线圈采用铜线，铜线外部包括绝缘层。

所述的外筒长L，优选的，在所述的外筒左端至筒身1/3L处，在进气口一侧的筒壁6开设有多个排气孔7；在外筒1上缠绕导电线圈时，避开所述排气孔7，确保气体能从排气孔顺畅排出。或者也可是1/5处左侧，作为排气孔的开设区域；可选的，根据本发明的实施例，排气孔7的分布区域长度是外筒长度的20～30％；且所述的排气孔7设置在空气进气口一端处；

进一步的，开设的多个排气孔7具有方向性，所述排气孔朝向出气口方向，如图1所示，排气孔带有导流片，所述的导流片从开孔处向桶内右下方倾斜，使得氮气从右侧向左流动的过程中，被导流到排气孔7内，有利于氮氧分离，氮气较容易的排除。

根据本发明的实施例，所述的外筒2/3L位置至右端之间的导电线圈绕线要致密；如图4所示，外筒左端至左侧1/3L位置之间的绕线区域为第一间距d1，绕线稀疏，外筒左侧1/3L位置至外筒右端绕线区域为第二间距d

所述的导电线圈材料为导电性好的金属材料，例如铜线，外部包括绝缘层，从进气口端看去，导电线圈为顺时针缠绕。电流的方向为:电流从进气口端的电线接入端流入，从出气口端的电线接入端流出。

进一步的，本发明的工作原理如下：

通过鼓风机向进气口输送气流，空气中的氧气分子具有顺磁性，在标准状态下其磁化率是+1354.46，相反的、空气中的氮气分子具有逆磁性，在标准状态下其磁化率是﹣5.38。即：氧气的磁化率是氮气的252倍左右。

由于磁化率的巨大差异，首先是氧气、氮气分子在磁场中受到方向相反的磁力作用，进而形成不同的分子扩散行为。因为氧气是顺磁性的，它的扩散(即运动方向)与磁力线方向相同，即氧气的移动从进气口2往出气口3方向运动，而氮气是逆磁性的，它的扩散(即运动方向)与磁力线方向相反。所以在进气口左侧1/3L长度上设置了排氮气孔，以利氮气排出。

其次，本发明利用非均匀性磁场和梯度磁场(不同或变化磁场强度)使气体中的氧、氮气分子发生定向的偏转的轨迹，使混合的氧与氮更容易分离。

具体的，参见图5，为本发明的装置磁场分布图，其中，外筒内部磁体，左边为N极，右边为S极，其产生的磁场磁力线应该是从N极到S极，从左端出发，沿着外筒内与中轴线平行的方向到右端，然后弯曲到达S极，所述的磁体的磁力线围绕在磁体周围；

同时，通电后的导电线圈(图5中略)产生的磁场，根据右手螺旋定则，右端为N极，左端为S极，其产生的磁场磁力线方向如图中所示，导电线圈产生的电磁场包括导电线圈外部和内部的电磁场；其中，外部的电磁场从导电线圈的N极到S极，内部的电磁场从导电线圈的S极到N极；因此，如图所示，一部分磁场(外部的)，从外筒右端导电线圈的N极发出，从外筒外部沿着与筒身平行的方向，向左一直到达左端导电线圈的S极；另一部分(内部的)磁场，从外筒左端导电线圈的S极发出，从外筒内部沿着与中轴线平行的方向，到达右端导电线圈N极；

其中，导电线圈(即螺线管)产生的磁场与内部磁体产生的磁场在外筒内与筒壁与磁体之间的空间内加强，产生更强的磁场；

综上，磁场的强度与磁场的非均匀性和梯度性决定了氮氧分离的效果。

本发明中筒内中央的长方体磁体和筒外的电磁线圈产生的磁力线方向，与空气的进出方向一致。

筒外的电磁线圈通电后，产生磁力线方向，根据电流方向，是按安培规则中的右手螺旋法则，与空气进出方向一致。

进一步的，筒内中央的磁铁本身的磁场与电磁线圈产生的磁场形成了叠加，使筒内磁场强度加强。

且筒外的电磁线圈的疏与密也能使磁场产生非均匀性和磁场强度的梯度性。

进一步的，本发明设置如下特征：

A、筒内中央的磁体可以为多个，磁极之间有窄缝；

B、磁体最优选择为长方体，磁体有锐边(边与角)；

C、各个磁体单元磁体的磁场强度不等。

D、空气中的一些粉尘在进入筒内后，吸附在磁铁筒上，产生毛磁现象。

以上A.B.C.D.四种条件在筒内营造了梯度磁场和磁场的非均匀性。

所以①当空气从进气口进入，其中的氧气随磁力线(顺磁)方向运动，顺利从出气口流出。

②当空气从进气口进入，其中的氮气逆磁力线方向运动(扩散)并发生偏转。从筒上排氮气口处流出。

根据本发明的另一实施例，还包括一种利用上述装置进行气体脱氮增氧的方法，该方法包括：

给装置的导电线圈通电；

通过利用送气装置向所述的装置输送气流；

气流中的气体经过该装置的外筒内部，氧气被输送到出气口，氮气从排气孔输出。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。