石油类节能燃烧机和节能燃烧器 本石油类节能燃烧机,是用于生产(包括动力)和大型的取暖器具及茶浴炉和饮食炉灶等。燃用汽油、煤油、柴油的燃具。节能燃烧器是用于小型饮食炉灶及取暖器具和茶浴炉等,燃用液化石油气的燃具。
现在人们燃用石油类(包括现有的燃烧机)、均以石油类直接与空气燃烧,不但产热量少,且污染大气较重。
本节能燃烧机和节能燃烧器的特点是:
以碳氢化合物的石油类作燃料,但基本上不使石油类直接与空气燃烧,而是先将石油类中的碳元素与适量的水混合并加热,转化反应为一氧化碳和氢后,再与空气燃烧。既能增加热量,又能降低对大气的污染。
本特点实现的科学依据是:
因石油类均是碳氢化合物,因其碳与氢的亲合势(或说化合势),在低于830℃时,则随温度的降低而增强。如在较低温度下,碳与氢能形成多种碳氢化合物(如沼气等)。在高于830℃时,其亲合势则随温度的升高而降低;加之,碳对氧的亲合势,在高于830℃时则增强,能由某些氧化物中夺氧,能使某些氧化物还原,而使氧与碳化合。
据此规律,将碳氢化合物的石油类按其含碳原子数,加相等数的水分子,并混合加热至1000℃左右,则每个碳原子与每个水分子转化反应为一分子一氧化碳和一分子氢后,再与空气燃烧。
本特点实现的具体办法是:
石油类燃料虽有多种——石油气、汽油、煤油、柴油等,虽其组分和其分子量及其沸点等均不相同,但其均为碳氢化合物,故将其中的碳与水转化反应为一氧化碳和氢的办法基本相同。
将碳氢化合物的石油类转化反应的具体办法是:
本石油类节能燃烧机和节能燃烧器,仅是在开始燃烧时,先以石油类与适量的空气,经燃烧机或燃烧器混合均匀后燃烧。待火焰旺后,即连续的按石油类中所含碳原子数加相同数的水分子(即有一个碳原子,加一个水分子),经燃烧机或燃烧器混合均匀后,经耐高温的加热管,以石油类与空气的燃烧火焰加热至1000℃左右,此被加热地石油类与水汽的混合气,其中的碳则与水转化反应为与其碳原子数相同的一氧化碳分子和氢分子。其在转化反应前石油类中所含的氢,则由化合物中还原为单质氢。
由碳和水转化反应后的一氧化碳和氢,及还原的氢,当即在燃烧机或燃烧器喷口外,与适当比例的空气混合均匀进行燃烧时,则停止石油类与空气的直接燃烧,并继续以石油类中的碳与水进行转化反应。石油类中碳与水继续进行的转化反应,直至须停火前,均以转化反应后的一氧化碳和氢(包括转化反应时还原的氢),与空气的燃烧火焰,给继续进行转化的石油类和水加热至1000℃左右,使其继续进行转化反应。
石油类的组分有多种,现以其中的乙烷(C2H6)的转化反应式来说明。
这个反应式中的2CO和5H2,其中5H2中的2H2,是由碳和水的反应所产生;而5H2中的3H2,是由碳氢化合物中还原产生的。
其转化反应后与空气的燃烧反应式,亦以石油类中乙烷,在转化反应后与空气燃烧反应式来说明。
因每分子乙烷转化反应后则转化为2CO+5H2,又因每分子CO的燃烧热为67.5千卡,每分子H2的燃烧热为68.5千卡,所以其燃烧反应式为:
因在转化反应后的一氧化碳和氢,是在转化后随即燃烧,所以转化反应时,以其火焰给它加的热量并未散失,仍在其中,故其转化反应时,实际上并未消耗热量。
石油类在转化反应后的增热率。
因石油类燃料有多种—原油、石油气、汽油、煤油、柴油等。其中原油的组分及各组分的百分数在各资料上基本相同,因而其转化反应后的增热率,较易计算。而其余几种油的组分,在各资料上虽基本相同,但各资料上均无其各组分的百分数,因而则难于计算准确。只能按其组分中,居中的一种组分进行概算。现分别计算于下。
1.石油(原油)转化反应后的增热率。
因石油是多种碳氢化合物的混合物所组成,按所含各元素的重量计,其中含85%左右的碳,13%左右的氢,还有微量的氮、氧、硫。
因石油含85%左右的碳,每公斤石油则含850克左右的碳,因碳的原子量是12克,所以每公斤石油约含71个原子碳。因石油含13%左右的氢,则每公斤石油含130克氢,因氢的原子量是2克,所以每公斤石油含65分子的氢。
在使此71个原子碳转化反应时,加71H2O,经燃烧机混合均匀后加热到1000℃左右,此71个原子碳和71H2O则转化反应为71CO和71H2。其转化反应式为:
在转化反应后,再加上原有的65H2,则每公斤石油在转化反应后,共含有71CO和136H2,在使其与空气燃烧时,其燃烧反应式为:因每公斤石油直接与空气的燃烧热是10500千卡,则其转化后的增热率为34.367%。
2.石油气,基本上由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷所组成。现以其中的丙烷C3H8的转化计算。
每分子丙烷转化后的热值为:
3CO×67.5千卡+7H2×68.5千卡=682千卡
因丙烷的分子量为12克×3+8克=44克
则每公斤有22.727分子,则每公斤转化后的热值为15499.814千卡,其转化前的热值为每公斤11000千卡,故其增热率为40.90%。
3.汽油,基本上由戊烷、已烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷所组成。现以其中的辛烷C8H18的转化计算。
每分子辛烷转化后的热值为:
8CO×67.5千卡+17H2×68.5千卡=1704.5千卡
因辛烷的分子量为12克×8+18克=114克
则每公斤有8.7719分子,每公斤转化后的热值为14951.754千卡。因转化前的热值为11000千卡,故其增热率为35.925%。
4.煤油,基本上由十一烷至十五烷组成。现以其中的十三烷C13H28的转化计算。
则每分子十三烷转化后的热值为:
13CO×67.5千卡+27H2×68.5千卡=2727千卡
因13烷的分子量为:12克×13+28克=184克
则每公斤有5.43478分子,每公斤转化后的热值为14820.654千卡。因其转化前每公斤的热值为11000千卡,故其转化后的增热率为34.733%。
5.柴油,基本上由十五烷到十八烷组成。现以其中的十六烷C16H34转化计算。
每分子十六烷转化后的热值为:
16CO×67.5千卡+33H2×68.5千卡=3340.5千卡
十六烷的分子量为12克×16+34克=226克
则每公斤有4.4247787分子,每公斤转化后的热值为14780.973千卡,因其转化前每公斤的热值为11000千卡,故其转化后的增热率为34.372%。
因为石油类中的碳素如不经上述转化,直接与空气燃烧,每个碳原子产生1分子二氧化碳的大气污染源。在经上述转化后,则每个碳原子与1分子水转化反应为1分子一氧化碳和1分子氢后,再与空气燃烧,则反应为1分子二氧化碳和1分子水。因水不污染大气,污染大气的仍是1分子二氧化碳。按上面对石油类经转化后燃烧,其增热率为34.372%至40.9%,但其产生的大气污染源并未增加。所以,按其在转化前和转化后所产热量与其所产二氧化碳量之比来说,经转化反应后燃烧,不但增加了大量热量,还大为降低了对大气的污染。
本石油类节能燃烧机的构造和运转概况,以附图说明。
在每次开始燃烧时,先以液气态石油类由阀门1,及适量的空气由阀门2,进入一轴双风轮的电动风轮机中的风轮3内,打入燃烧区4燃烧,待火焰旺后,即以石油类与相同与其碳原子数的水分子,连续经阀门5和6,进入一轴双风轮电动风机的另一风轮7内,并随即打入火焰区内的加热管8内。在受热转化反应为一氧化碳和氢后,则停止石油类由阀门1打入。而将所转化的一氧化碳和氢,由阀门9进入燃烧区4,空气仍继续由阀门2,经电动风机的风轮3,打入燃烧区4,进行燃烧。
关于节能燃烧器的原理,与燃烧机相同;但其构造和运转情况与燃烧机有所不同。其不同之处,主要是无鼓风机。
其构造上不需鼓风机的原因是:
因液化石油有气压,可使它往加热管里面流动;它还能吸带与加热管相通的水流入加热管。但水管与加热管的交接处,水管须与加热管内流体的流向,呈30度左右的锐角,以利水的流入。如液化石油气的气压低,可将水筒放在高于加热管的地方,也可做个高压水箱。还因燃石油气的炉灶有多种,其加热管的形状,要与炉灶相适应。