本發(fā)明一種煤塵爆燃做功系統(tǒng)，屬于煤塵利用技術領域。
背景技術：
目前，煤炭能源在熱能利用方面，主要是以燃燒為主，能量利用有限，做功效率一般，且產(chǎn)生大量co2，對環(huán)境造成很大影響。為把煤炭能源高效利用，現(xiàn)提出一種全新理念：即利用煤塵爆燃的特性，將其產(chǎn)生的能量進行做功，真正實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能降耗，應用前景十分廣闊。
眾所周知，煤塵爆炸必須具備四個要素。
第一，煤塵粒徑要小，達到100μm以下，就是說100μm以下的煤塵可以懸浮在空氣中。
第二，煤塵在空氣中要達到一定的濃度，即煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3。
第三，要有能引燃煤塵爆炸的高溫熱源，即煤塵爆炸的引燃溫度在650～1050℃之間，一般為700～800℃。
第四，要有一定濃度的氧氣，即要求空氣中氧氣的濃度不低于18%（體積百分比）。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種煤塵爆燃做功系統(tǒng)，是把煤塵作為燃料利用的一場革命。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種煤塵爆燃做功系統(tǒng)，包括破碎機、球磨機、煤塵處理裝置、配風裝置、預混合裝置、噴吹裝置、圓柱缸體、進料口、煙塵排放口、點火裝置、活塞和傳動裝置，所述破碎機、球磨機和煤塵處理裝置依次連接后與預混合裝置連接，所述噴吹裝置也連接在預混合裝置上，所述預混合裝置通過噴吹裝置連接在圓柱缸體的進料口上，所述圓柱缸體內(nèi)的活塞端部連接有傳動裝置，所述圓柱缸體上還設置有煙塵排放口和點火裝置，所述煙塵排放口和點火裝置與進料口均位于活塞的同側。
所述圓柱缸體的煙塵排放口上連接有煙塵及尾氣處理系統(tǒng)。
所述煙塵及尾氣處理系統(tǒng)上連接有再利用裝置。
所述圓柱缸體的爆燃室側壁上設置有煤塵濃度傳感器，氧濃度傳感器，壓力傳感器和第一溫度傳感器，所述煤塵濃度傳感器，氧濃度傳感器，壓力傳感器和第一溫度傳感器用于監(jiān)測圓柱缸體的爆燃室內(nèi)煤塵的對應參數(shù)，所述煤塵濃度傳感器，氧濃度傳感器，壓力傳感器和第一溫度傳感器均與控制中心電連接，所述控制中心與點火裝置之間電連接，用于控制點火裝置進行點火工作。
所述配風裝置的進風口處設置有濕度傳感器和第二溫度傳感器。
所述圓柱缸體和活塞為發(fā)動機四沖程結構。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果是：本發(fā)明涉及一種煤塵爆燃做功系統(tǒng)，可應用于發(fā)電或其他領域，是把煤塵作為燃料利用的一場革命。
附圖說明
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖中：1為破碎機，2為球磨機，3為煤塵處理裝置，4為配風裝置，5為預混合裝置，6為噴吹裝置，7為圓柱缸體，8為進料口，9為煙塵排放口，10為點火裝置，11為煤塵濃度傳感器，12為氧濃度傳感器，13為壓力傳感器，14為第一溫度傳感器，15為濕度傳感器，16為活塞，17為傳動機構，18為煙塵及尾氣處理系統(tǒng)，19為再利用裝置，20為第二溫度傳感器。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明一種煤塵爆燃做功系統(tǒng)，包括破碎機1、球磨機2、煤塵處理裝置3、配風裝置4、預混合裝置5、噴吹裝置6、圓柱缸體7、進料口8、煙塵排放口9、點火裝置10、活塞16和傳動裝置17，所述破碎機1、球磨機2和煤塵處理裝置3依次連接后與預混合裝置5連接，所述噴吹裝置4也連接在預混合裝置5上，所述預混合裝置5通過噴吹裝置6連接在圓柱缸體7的進料口8上，所述圓柱缸體7內(nèi)的活塞16端部連接有傳動裝置17，所述圓柱缸體7上還設置有煙塵排放口9和點火裝置10，所述煙塵排放口9和點火裝置10與進料口8均位于活塞16的同側。
所述圓柱缸體7的煙塵排放口9上連接有煙塵及尾氣處理系統(tǒng)18。
所述煙塵及尾氣處理系統(tǒng)18上連接有再利用裝置19。
所述圓柱缸體7的爆燃室側壁上設置有煤塵濃度傳感器11，氧濃度傳感器12，壓力傳感器13和第一溫度傳感器14，所述煤塵濃度傳感器11，氧濃度傳感器12，壓力傳感器13和第一溫度傳感器14用于監(jiān)測圓柱缸體7的爆燃室內(nèi)煤塵的對應參數(shù)，所述煤塵濃度傳感器11，氧濃度傳感器12，壓力傳感器13和第一溫度傳感器14均與控制中心電連接，所述控制中心與點火裝置10之間電連接，用于控制點火裝置10進行點火工作。
所述配風裝置4的進風口處設置有濕度傳感器15和第二溫度傳感器20。
所述圓柱缸體7和活塞16為發(fā)動機四沖程結構。
本發(fā)明可選單一或混合煤質(zhì)，單一煤種有焦煤、肥煤、氣煤、長焰煤、褐煤；混合煤可選用無煙煤、貧煤或其他煤種與上述單一煤種混合。
煤塵爆炸指數(shù)公式為：
vr=vf÷(100-ag-wf)×100
式中：vr---煤塵爆炸指數(shù)，%；
vf---分析煤樣的揮發(fā)份，%；
ag---分析煤樣的灰分，%；
wf---分析煤樣的水分，%。
根據(jù)上述公式可以判斷煤塵的揮發(fā)分含量越高，煤的灰分和水分越小，爆炸性越強，煤塵爆炸指數(shù)小于10．0%基本上屬于沒有煤塵爆炸危險性的煤層；在10%～15%之間，屬于弱爆炸危險性煤層；在15%以上者，屬于有爆炸危險性煤層，可以根據(jù)煤塵爆炸指數(shù)這個參數(shù)來選取合適的煤塵。
本發(fā)明的工作原理：通過破碎機將煤破碎成粒徑小于20mm的煤塊，然后再進入球磨機將小于20mm的煤塊變成粒徑小于等于75μm的煤粉；根據(jù)射流原理，通過理論計算和反復實踐，利用煤塵處理裝置，由具備一定壓力和流速的空氣流將煤粉帶入特制的管道，同時在特制的管道上安裝煤塵濃度測量儀器，用以調(diào)整煤塵濃度及空氣流速和壓力，以便達到煤塵爆炸的濃度要求，利用烘干原理將煤塵水分含量降低，達到煤塵爆炸的要求。同時將符合爆燃條件的煤粉（濃度為40+10g/m3，揮發(fā)分為25%以上，水分為8%以下，灰分15%以下，粒徑為75μm以下）和空氣（理論上講，空氣中的氧氣含量為21%）送至預混合裝置，預混合裝置使煤塵與空氣充分混合后形成煤粉云塵，通過噴吹裝置輸送至煤塵爆燃容器，使煤粉云塵較均勻懸浮于爆燃容器內(nèi)；在煤塵爆炸容器的入口安裝點火裝置，點火原理可以采用電流正負極引火或采用可燃氣體（液體）直接引火，引火溫度保持在700～1100℃之間，噴射火焰要成柱狀長度達15cm以上；為了環(huán)境友好，避免產(chǎn)生大量的氮氧化物，需要在點火裝置內(nèi)安裝低氮燃燒系統(tǒng)，以保證煤塵爆炸容器內(nèi)的爆燃溫度控制在1200℃以下；設置耐高溫高壓容器，形狀為圓柱體或其他，缸體內(nèi)設有活塞、進料口、點火、監(jiān)測監(jiān)控、排放煙塵及灰燼出口等所需裝置。同時從煤塵爆炸容器外壁引出壓力、溫度、煤粉云塵濃度、氧氣濃度傳感器，以便進行煤塵爆炸在線監(jiān)測，自動點火，當向缸體內(nèi)瞬間噴入符合爆燃條件的煤粉云塵時，能及時將較均勻懸浮在空氣中的煤粉云塵進行點火（850℃,4.5mj以上）引起爆燃，使其產(chǎn)生高溫高壓而推動活塞做功。在活塞的四沖程運動中，當處于排氣沖程時，利用曲柄連桿機構使煙塵排放口打開，活塞從下止點運動到上止點，將缸體內(nèi)燃燒做功后的煙塵及尾氣全部排出，通過處理系統(tǒng)提取剩余能量，再次進行做功，以此循環(huán)往復。
下面以利用煤塵做功發(fā)電為實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，將做功裝置設計成圓柱形缸體，活塞在其內(nèi)部進行上下運動，利用發(fā)動機四沖程工作原理做功發(fā)電?？稍O計成煤塵與空氣預混合后再進入缸體燃燒做功。
選用揮發(fā)分較高和灰分水分較低的原煤（揮發(fā)分為25%以上，灰分15%以下）作為原料，通過破碎機1加工成粒徑小于20mm的煤塊，然后再進入球磨機2將小于20mm的煤塊變成粒徑小于75μm的煤粉，再通過煤塵處理裝置3用以調(diào)整煤粉濃度及空氣流速和壓力，以便將煤粉濃度處理至40g/m3左右，利用烘干原理進一步將煤塵水分含量降低，達到煤塵爆炸的要求（水分8%以下）。將符合爆燃條件的煤粉送至預混合裝置5，同時利用配風裝置4（可以對自然空氣的濕度溫度進行處理，達到最佳爆炸條件，空氣濕度≤10%，溫度≥20℃）將新鮮空氣輸送至預混合裝置5內(nèi)，使煤塵與空氣充分混合形成煤粉云塵，通過噴吹裝置6輸送至圓柱缸體7(煤塵爆燃容器)的進料口8，使煤塵較均勻懸浮于圓柱缸體7(煤塵爆燃容器)內(nèi)，當圓柱缸體7（煤塵爆燃容器）外壁安裝的煤塵濃度傳感器11，氧濃度傳感器12，壓力傳感器13，第一溫度傳感器14將相關數(shù)據(jù)傳給中心控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷壓力、氧濃度和煤粉云塵濃度、溫度、濕度均符合煤塵爆燃條件時，啟動點火裝置10，及時將較均勻懸浮在空氣中的煤塵進行點火（850℃,10mj以上）引起爆燃，使其產(chǎn)生高溫高壓而推動活塞做功16。按照發(fā)動機四沖程工作原理，活塞16做第一個沖程，從上止點運動到下止點位置，完成進燃料的過程，接下來活塞16做壓縮沖程，從下止點運動到上止點位置，點火裝置10使煤塵爆燃推動活塞16做功，做功推動活塞16從上止點運動到下止點位置后，活塞16又要完成第四個沖程，從下止點運動到上止點位置，將煤塵爆燃后產(chǎn)生的煙塵及尾氣從煙塵排放口9排出，通過管道進入煙塵及尾氣處理系統(tǒng)18，經(jīng)過特殊處理后還可重復利用剩余能量，最后進入再利用裝置19進行做功，進一步提高煤塵利用率。
上面結合附圖對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。