一種使用塊狀固體燃料的內(nèi)燃機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]機械動力、發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]使用塊狀固體燃料作為能源，由壓縮空氣助燃，固體燃料在燃燒爐內(nèi)燃燒，燃料要求不結(jié)焦，灰份為松散粉狀，由通過燃燒爐的氣流帶出，燃燒爐之后接再燃燒室，再燃燒室橫切面較大，氣流緩慢，灰份在此沉降，同時再燃燒室再度混入壓縮的新鮮空氣，燃燒由燃燒爐排出的一氧化碳及蒸餾物，經(jīng)再燃燒室處理，輸出潔凈的高壓高熱氣體，經(jīng)氣輪機轉(zhuǎn)化為機械能，或?qū)⒏邏焊邿釟怏w通入密閉水體產(chǎn)生高壓蒸汽(以下敘述中稱:內(nèi)熱式蒸汽發(fā)生室)，用于驅(qū)動蒸汽輪機；通過控制燃燒爐空氣供應(yīng)量實現(xiàn)系統(tǒng)的功率調(diào)控。
[0004]該種內(nèi)燃機由以下部件組成:空氣壓縮機、助燃?xì)饬鞣峙淦?、燃燒爐、燃料斗、再燃燒室、灰份沉降室、灰份斗、氣輪機(或內(nèi)熱式蒸汽發(fā)生室+蒸汽輪機)組成。
[0005]壓縮機:當(dāng)系統(tǒng)用于大型火電動力時,壓縮機使用恒外動力，功率穩(wěn)定,便于調(diào)控；通過控制壓縮機調(diào)整功率輸出或?qū)崿F(xiàn)停機；當(dāng)系統(tǒng)用于公路運輸或農(nóng)村機械動力時，則啟動后壓縮機由發(fā)動機自身動力驅(qū)動,壓縮機由一個獨立的氣輪機(氣輪機I)驅(qū)動，動力輸出由另一氣輪機(氣輪機2)完成，當(dāng)外負(fù)荷增大時,氣輪機2轉(zhuǎn)速降低,系統(tǒng)壓力增大,氣輪機I功率增大，壓縮機功率增大，系統(tǒng)功率增大，是一個正反饋，當(dāng)外負(fù)荷減少時，系統(tǒng)功率也會減小，其過程也是正反饋。壓縮機最大功率狀態(tài)下的進(jìn)氣量決了系統(tǒng)所能輸出的最大功率。
[0006]助燃?xì)饬鞣峙淦?它的作用是將高壓助燃?xì)饬鞣殖芍鳉饬骱蛡?cè)氣流，主氣流灌入燃燒爐，燃燒固體燃料，側(cè)氣流繞過燃燒爐進(jìn)入再燃燒室，完全燃燒從燃燒爐排出的蒸餾物和一氧化碳。
[0007]側(cè)氣流閥:側(cè)氣流閥的最小閥值，能保證再燃燒室完全燃燒蒸餾物和一氧化碳，在使用某種特定燃料時，或使用的燃料粒度變化較大時，側(cè)氣流閥最小閥值的檔卡位置必須通過試機修正；側(cè)氣流閥的最大閥值使壓縮空氣全部通過側(cè)氣流閥，燃燒爐無空氣供給而停機；當(dāng)壓縮機使用系統(tǒng)自身動力(氣輪機I)驅(qū)動時，側(cè)氣流閥用于此控制發(fā)動機功率，或?qū)崿F(xiàn)停機。
[0008]氣流比例的自適應(yīng):當(dāng)燃燒爐內(nèi)塊狀燃料排列狀況發(fā)生變化時，主氣流的流速發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)主氣流快速流過燃料爐時，側(cè)氣流的比例減小，同時主氣流從燃燒爐帶出的一氣化碳和蒸餾物也減少；因此，側(cè)氣流的最小閥值不會因燃燒爐通氣狀況的小幅變化而變得不合理。
[0009]水霧化器:當(dāng)大型發(fā)動機以無煙煤作燃料時，燃燒爐內(nèi)中心溫度過高，會發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，水霧化器將適量水霧化，隨主助燃?xì)饬鬟M(jìn)入燃燒爐，降低爐內(nèi)溫度，防止結(jié)焦，產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣經(jīng)再燃燒室燃燒；若使用木材、木碳或結(jié)桿成形燃料時，則不使用水霧化器；水霧化器應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)正常工作時使用，在啟動階段不能使用。
[0010]燃燒爐:燃燒爐盛裝塊狀燃料，主助燃?xì)饬鲝囊粋?cè)的下部進(jìn)入燃燒爐燃燒燃料，并帶走灰份從另一側(cè)上部排出，燃燒爐爐腔設(shè)計應(yīng)保證塊狀燃料不進(jìn)入氣流死角，且灰份能被氣流帶走；燃燒爐上方與進(jìn)氣口同側(cè)連通燃料斗下口，隨著燃燒的進(jìn)行，燃燒爐內(nèi)塊狀燃料體積減小最終化為灰份全部排出，在此過程中，燃料斗內(nèi)燃料因重力作用自動下降補充到燃燒爐，直至燃料斗燃料用完。燃燒爐上口三分之二面積由燃料斗下口占據(jù)，另外三分之一面積為燃燒爐的火焰出口。火焰出口的氣流速度僅限于帶走爐內(nèi)灰份，而不應(yīng)將細(xì)小顆粒的燃料帶出。
[0011]燃料斗:燃料斗上部為柱形，下部呈斗形，斗口與下部燃燒爐相接，燃料斗與燃燒爐處于同一壓力系統(tǒng)，與外環(huán)境隔絕；向燃料斗填裝燃料時，系統(tǒng)必需處于停機狀態(tài)，系統(tǒng)壓力與外環(huán)境一致，并排除斗內(nèi)的有毒氣體(如一氧化碳等)。若系統(tǒng)需要連續(xù)運行，則燃料斗分主燃料斗和副燃料斗，主燃料斗在副燃料斗的上方，副燃料斗在燃燒爐上方與燃燒爐相連，當(dāng)主燃料斗燃料耗盡時(注:用光電偵測儀偵測副燃料斗頂部是否停放燃料，以判定主燃料斗是否已空，并且可以順利關(guān)閉主燃料斗內(nèi)側(cè)閘閥:圖3 —14)，先關(guān)閉主燃料斗內(nèi)側(cè)閘閥(圖3 —14)，隔斷主燃料斗與副燃料斗的連接，然后將主燃料斗內(nèi)的高壓氣體通過噴嘴排出在火焰上，以免一氧化碳排放到空氣中，當(dāng)主燃料斗恢復(fù)常壓后，開啟主燃料斗外側(cè)閘閥(圖3 —17)，使與加料口連通，將特定數(shù)量(裝滿主燃燒斗，但不防礙閘閥的關(guān)閉)的燃料從加料口裝入主燃料斗，若人工操作，須帶防護(hù)面具，以免一氧化碳中毒。裝填燃料完畢，關(guān)閉主燃料斗外側(cè)閘閥，切斷主燃料斗與外環(huán)境連接，從排氣管向主燃燒斗壓氣，使壓力與系統(tǒng)平衡，關(guān)閉排氣管，開啟主燃料斗內(nèi)側(cè)閘閥與副燃料斗連接，塊狀燃料因重力作用自動向下補充，在此過程中，副燃料斗內(nèi)的燃料必需滿足系統(tǒng)消耗。
[0012]再燃燒室:再燃燒室的作用是使高溫氣體短暫停留，以燃燒一氧化碳和蒸餾物，所需氧氣來自側(cè)氣流，同時使灰份沉降至再燃燒室下方的灰份斗，經(jīng)過完全燃燒和灰份沉降后的高溫高壓氣體用于驅(qū)動氣輪機或通入內(nèi)熱式蒸汽發(fā)生室產(chǎn)生高壓蒸汽。
[0013]灰份斗:當(dāng)灰份斗填滿灰份時，要進(jìn)行清理，若需在系統(tǒng)運行同時清理灰份，需先關(guān)閉灰份斗內(nèi)側(cè)隔離閥(圖3 — 6 )，然后緩慢排出灰份斗內(nèi)的高壓氣體，再打開灰份斗外側(cè)隔離閥(圖3 — 8)，排出灰份，清理完畢，關(guān)閉灰份斗外側(cè)隔離閥，從排氣管向灰份斗壓入空氣，使壓力與再燃燒室接近，關(guān)閉排氣管(圖3 — 9)，再開啟灰份斗內(nèi)側(cè)隔離閥與再燃燒室連接，以免系統(tǒng)失壓。
[0014]燃料:固體燃料內(nèi)燃機使用塊狀固體燃料，其粒度大小要與燃料斗下口徑相適應(yīng)(注:燃燒斗的內(nèi)側(cè)閘閥、外側(cè)閘閥、燃料斗下口，三者口徑相同)，塊狀燃料的形狀應(yīng)近于粒形，最大直徑應(yīng)小于燃料斗下口徑的四分之一(注:若為矩形口，則以其短邊尺寸為參照)，以免卡住料口。相對于燃燒爐尺寸，燃料粒度不能太小，以免通氣狀況呈阻塞狀態(tài)，以無煙煤作燃料時，還會造成中心溫度過高而結(jié)焦。推薦粒度:以平均粒徑而言，燃料斗下口單層容納25粒，燃燒室容納約70粒。燃料粒徑的均勻度要求不高，最大粒徑可以是最小粒徑的1.5 倍。
[0015]發(fā)動機點火:在燃燒爐前設(shè)置點火裝置，給主助燃?xì)饬骰烊肷倭靠扇細(xì)怏w或霧化汽油，使用電火花點火，這樣，啟動時進(jìn)入燃燒爐的氣體為含有一定量氧氣的火焰，當(dāng)固體燃料點燃后，停止供給燃?xì)饣蛉加汀?br>[0016]動力輸出:
方式1:空氣壓縮機使用恒外動力時,高溫高壓氣體+氣輪機(動力輸出)；
方式2:空氣壓縮機使用恒外動力時，高溫高壓氣體+內(nèi)熱式蒸汽發(fā)生室+蒸汽輪機(動力輸出)；
方式3:高溫高壓氣體+氣輪機I (驅(qū)動壓縮機)+氣輪機2 (動力輸出)。
[0017]內(nèi)熱式蒸汽發(fā)生室:由再燃燒室排出的高溫高壓氣體,通入密閉水體,產(chǎn)生高壓蒸汽，用于驅(qū)動汽輪機，大型動力系統(tǒng)選用，主要用于火電動力。蒸汽發(fā)生室可在不停機狀態(tài)下實現(xiàn)補水(詳見另一申請《一種內(nèi)燃式蒸汽發(fā)生器》)。
【附圖說明】
[0018]圖1:固體燃料內(nèi)燃機大型蒸汽機結(jié)構(gòu)圖
1-1壓縮機；I一2貯氣室；1一3側(cè)氣流閥；1 一4水霧化器(可選部件，當(dāng)使用無煙煤作燃料時，系統(tǒng)啟動完成后，在主燃?xì)饬髦屑尤脒m量水霧，降低爐心溫度，防止結(jié)焦)；ι-5高壓油泵；1 一6電子點火；1 一7燃燒爐；1 一8側(cè)氣流入口 ；1 一9再燃燒室及灰份沉降；1-10蒸汽發(fā)生室(將燃燒產(chǎn)生的高溫氣體通入水體，產(chǎn)生高壓蒸汽，同時減少強酸性氣體的排放)；1一11高壓蒸汽；I一 12汽輪機。
[0019]圖2:固體燃料內(nèi)燃機運輸動力機結(jié)構(gòu)圖
2-1壓縮機；2-2貯氣室；2-3側(cè)氣流閥；2 -4水霧化器(可選；當(dāng)使用無煙煤作燃料時，系統(tǒng)啟動完成后，在主燃?xì)饬髦屑尤脒m量水霧，降低爐心溫度，防止結(jié)焦；當(dāng)使用木材，秸桿成形燃燒，木炭作燃料時，不選用)；2 —5高壓油泵；2-6電子點火；2 —7燃燒爐；2 —8側(cè)氣流入口 ； 2 —9再燃燒室及灰份沉降；2 —10氣輪機(動力輸出)；2 —11氣輪機(驅(qū)動壓縮機)。
[0020]圖3:固體燃料內(nèi)燃機不停機加料燃燒系統(tǒng)圖
3一I副燃料斗；3—2點火裝置；3—3水霧化器；3—4主氣流；3—5燃燒爐；3—6灰份斗內(nèi)側(cè)隔離閥；3 — 7灰份斗；3 — 8灰份外側(cè)隔離閥；3 — 9灰份斗排氣管；3 —10再燃燒室及灰份沉降室；3 —11內(nèi)腔隔熱層；3 —12側(cè)氣流入口 ； 3 —13光電偵測儀(用于偵測副燃料斗頂部是否停放燃料，以判定主燃料斗是否已空，并且可以順利關(guān)閉主燃料斗內(nèi)側(cè)閘閥，進(jìn)行加料程序);3 —14主燃料斗內(nèi)側(cè)隔離閥；3 —15主燃料斗排氣管；3 —16主燃料斗；3—17主燃料斗外側(cè)隔離閥；3 —18加料口。
[0021]圖4:固體燃料內(nèi)燃機小型機(停機加料)燃燒系統(tǒng)圖
4 — I燃料斗；4 —2點火裝置；4一3水霧化