[发明专利]一种使用块状固体燃料的内燃机

权利要求书

1.一种使用块状固体燃料的内燃机：它是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置，它基于燃气轮机的工作原理；

其特征是：使用块状固体燃料作为能源，由压缩空气助燃，固体燃料在燃烧炉内燃烧，燃料要求不结焦，灰份为松散粉状，由通过燃烧炉的气流带出，燃烧炉之后接再燃烧室，再燃烧室横切面较大，气流缓慢，灰份在此沉降，同时再燃烧室再度混入压缩的新鲜空气，燃烧由燃烧炉排出的一氧化碳及蒸馏物，经再燃烧室处理，输出洁净的高压高热气体，经气轮机转化为机械能，或将高压高热气体通入密闭水体产生高压蒸汽（以下叙述中称：内热式蒸汽发生室），用于驱动蒸汽轮机；通过控制燃烧炉空气供应量实现系统的功率调控；

该种内燃机由以下部件组成：空气压缩机、助燃气流分配器、燃烧炉、燃料斗、再燃烧室、灰份沉降室、灰份斗、气轮机(或内热式蒸汽发生室+蒸汽轮机)组成；

压缩机：当系统用于大型火电动力时，压缩机使用恒外动力，功率稳定，便于调控；通过控制压缩机调整功率输出或实现停机；当系统用于公路运输或农村机械动力时，则启动后压缩机由发动机自身动力驱动，压缩机由一个独立的气轮机（气轮机1）驱动，动力输出由另一气轮机（气轮机2）完成，当外负荷增大时，气轮机2转速降低，系统压力增大，气轮机1功率增大，压缩机功率增大，系统功率增大，是一个正反馈，当外负荷减少时，系统功率也会减小，其过程也是正反馈；压缩机最大功率状态下的进气量决了系统所能输出的最大功率；

助燃气流分配器：它的作用是将高压助燃气流分成主气流和侧气流，主气流灌入燃烧炉，燃烧固体燃料，侧气流绕过燃烧炉进入再燃烧室，燃烧从燃烧炉排出的蒸馏物和一氧化碳；

侧气流阀：侧气流阀的最小阀值，能保证再燃烧室完全燃烧蒸馏物和一氧化碳，在使用某种特定燃料时，或使用的燃料粒度变化较大时，侧气流阀最小阀值的档卡位置必须通过试机修正；侧气流阀的最大阀值使压缩空气全部通过侧气流阀，燃烧炉无空气供给而停机；当压缩机使用系统自身动力（气轮机1）驱动时，侧气流阀用于此控制发动机功率，或实现停机；

水雾化器：当大型发动机以无烟煤作燃料时，燃烧炉内中心温度过高，会发生结焦现象，水雾化器将适量水雾化，随主助燃气流进入燃烧炉，降低炉内温度，防止结焦，产生的一氧化碳和氢气经再燃烧室燃烧；若使用木材、木碳或结杆成形燃料时，则不使用水雾化器；水雾化器应当在系统正常工作时使用，在启动阶段不能使用；

燃烧炉：燃烧炉盛装块状燃料，主助燃气流从一侧的下部进入燃烧炉燃烧燃料，并带走灰份从另一侧上部排出，燃烧炉炉腔设计应保证块状燃料不进入气流死角，且灰份能被气流带走；燃烧炉上方与进气口同侧连通燃料斗下口，随着燃烧的进行，燃烧炉内块状燃料体积减小最终化为灰份全部排出，在此过程中，燃料斗内燃料因重力作用自动下降补充到燃烧炉，直至燃料斗燃料用完；燃烧炉上口三分之二面积由燃料斗下口占据，另外三分之一面积为燃烧炉的火焰出口；火焰出口的气流速度仅限于带走炉内灰份，而不应将细小颗粒的燃料带出；

燃料斗：燃料斗上部为柱形，下部呈斗形，斗口与下部燃烧炉相接，燃料斗与燃烧炉处于同一压力系统，与外环境隔绝；向燃料斗填装燃料时，系统必需处于停机状态，系统压力与外环境一致，并排除斗内的有毒气体（如一氧化碳等）；若系统需要连续运行，则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，副燃料斗在燃烧炉上方与燃烧炉相连，当主燃料斗燃料耗尽时（注：用光电侦测仪侦测副燃料斗顶部是否停放燃料，以判定主燃料斗是否已空，并且可以顺利关闭主燃料斗内侧闸阀），先关闭主燃料斗内侧闸阀隔断主燃料斗与副燃料斗的连接，然后将主燃料斗内的高压气体通过喷嘴排出在火焰上，以免一氧化碳排放到空气中，当主燃料斗恢复常压后，开启主燃料斗外侧闸阀，使与加料口连通，将特定数量（装满主燃烧斗，但不防碍闸阀的关闭）的燃料从加料口装入主燃料斗，若人工操作，须带防护面具，以免一氧化碳中毒；装填燃料完毕，关闭主燃料斗外侧闸阀，切断主燃料斗与外环境连接，从排气管向主燃烧斗压气，使压力与系统平衡，关闭排气管，开启主燃料斗内侧闸阀与副燃料斗连接，块状燃料因重力作用自动向下补充，在此过程中，副燃料斗内的燃料必需满足系统消耗；

再燃烧室：再燃烧室的作用是使高温气体短暂停留，以燃烧一氧化碳和蒸馏物，所需氧气来自侧气流，同时使灰份沉降至再燃烧室下方的灰份斗，经过完全燃烧和灰份沉降后的高温高压气体用于驱动气轮机或通入内热式蒸汽发生室产生高压蒸汽；

灰份斗：当灰份斗填满灰份时，要进行清理，若需在系统运行同时清理灰份，需先关闭灰份斗内侧隔离阀使灰份斗与再燃烧室隔断，然后缓慢排出灰份斗内的高压气体，再打开灰份斗外侧隔离阀，排出灰份，清理完毕，关闭灰份斗外侧隔离阀，从排气管向灰份斗压入空气，使压力与再燃烧室接近，关闭排气管，再开启灰份斗内侧隔离阀与再燃烧室连接，以免系统失压；

燃料：固体燃料内燃机使用块状固体燃料，其粒度大小要与燃料斗下口径相适应（注：燃烧斗的内侧闸阀、外侧闸阀、燃料斗下口，三者口径相同），块状燃料的形状应近于粒形，最大直径应小于燃料斗下口径的四分之一(注：若为矩形口，则以其短边尺寸为参照)，以免卡住料口；相对于燃烧炉尺寸，燃料粒度不能太小，以免通气状况呈阻塞状态；

发动机点火：在燃烧炉前设置点火装置，给主助燃气流混入少量可燃气体或雾化汽油，使用电火花点火，这样，启动时进入燃烧炉的气体为含有一定量氧气的火焰，当固体燃料点燃后，停止供给燃气或燃油；

动力输出：

方式1：空气压缩机使用恒外动力时，高温高压气体+气轮机（动力输出）；

方式2：空气压缩机使用恒外动力时，高温高压气体+内热式蒸汽发生室+蒸汽轮机（动力输出）；

方式3：高温高压气体+气轮机1（驱动压缩机）+气轮机2（动力输出）；

内热式蒸汽发生室：由再燃烧室排出的高温高压气体，通入密闭水体，产生高压蒸汽，用于驱动汽轮机，大型动力系统选用，主要用于火电动力；

蒸汽发生室可在不停机状态下实现补水（详见另一申请《一种内燃式蒸汽发生器》）。