[发明专利]一种使用块状固体燃料的内燃机

说明书

技术领域

机械动力、发动机。

背景技术

燃气轮机、蒸汽轮机。

发明内容

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，完全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。

气流比例的自适应：当燃烧炉内块状燃料排列状况发生变化时，主气流的流速发生相应变化，当主气流快速流过燃料炉时，侧气流的比例减小，同时主气流从燃烧炉带出的一气化碳和蒸馏物也减少；因此，侧气流的最小阀值不会因燃烧炉通气状况的小幅变化而变得不合理。

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：图３—14），先关闭主燃料斗内侧闸阀（图３—14），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(图3-—17)，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。