[发明专利]一种大功率低浓度瓦斯发动机及其供气方法

说明书

本发明提供了一种大功率低浓度瓦斯发动机及其供气方法，包括主燃烧室和预燃室燃烧室，还包括预热区、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第一增压器；预热区用于预热低浓度瓦斯，并将预热的低浓度瓦斯传输给主燃烧室用于燃烧；主燃烧室的烟气出口通过管道并联预热区和第一阀门，用于向预热区提供高温烟气，打开第一阀门，排出预热区和主燃烧室的烟气；预燃室燃烧室处开有进气通道，进气通道通过管道连接第二阀门，打开第二阀门用于向预燃室燃烧室内传输纯净天然气；采用本方案，能引入干燥的瓦斯气体，并对低浓度瓦斯进行充分预热，以此燃烧更低浓度的瓦斯气体，燃烧的低浓度瓦斯其最低浓度极限能达到5.5％左右。

技术领域

本发明涉及发动机燃烧技术领域，具体涉及一种大功率低浓度瓦斯发动机及其供气方法。

背景技术

瓦斯是煤矿严重自然灾害的重要根源。瓦斯的存在使人窒息、遇火源爆炸，瓦斯爆炸还极易引起煤尘爆炸。在我国煤矿重大灾害事故中70％以上是瓦斯事故。瓦斯即是有害气体，也是清洁能源，通过瓦斯抽放和综合利用可使瓦斯化害为利，变废为宝。目前，国外发电机组对瓦斯气利用有严格的限制，通常仅适用25％以上高浓度瓦斯气，个别厂家适用15％以上瓦斯气；国内由于一些厂家早年做了大量研发工作，为国内低浓度瓦斯气在燃气发动机的利用奠定了基础，瓦斯气利用浓度达到了8.5％水平。瓦斯的主要成分为甲烷，通常认为，甲烷的温室效应为二氧化碳的24.5倍，因此，低浓度瓦斯气的利用极大减少了瓦斯气直接排放对大气的污染。

在现有技术中，开发出了许多可利用低浓度瓦斯的发动机，但开发出的发动机如火花塞点或燃气发动机对于低浓度瓦斯的最低浓度极限为8.5％左右，对于浓度极限8.5％以下的低浓度瓦斯，在无法利用的情况下也会进行燃烧发电或排空，利用效率较低，且会造成环境污染。

更低浓度瓦斯利用的主要问题是点火困难，浓度8.5％以下的混合气用普通的火花塞很难点着，而低浓度瓦斯在输送过程中还含有大量水，这就使点火更加困难。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种利用低浓度瓦斯的预燃室，采用本方案，使用单独一路液化天然气，液化天然气经气化并调整到一定压力后通入预燃室的进气通道，经单向控制阀喷入预燃室燃烧室，与预燃室燃烧室内压入的低浓度瓦斯气体混合形成高浓度瓦斯混合气，该混合气体再经火花塞点火燃烧，预燃室火焰通过预燃室喷口喷射到主燃烧室，对主燃烧室内低浓度瓦斯进行点燃燃烧。由于进入预燃室通入的是干燥的高热值天然气，即保证了预燃室内着火的可燃气体浓度要求，又有效防止了预燃室内水分的影响。预燃室燃烧室内通入的是干燥清洁的天然气，点火火花塞的点火环境有较大改善，点火的可靠性有较大提高；预燃室内可形成理论空燃比的混合气，易点燃，预燃室喷口喷出的火焰，相当于提高了点火能量，可实现缸内稀薄燃烧，燃烧热效率有较大提升，燃料的经济性较好，燃烧温度较低，氮氧化物排放较低；通过本设备，可实现稀薄燃烧，将8.5％瓦斯气利用浓度进一步降低至5.5％。

本发明采用的技术方案为：一种大功率低浓度瓦斯发动机，包括主燃烧室和预燃室燃烧室，还包括预热区、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第一增压器；

所述预热区和主燃烧室连通，所述预热区用于预热低浓度瓦斯，并将预热的低浓度瓦斯传输给主燃烧室用于燃烧；

所述主燃烧室的烟气出口通过管道并联预热区和第一阀门，用于向预热区提供高温烟气，打开第一阀门，用于排出预热区和主燃烧室的烟气；

所述预燃室燃烧室处开有进气通道，所述进气通道通过管道连接第二阀门，打开第二阀门用于向预燃室燃烧室内传输纯净天然气；

所述主燃烧室的空气进口通过管道连接第一增压器，所述第一增压器通过管道连接第三阀门，打开第三阀门，用于向主燃烧室内充入空气，启动第一增压器，用于加大进入主燃烧室的空气量。