CN107120186A - 一种煤尘爆燃做功系统 - Google Patents
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Abstract
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种煤尘爆燃做功系统，是把煤尘作为燃料利用的一场革命；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤尘爆燃做功系统，包括破碎机、球磨机、煤尘处理装置、配风装置、预混合装置、喷吹装置、圆柱缸体、进料口、烟尘排放口、点火装置、活塞和传动装置，所述破碎机、球磨机和煤尘处理装置依次连接后与预混合装置连接，所述喷吹装置也连接在预混合装置上，所述预混合装置通过喷吹装置连接在圆柱缸体的进料口上，所述圆柱缸体内的活塞端部连接有传动装置，所述圆柱缸体上还设置有烟尘排放口和点火装置，所述烟尘排放口和点火装置与进料口均位于活塞的同侧。
Description
技术领域
本发明一种煤尘爆燃做功系统，属于煤尘利用技术领域。
背景技术
目前，煤炭能源在热能利用方面，主要是以燃烧为主，能量利用有限，做功效率一般，且产生大量CO2，对环境造成很大影响。为把煤炭能源高效利用，现提出一种全新理念：即利用煤尘爆燃的特性，将其产生的能量进行做功，真正实现环保节能降耗，应用前景十分广阔。
众所周知，煤尘爆炸必须具备四个要素。
第一，煤尘粒径要小，达到100μm以下，就是说100μm以下的煤尘可以悬浮在空气中。
第二，煤尘在空气中要达到一定的浓度，即煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。
第三，要有能引燃煤尘爆炸的高温热源，即煤尘爆炸的引燃温度在650～1050℃之间，一般为700～800℃。
第四，要有一定浓度的氧气，即要求空气中氧气的浓度不低于18%（体积百分比）。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种煤尘爆燃做功系统，是把煤尘作为燃料利用的一场革命。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤尘爆燃做功系统，包括破碎机、球磨机、煤尘处理装置、配风装置、预混合装置、喷吹装置、圆柱缸体、进料口、烟尘排放口、点火装置、活塞和传动装置，所述破碎机、球磨机和煤尘处理装置依次连接后与预混合装置连接，所述喷吹装置也连接在预混合装置上，所述预混合装置通过喷吹装置连接在圆柱缸体的进料口上，所述圆柱缸体内的活塞端部连接有传动装置，所述圆柱缸体上还设置有烟尘排放口和点火装置，所述烟尘排放口和点火装置与进料口均位于活塞的同侧。
所述圆柱缸体的烟尘排放口上连接有烟尘及尾气处理系统。
所述烟尘及尾气处理系统上连接有再利用装置。
所述圆柱缸体的爆燃室侧壁上设置有煤尘浓度传感器，氧浓度传感器，压力传感器和第一温度传感器，所述煤尘浓度传感器，氧浓度传感器，压力传感器和第一温度传感器用于监测圆柱缸体的爆燃室内煤尘的对应参数，所述煤尘浓度传感器，氧浓度传感器，压力传感器和第一温度传感器均与控制中心电连接，所述控制中心与点火装置之间电连接，用于控制点火装置进行点火工作。
所述配风装置的进风口处设置有湿度传感器和第二温度传感器。
所述圆柱缸体和活塞为发动机四冲程结构。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明涉及一种煤尘爆燃做功系统，可应用于发电或其他领域，是把煤尘作为燃料利用的一场革命。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为破碎机，2为球磨机，3为煤尘处理装置，4为配风装置，5为预混合装置，6为喷吹装置，7为圆柱缸体，8为进料口，9为烟尘排放口，10为点火装置，11为煤尘浓度传感器，12为氧浓度传感器，13为压力传感器，14为第一温度传感器，15为湿度传感器，16为活塞，17为传动机构，18为烟尘及尾气处理系统，19为再利用装置，20为第二温度传感器。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种煤尘爆燃做功系统，包括破碎机1、球磨机2、煤尘处理装置3、配风装置4、预混合装置5、喷吹装置6、圆柱缸体7、进料口8、烟尘排放口9、点火装置10、活塞16和传动装置17，所述破碎机1、球磨机2和煤尘处理装置3依次连接后与预混合装置5连接，所述喷吹装置4也连接在预混合装置5上，所述预混合装置5通过喷吹装置6连接在圆柱缸体7的进料口8上，所述圆柱缸体7内的活塞16端部连接有传动装置17，所述圆柱缸体7上还设置有烟尘排放口9和点火装置10，所述烟尘排放口9和点火装置10与进料口8均位于活塞16的同侧。
所述圆柱缸体7的烟尘排放口9上连接有烟尘及尾气处理系统18。
所述烟尘及尾气处理系统18上连接有再利用装置19。
所述圆柱缸体7的爆燃室侧壁上设置有煤尘浓度传感器11，氧浓度传感器12，压力传感器13和第一温度传感器14，所述煤尘浓度传感器11，氧浓度传感器12，压力传感器13和第一温度传感器14用于监测圆柱缸体7的爆燃室内煤尘的对应参数，所述煤尘浓度传感器11，氧浓度传感器12，压力传感器13和第一温度传感器14均与控制中心电连接，所述控制中心与点火装置10之间电连接，用于控制点火装置10进行点火工作。
所述配风装置4的进风口处设置有湿度传感器15和第二温度传感器20。
所述圆柱缸体7和活塞16为发动机四冲程结构。
本发明可选单一或混合煤质，单一煤种有焦煤、肥煤、气煤、长焰煤、褐煤；混合煤可选用无烟煤、贫煤或其他煤种与上述单一煤种混合。
煤尘爆炸指数公式为：
Vr=Vf÷(100-Ag-Wf)×100
式中：Vr---煤尘爆炸指数，%；
Vf---分析煤样的挥发份，%；
Ag---分析煤样的灰分，%；
Wf---分析煤样的水分，%。
根据上述公式可以判断煤尘的挥发分含量越高，煤的灰分和水分越小，爆炸性越强，煤尘爆炸指数小于10．0%基本上属于没有煤尘爆炸危险性的煤层；在10%～15%之间，属于弱爆炸危险性煤层；在15%以上者，属于有爆炸危险性煤层，可以根据煤尘爆炸指数这个参数来选取合适的煤尘。
本发明的工作原理：通过破碎机将煤破碎成粒径小于20mm的煤块，然后再进入球磨机将小于20mm的煤块变成粒径小于等于75μm的煤粉；根据射流原理，通过理论计算和反复实践，利用煤尘处理装置，由具备一定压力和流速的空气流将煤粉带入特制的管道，同时在特制的管道上安装煤尘浓度测量仪器，用以调整煤尘浓度及空气流速和压力，以便达到煤尘爆炸的浓度要求，利用烘干原理将煤尘水分含量降低，达到煤尘爆炸的要求。同时将符合爆燃条件的煤粉（浓度为40+10g/m3，挥发分为25%以上，水分为8%以下，灰分15%以下，粒径为75μm以下）和空气（理论上讲，空气中的氧气含量为21%）送至预混合装置，预混合装置使煤尘与空气充分混合后形成煤粉云尘，通过喷吹装置输送至煤尘爆燃容器，使煤粉云尘较均匀悬浮于爆燃容器内；在煤尘爆炸容器的入口安装点火装置，点火原理可以采用电流正负极引火或采用可燃气体（液体）直接引火，引火温度保持在700～1100℃之间，喷射火焰要成柱状长度达15cm以上；为了环境友好，避免产生大量的氮氧化物，需要在点火装置内安装低氮燃烧系统，以保证煤尘爆炸容器内的爆燃温度控制在1200℃以下；设置耐高温高压容器，形状为圆柱体或其他，缸体内设有活塞、进料口、点火、监测监控、排放烟尘及灰烬出口等所需装置。同时从煤尘爆炸容器外壁引出压力、温度、煤粉云尘浓度、氧气浓度传感器，以便进行煤尘爆炸在线监测，自动点火，当向缸体内瞬间喷入符合爆燃条件的煤粉云尘时，能及时将较均匀悬浮在空气中的煤粉云尘进行点火（850℃,4.5mJ以上）引起爆燃，使其产生高温高压而推动活塞做功。在活塞的四冲程运动中，当处于排气冲程时，利用曲柄连杆机构使烟尘排放口打开，活塞从下止点运动到上止点，将缸体内燃烧做功后的烟尘及尾气全部排出，通过处理系统提取剩余能量，再次进行做功，以此循环往复。
下面以利用煤尘做功发电为实施例对本发明作进一步的阐述，将做功装置设计成圆柱形缸体，活塞在其内部进行上下运动，利用发动机四冲程工作原理做功发电。可设计成煤尘与空气预混合后再进入缸体燃烧做功。
选用挥发分较高和灰分水分较低的原煤（挥发分为25%以上，灰分15%以下）作为原料，通过破碎机1加工成粒径小于20mm的煤块，然后再进入球磨机2将小于20mm的煤块变成粒径小于75μm的煤粉，再通过煤尘处理装置3用以调整煤粉浓度及空气流速和压力，以便将煤粉浓度处理至40g/m3左右，利用烘干原理进一步将煤尘水分含量降低，达到煤尘爆炸的要求（水分8%以下）。将符合爆燃条件的煤粉送至预混合装置5，同时利用配风装置4（可以对自然空气的湿度温度进行处理，达到最佳爆炸条件，空气湿度≤10%，温度≥20℃）将新鲜空气输送至预混合装置5内，使煤尘与空气充分混合形成煤粉云尘，通过喷吹装置6输送至圆柱缸体7(煤尘爆燃容器)的进料口8，使煤尘较均匀悬浮于圆柱缸体7(煤尘爆燃容器)内，当圆柱缸体7（煤尘爆燃容器）外壁安装的煤尘浓度传感器11，氧浓度传感器12，压力传感器13，第一温度传感器14将相关数据传给中心控制系统，经系统判断压力、氧浓度和煤粉云尘浓度、温度、湿度均符合煤尘爆燃条件时，启动点火装置10，及时将较均匀悬浮在空气中的煤尘进行点火（850℃,10mJ以上）引起爆燃，使其产生高温高压而推动活塞做功16。按照发动机四冲程工作原理，活塞16做第一个冲程，从上止点运动到下止点位置，完成进燃料的过程，接下来活塞16做压缩冲程，从下止点运动到上止点位置，点火装置10使煤尘爆燃推动活塞16做功，做功推动活塞16从上止点运动到下止点位置后，活塞16又要完成第四个冲程，从下止点运动到上止点位置，将煤尘爆燃后产生的烟尘及尾气从烟尘排放口9排出，通过管道进入烟尘及尾气处理系统18，经过特殊处理后还可重复利用剩余能量，最后进入再利用装置19进行做功，进一步提高煤尘利用率。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：包括破碎机（1）、球磨机（2）、煤尘处理装置（3）、配风装置（4）、预混合装置（5）、喷吹装置（6）、圆柱缸体（7）、进料口（8）、烟尘排放口（9）、点火装置（10）、活塞（16）和传动装置（17），所述破碎机（1）、球磨机（2）和煤尘处理装置（3）依次连接后与预混合装置（5）连接，所述喷吹装置（4）也连接在预混合装置（5）上，所述预混合装置（5）通过喷吹装置（6）连接在圆柱缸体（7）的进料口（8）上，所述圆柱缸体（7）内的活塞（16）端部连接有传动装置（17），所述圆柱缸体（7）上还设置有烟尘排放口（9）和点火装置（10），所述烟尘排放口（9）和点火装置（10）与进料口（8）均位于活塞（16）的同侧。
2.根据权利要求1所述的一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：所述圆柱缸体（7）的烟尘排放口（9）上连接有烟尘及尾气处理系统（18）。
3.根据权利要求2所述的一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：所述烟尘及尾气处理系统（18）上连接有再利用装置（19）。
4.根据权利要求1所述的一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：所述圆柱缸体（7）的爆燃室侧壁上设置有煤尘浓度传感器（11），氧浓度传感器（12），压力传感器（13）和第一温度传感器（14），所述煤尘浓度传感器（11），氧浓度传感器（12），压力传感器（13）和第一温度传感器（14）用于监测圆柱缸体（7）的爆燃室内煤尘的对应参数，所述煤尘浓度传感器（11），氧浓度传感器（12），压力传感器（13）和第一温度传感器（14）均与控制中心电连接，所述控制中心与点火装置（10）之间电连接，用于控制点火装置（10）进行点火工作。
5.根据权利要求1所述的一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：所述配风装置（4）的进风口处设置有湿度传感器（15）和第二温度传感器（20）。
6.根据权利要求1所述的一种煤尘爆燃做功系统，其特征在于：所述圆柱缸体（7）和活塞（16）为发动机四冲程结构。
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