迴旋機動力裝置的製作方法

2023-07-29 15:42:01 1

專利名稱：迴旋機動力裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型熱動力裝置。它以煤為燃料，以燃燒後的煙氣為工質，採用內燃方式和高深度回收兩種餘熱技術而實現的高效率迴旋機動力裝置，主要應用在熱力發電系統中。
在熱動力發展史上，熱效率的提高有兩次重大突破第一次是1784年瓦特把牛可門的蒸汽機作了結構上的改造，增添了專用的冷凝結器設備，使熱效率有了很大提高，即從η牛≈0.03提高到η瓦≈0.12，使蒸汽動力真正有了工業技術意義。第二次是1884年帕森斯把瓦特的活塞式蒸汽機又作了結構上的改造，用輪機部件替代了活塞件，使熱效率又有了很大提高，即從η瓦≈0.12提高到η帕≈0.21，因而促成了新的技術進步，形成了現代蒸汽輪機動力系統的格局。但至今該動力系統尚未取得新的重大實質性突破。現代蒸汽輪機動力發電裝置是現代電力工業的典型應用領域。它主要由五大部分組成，即鍋爐、汽輪機、發電機、冷凝器、工質泵。其工作過程是，首先燃燒煤在鍋爐內強烈燃燒，把工作介質-水變成高溫高壓蒸汽，使其在汽輪機中膨脹作功，並帶動同軸發電機發電。作功後的廢汽在冷凝器中凝結成水，再由工質泵注入爐中循環使用，在我國蒸汽輪機動力裝置的熱效率只達到0.27。
德國專利DE-DS3319711和中國發明專利86103657、86103920公布了組合式燃氣-蒸汽輪機發電站，這類發電站的目的是可以利用燃氣輪機排氣中存在的可觀熱量，通過蒸汽輪機來重新發電，這種蒸汽輪機發電的功率很低，只能滿足發電站自身對電功率的要求，但對於整機熱動力裝置的熱效率並沒有提及，因此不涉及到本發明的目的。
目前世界上還在研究的有煤氣化聯合循環發電裝置和增壓沸騰聯合循環發電裝置，這兩類發電裝置最終都是用燃氣輪機-蒸汽輪機兩套發電裝置發電，整機效率並不高，且在探索研究中，因而還沒有達到大規模推廣應用的境地。
本發明的目的是提供一種以蜂窩煤為燃料，以燃燒後的煙氣為工作介質的高效率熱動力發電裝置，以取代煤電比低，熱效率低，造價高的蒸汽輪機發電裝置。本發明從熱機工作原理出發，到整機的設計都圍繞著提高熱效率η值這一主題，而提出以下發明的要點1、提高熱機的效率在於減少熱機的出口溫度。熱機效率的理論值計算通常以卡諾熱效率公式進行η＝ (T入－T出)/(T入) 在已有技術中，為了提高熱機的效率，通常研究的方向是提高熱機的入口溫度T入，但由於各種原因所限，熱機的效率目前最高只達到0.38。本發明採取了與已有技術截然不同的研究方向，即大幅度降低熱機工作介質的出口溫度T出，來提高熱效率η。從公式可以看出，如果T出值趨向於零值時，則熱效率η值將趨向於1值。為此，本發明爐體的設計為三膛串行爐的結構，其目的是高深度回收煙氣工質的餘熱和渣架的餘熱，極大限度地降低餘熱的出口溫度T出。
2、以內燃作功的方式來保證熱效率的提高。在已有技術中，用固體的煤作燃料，通常的燃燒方式是外燃式，工作介質是水蒸汽，使水轉變為蒸汽必然要損耗掉大量的熱量，而本發明的燃燒方式採取的是內燃式，工作介質直接就是高溫煙氣，以內燃作功的方式來減少熱能的損耗。
3、能量轉換的方式耗能低，來保證熱效率的提高。在現代火電廠熱動力裝置中，將熱能轉換成機械能主要採用的是輪機。而本發明採用的是氣液傳動封閉作功系統。該系統的作功部件直接採用液壓軟活塞，高溫煙氣直接推動液壓軟活塞作功，它耗能低，效率高，從而保證了整機熱效率的提高。
附圖
所示是迴旋機熱動力裝置各種主要部件以及它們彼此之間連接關係的結構示意圖。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細介紹。迴旋機動力裝置主要由五大部分組成它們是三膛串行爐部件1;驅動管路部件2;氣液傳動部件3;杆輪傳動部件4;發電機組5。其中杆輪傳動部件4和發電機組5均可以採用通用技術，本發明不再作詳細介紹。
從附圖中可以看出三膛串行爐1由強化燃燒爐膛11、渣架餘熱回收爐膛12、煙氣工質餘熱回收爐13構成，強化燃燒爐膛11位於兩個餘熱爐膛中間，多個燃掛架16，由尺寸相等的盒體串聯而成，盒體內裝有帶通風孔的固體燃料，如蜂窩煤。燃燒架16由步進絞車14牽動，同時以步進運動方式穿膛通行強化燃燒爐11和另外兩個餘熱回收爐12、13。在強化燃燒爐11和煙氣工質餘熱回收爐13的接觸處，設有一個可控封擋門15。此外，在渣架餘熱回收爐膛12的底部，也設有一個可控封擋門15，其目的是用來封閉爐缸空間體。
三膛串行爐部件1和氣液傳動部件3是通過驅動管路部件2把它們連接成一個有機的整體。強化燃燒爐膛11和煙氣工質氣缸35之間由管路28所連通。管路28串接一個驅動風機21。這樣就把強化燃燒爐膛11與煙氣工質氣缸35連接起來，形成了煙氣工質的閉路循環。
在煙氣工質餘熱回收爐膛13的底部和煙氣工質氣缸35的頂部之間，由管路23連通，在管路23之間串接一個排氣控制開關26，在煙氣工質餘熱回收爐膛13的頂部，設有一個低溫煙氣出口18。
在渣架餘熱回收爐膛12的底部，設有一個增質驅動風機22，在增質風機22與爐膛之間，有一個進氣自動開關27，增質驅動風機22的入口就是外界新鮮空氣環境。在爐膛12的底部，還設有低溫渣架出口17。
氣液傳動部件3由氣缸體35和液壓摺疊活塞34連接成一個U字形構造。在氣液傳動部件3內，是由三種不同性質的介質填充。在氣缸35裡充滿了煙氣工質31，在液壓摺疊活塞34裡充滿了水介質33，在它們之間是用油介質32作隔溫層，將高溫煙氣和水介質分開。在液壓摺疊活塞34的頂部，還設置有一個重塊38。液壓摺疊活塞運行的衝程距由上限控制點36和下限控制點37控制。液壓摺疊活塞34衝程位移的機械功，通過連接杆輪機構41和42傳遞給發電機51的主軸，使熱能轉換成電能。
下面通過實施例對發明的作功過程作以詳細的描述。迴旋機整機循環工作是分兩個衝程進行的，即上衝程又稱熱力作功衝程，併兼有存儲重力勢能的作用，下衝程又稱重力作功衝程，在這個衝程裡可選擇性的進燃料。
(1)上衝程-熱力作功衝程從附圖可以看出，液壓摺疊活塞34從下限點37上行到上限點36的運動過程叫作上衝程。在這個衝程時間裡，首先關閉排氣門控制開關26和上、下封擋門15，用以封閉爐缸空間體。然後，再接通增質風機控制開關25和工質迴旋風機控制開關24。當增質風機控制開關25接通後，增質風機22將驅動新鮮空氣進入到渣架餘熱回收爐膛12的底部入口。在渣架餘熱回收爐膛12中，渣架的餘熱將通過對流和輻射的方式把熱能傳遞給新鮮空氣，使新鮮空氣得到增溫和增壓，形成一定的作功能力。釋放熱能後的渣架16，將伴隨步進絞車14的步進運動，從渣架餘熱回收爐膛12的底部出口17排放到大氣環境中。當工質迴旋風機控制開關24接通後，工質迴旋風機21將驅動煙氣工質迴旋運動。煙氣工質將從強化燃燒爐膛11裡流動到煙氣工質氣缸35裡，然後它又從煙氣工質氣缸35裡，再流回到強化燃燒爐膛11裡。這樣就形成了煙氣工質的閉路迴旋流動。在煙氣工質強化迴旋流動過程中，燃料燃燒釋放熱能的化學反應式為
在反應式中Q為燃料燃燒釋放的熱能量。因此，在工質迴旋流動過程中，伴有煙氣工質的增溫和由它而引起的煙氣工質增壓和增容。在煙氣工質迴旋缸體內，將形成氣態工質憋壓。在氣缸35中，通過氣態工質膨脹把能量經過氣液傳動機構傳遞給液壓摺疊活塞34，使液壓摺疊活塞能向上移動作機械功。經杆輪機構41和42把機械能傳遞到發電機51的高軸上。最終實現了把熱能轉換成為電能。在液壓摺疊活塞向上移動的過程中，也把重塊38舉了起來，使重塊38儲存了重力勢能。當液壓摺疊活塞上行到上限點36時，就結束了上衝程。
(2)下衝程-重力作功衝程液壓摺疊活塞34從上限36下行到下限點37的運動過程叫作下衝程。在這個衝程時間裡，首先斷開增質風機控制開關25和工質迴旋風機控制開關24，停止工質流動和熱力繼續膨脹作功。然後打開排氣門26，在重塊38的重力作用下，液壓摺疊活塞34開始下行，並釋放重力勢能。同上衝程一樣，通過杆輪機構把重力勢能傳遞到發電機51主軸上，實現了將重力勢能轉換為電能。
在液壓摺疊活塞34下行的過程中，煙氣工質氣缸35中的煙氣工質31將通過管路23排放到工質餘熱回收爐膛12的底部入口。在工質餘熱回收爐膛13中，煙氣工質將以對流和輻射的方式把餘熱傳遞給燃料體和燃掛架的鋼材。最後低溫煙氣從煙氣工質回收爐膛13的頂部出口18排放到大氣環境中。燃料體和燃掛架把煙氣餘熱吸收儲存起來，伴隨步進絞車14的運行就進入到強化燃燒爐膛11中。
在下衝程運行過程中，排氣門26打開之後，接下來就可以再打開上、下封擋門15。然後，才可啟動步進絞車14走行一個步長，完成一次進料任務。進完燃料後，立刻將上、下封擋門15關閉，為下一個上衝程作好準備。
當液壓摺疊活塞34向下運行到下限點37時，就結束了一個下衝程。至此，迴旋機就完成了一個循環過程。接著就是下一個新的循環開始，迴旋機就周而復始繼續不斷地工作著。
本發明的優點和所帶來的經濟效益是極大的。由於本發明採用了高深度回收餘熱的方法，使迴旋機動力裝置的熱效率將達到0.6以上，這就相當於目前我國1公斤標準煤的發電量從2.2度提高到4.9度，即在不增加燃煤的情況下，發電量就增加1.2倍，不言而喻，這必然會帶來全社會各個生產部門的迅速發展，從而促進我國的一次工業上的革命。同時該裝置結構上採用了三膛串行爐和氣液傳動結構，使迴旋機的製造難度和造價大幅度降低，這有利於工業上的實施，並可以儘快地推廣應用。
權利要求
1.一種由杆輪傳動部件和發電機組構成的迴旋機動力裝置，其特徵還包括三膛串行爐部件和氣液傳動部件，三膛串行爐1和氣液傳動部件3用驅動管路部件2連接為一個整體，三膛串行爐由強化燃燒爐膛11和兩個餘熱回收爐膛構成，強化燃燒爐膛位於兩個餘熱回收爐膛的中間；氣液傳動部件由煙氣工質氣缸和液壓摺疊活塞34構成，在氣液傳動部件3內，是由三種不同的介質填充，在液壓摺疊活塞34的頂部，還設置有一個重塊38。
2.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於三膛串行爐內，裝有固體燃料的多個燃掛架16串接在步進絞車14上，並穿膛通行三個爐膛。
3.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於在強化燃燒爐膛11和餘熱回收爐膛13的接觸處，設有封檔門15;在餘熱回收爐膛12的底部，也設有一個封檔門15。
4.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於爐膛12的底部，設有一個低溫渣架出口17。
5.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於在爐膛13的頂部，設有一個低溫煙氣出口18。
6.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於強化燃燒爐膛11和煙氣工質氣缸35之間由管路28所連通，管路28串接一個風機21。
7.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於煙氣工質氣缸35的頂部與煙氣工質餘熱回收爐膛13的底部之間，由管路23連通，在管路23之間串接一個排氣控制開關26。
8.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於渣架餘熱回收爐膛12的底部，設有一個增質風機22，增質風機的入口為外界環境。
9.根據權利要求8所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於增質風機22與餘熱回收爐膛12之間設有一個進氣自動開關27。
10.根據權利要求1所述的迴旋機動力裝置，其特徵在於煙氣工質氣缸裡充滿了煙氣工質31，在液壓摺疊活塞34裡充滿了水介質33，煙氣工質和水介質之間是油介質32。
全文摘要
本發明是一種新型的熱動力裝置，它以煤為燃料，以燃燒後的煙氣為工質,採用內燃方式和高深度回收餘熱技術而構成的迴旋機動力裝置，它以減少熱機的出口溫度為研究方向，爐體設計了一種三膛串行爐的結構，同時以內燃作功的方式和採用液壓傳動的方式來保證熱效率的提高，整個裝置的熱效率將達到0.6以上，此外它構造簡單，造價低，工業上容易實施，為我國的熱動力機的研究開闢了一條新的途徑。
文檔編號F02G1/04GK1042587SQ8810693
公開日1990年5月30日 申請日期1988年10月6日 優先權日1988年10月6日
發明者張志學, 王紹民, 金焰, 高毅, 高慧君, 王緒卿, 李素巧, 張敬東, 張樹軍, 金慶, 張為光, 張聞越 申請人:王紹民