一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室及使用方法
阅读说明：本技术 一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室及使用方法 (Independent air inlet pre-combustion chamber of large-cylinder-diameter low-calorific-value gas internal combustion engine and use method ) 是由 马晓钟 于 2021-03-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室及使用方法。其技术方案是：预燃室的上方与中体的底部连接,中体的上端与上体连接；所述的预燃室的下部安装喷火嘴,喷火嘴的底部均匀布置与主燃烧室匹配的、角度大于90°的多个火孔,在喷火嘴的内腔设有大止回球和大球筛堵；所述的中体的内腔设有火花塞安装孔和第二预混燃气道,在第二预混燃气道的底部设有小止回球和小球筛堵,所述的火花塞安装孔内安装火花塞。有益效果是：点火可靠,提高燃烧速度、降低排气温度、避免进气管回火放炮,并提高燃气机发电效率；强大的点火能量,可靠引燃主燃烧室稀薄预混燃气,降低NOx排放；节约高品质燃料,降低运行费用。(The invention relates to an independent air inlet pre-combustion chamber of a large-cylinder-diameter low-calorific-value gas internal combustion engine and a using method thereof. The technical scheme is as follows: the upper part of the precombustion chamber is connected with the bottom of the middle body, and the upper end of the middle body is connected with the upper body; the lower part of the pre-combustion chamber is provided with a flame nozzle, the bottom of the flame nozzle is uniformly provided with a plurality of fire holes which are matched with the main combustion chamber and have an angle larger than 90 degrees, and the inner cavity of the flame nozzle is provided with a large check ball and a large ball screen plug; the inner cavity of the middle body is provided with a spark plug mounting hole and a second premixed gas channel, the bottom of the second premixed gas channel is provided with a small check ball and a small ball screen plug, and a spark plug is mounted in the spark plug mounting hole. The beneficial effects are that: the ignition is reliable, the combustion speed is improved, the exhaust temperature is reduced, the backfire blasting of the air inlet pipe is avoided, and the power generation efficiency of the gas engine is improved; strong ignition energy can reliably ignite the lean premixed gas in the main combustion chamber, and the NOx emission is reduced; saves high-quality fuel and reduces the operating cost.)
技术领域
本发明涉及低热值燃气利用技术，特别涉及一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室及使用方法。
背景技术
目前我国有一些热值低在750kcal～3000kcal、可燃成分复杂且多变的低品质燃气，如低浓度煤矿瓦斯、低浓度沼气、油母页岩气、电石气、秸秆气、冶炼尾气等，每年至少有500亿m3当量的天然气的总量。这些低品位燃气很难直接用作工业和民用燃料，但可以用作内燃机燃料进行发电。但在使用这些低热值燃料用于内燃机发电时存在一些问题：一是由于其中的惰性气体含量高，点火困难、后燃现象严重，造成内燃机排气温度高、气门寿命短、进气回火放炮；二是内燃机尾气排放超标，NOX的排放500mg/m3以上，排气后处理难度加大。这些问题在大缸径内燃机上表现更突出。
针对这些问题，国内外相关科研院所和研发企业使用过以下两种方式的预燃室技术来提高点火能量，保证点火的可行性和加快燃烧速度：一种是采用从主燃烧室进入的、与主燃烧室品质相同的预混燃气预燃室技术；另一种是采用独立机构将比主燃室预混燃气浓度高的预混燃气单独进入预燃室作为预燃室燃料的技术。两种方式虽然都取得了一些效果，但仍然不理想，有时还会出现内燃机启动困难和点火失火问题。所以，国内外一些低热值燃气仍然没有得到很好地利用，既浪费了能源，又污染了大气环境。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室及使用方法，使低热值燃气安全可靠、环保节能地用作内燃机发电。
本发明提到的一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室，其技术方案是：包括上体（2）、中体（4）、小止回球（5）、小球筛堵（6）、预燃室（7）、喷火嘴（8）、大止回球（9）、大球筛堵（10），在预燃室（7）的上方安装在中体（4）的底部，中体（4）的上端与上体（2）连接；所述的预燃室（7）的下部安装喷火嘴（8），喷火嘴（8）的底部均匀布置与主燃烧室匹配的、角度大于90°的多个火孔（D），在喷火嘴（8）的内腔设有大止回球（9）和大球筛堵（10）；所述的中体（4）的内腔设有火花塞安装孔（E）和第二预混燃气道（C），在第二预混燃气道（C）的底部设有小止回球（5）和小球筛堵（6），所述的火花塞安装孔（E）内安装火花塞（a9）。
优选的，上述的上体（2）设有预燃室较浓预混燃气进口（A）和第一预混燃气道（B）、螺栓孔，所述的第一预混燃气道（B）的下端与第二预混燃气道（C）通过密封垫（3）连通，上端与预燃室较浓预混燃气进口（A）连通，在上体（2）的外侧设有多个螺栓孔，通过压紧螺栓（1）连接固定。
优选的，上述小止回球（5）和大止回球（9）为耐高温耐腐蚀材料制成的空心球，其中，小止回球（5）用于防止预燃室（7）内爆炸火焰和高压高温气体上串，所述大止回球（9）用于防止主燃烧室内爆炸火焰和高压高温气体以及主燃烧室预混可燃气体压缩上串，保证预燃室内预混可燃气品质。
优选的，上述大球筛堵（10）和大止回球（9）装入喷火嘴（8）内，通过螺纹与预燃室（7）连接，小止回球（5）装入中体（4）内后用螺纹将小球筛堵（6）旋入中体（4），并锁固，之前装配好的预燃室（7）通过螺纹与中体（4）连接，用压紧螺栓（1）将组装好的以上组件通过密封垫（3）、上体（2）固定到燃气内燃机的气缸盖上。
优选的，上体（2）的第一预混燃气道（B）上端依次安装气门弹簧组（a5）、缓冲弹簧（a4）、机控摇臂（a3），机控摇臂（a3）的顶部设有调节压头（a2）和锁固螺母（a1），在所述的第一预混燃气道（B）内腔设有气门导管（a6）和气门（a7），气门（a7）的底部设有气门座圈（a8），气门（a7）的上端安装在气门导管（a6）内。
优选的，上述的火花塞（a9）采用高能火花塞。
优选的，上述的预燃室较浓预混燃气进口（A）的外侧连接电控阀（a10）。
本发明提到的大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室的使用方法，包括以下过程：
一、预燃室装配：将预先组装好的预燃室通过压紧螺栓（1）压装到燃气内燃机的气缸盖内，火花塞装入中体（4），并与燃气内燃机的点火系统连接；连接预燃室进气机构；
二、预燃室供气：与主燃烧室进气同步，由燃气内燃机控制机构启动较浓预混燃气进入预燃室（7），并将上一个工作循环在预燃室（7）内形成的废气排入主燃烧室，较浓预混燃气可以是利用化油器形成的汽油与空气的混合物，也可以是天然气或石油液化气与空气的混合物；
三、预燃室供气压缩：与主燃烧室进入压缩同步，燃气内燃机活塞上行压缩进气，大止回球（9）上行关闭主燃烧室内的稀薄预混燃气进入预燃室（7）的通道，同时小止回球（5）关闭较浓预混燃气进入通道；
四、预燃室点火：在燃气内燃机活塞到达上死点前，火花塞点燃预燃室（7）内的较浓预混燃气，爆炸火焰冲开大止回球（9），火焰经过大球筛堵（10），从喷火嘴（8）的喷孔喷入主燃烧室，点燃主燃烧室内的压缩稀薄预混燃气作功；
五、废气排出：燃气内燃机主燃烧室排气门打开、活塞上行，将主燃烧室内作功后高温废气排出，期间大止回球（9）上行密堵主燃烧室内废气进入预燃室（7）内；
六、工作进入下一个循环：重复二～五步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
一、点火可靠，提高热效率：机构上保证了预燃室内较浓预混燃气不被主燃烧室稀薄预混燃气和废气干扰，预燃室可靠点火引燃主燃烧室内的低热值稀薄预混燃气，提高燃烧速度、降低排气温度、避免进气管回火放炮，提高燃气机发电效率；
二、主燃烧室稀薄燃烧，降低尾气脱硝成本：强大的点火能量，可靠引燃主燃烧室稀薄预混燃气，降低NOx排放；
三、节约高品质燃料，降低运行费用：阻止了主燃烧室内的低热值稀薄预混燃气大量进入预燃室稀释高热值较浓预混燃气，保证预燃室点火所需的预混燃气浓度，避免过多地使用高品质燃料；
四、扩展燃气内燃机发电市场范围：只要燃气热值大于750kcal，经净化处理后都可作为内燃机发电燃料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的实施例1的结构示意图；
图3是本发明的实施例2的结构示意图；
上图中：压紧螺栓1、上体2、密封垫3、中体4、小止回球5、小球筛堵6、预燃室7、喷火嘴8、大止回球9、大球筛堵10，
锁固螺母a1、调节压头a2、机控摇臂a3、缓冲弹簧a4、气门弹簧组a5、气门导管a6、气门a7、气门座圈a8、火花塞a9、电控阀a10。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照图1，本发明提到的一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室，包括上体2、中体4、小止回球5、小球筛堵6、预燃室7、喷火嘴8、大止回球9、大球筛堵10，在预燃室7的上方安装在中体4的底部，中体4的上端与上体2连接；所述的预燃室7的下部安装喷火嘴8，喷火嘴8的底部均匀布置与主燃烧室匹配的、角度大于90°的多个火孔D，在喷火嘴8的内腔设有大止回球9和大球筛堵10；所述的中体4的内腔设有火花塞安装孔E和第二预混燃气道C，在第二预混燃气道C的底部设有小止回球5和小球筛堵6，所述的火花塞安装孔F内安装火花塞a9。
其中，上述的上体2设有预燃室较浓预混燃气进口A和第一预混燃气道B、螺栓孔，所述的第一预混燃气道B的下端与第二预混燃气道C通过密封垫3连通，上端与预燃室较浓预混燃气进口A连通，在上体2的外侧设有多个螺栓孔，通过压紧螺栓1连接固定。
另外，上述小止回球5和大止回球9为耐高温耐腐蚀材料制成的空心球，其中，小止回球5用于防止预燃室7内爆炸火焰和高压高温气体上串，所述大止回球9用于防止主燃烧室内爆炸火焰和高压高温气体以及主燃烧室预混可燃气体压缩上串，保证预燃室内预混可燃气品质。
上述大球筛堵10和大止回球9装入喷火嘴8内，通过螺纹与预燃室7连接，小止回球5装入中体4内后用螺纹将小球筛堵6旋入中体4，并锁固，之前装配好的预燃室7通过螺纹与中体4连接，用压紧螺栓1将组装好的以上组件通过密封垫3、上体2固定到燃气内燃机的气缸盖上。
本发明提到的一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室的使用方法，包括以下步骤：
一、预燃室装配：将预先组装好的预燃室通过压紧螺栓1压装到燃气内燃机的气缸盖内，火花塞装入中体4，并与燃气内燃机的点火系统连接；连接预燃室进气机构。
二、预燃室供气：与主燃烧室进气同步。由燃气内燃机控制机构启动较浓预混燃气进入预燃室7，并将上一个工作循环在预燃室7内形成的废气排入主燃烧室。较浓预混燃气可以是利用化油器形成的汽油与空气的混合物，也可以是天然气或石油液化气与空气的混合物。
三、预燃室供气压缩：与主燃烧室进入压缩同步。燃气内燃机活塞上行压缩进气，大止回球9上行关闭主燃烧室内的稀薄预混燃气进入预燃室7的通道，同时小止回球5关闭较浓预混燃气进入通道。
四、预燃室点火：在燃气内燃机活塞到达上死点前，火花塞点燃预燃室7内的较浓预混燃气，爆炸火焰冲开大止回球9，火焰经过大球筛堵10，从喷火嘴8的喷孔喷入主燃烧室，点燃主燃烧室内的压缩稀薄预混燃气作功。
五、废气排出：燃气内燃机主燃烧室排气门打开、活塞上行，将主燃烧室内作功后高温废气排出，期间大止回球9上行密堵主燃烧室内废气进入预燃室7内。
六、工作进入下一个循环：重复二～五步骤。
实施例2，参照附图2，本发明提到的一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室，包括锁固螺母a1、调节压头a2、机控摇臂a3、缓冲弹簧4、气门弹簧组5、气门导管6、上体2、气门a7、气门座圈a8、密封垫3、中体4、火花塞a9、小止回球5、小球筛堵6、预燃室7、喷火嘴8、大止回球9、大球筛堵10，其中，锁固螺母a1、调节压头a2、机控摇臂a3以螺纹连接在一起；气门座圈a8和气门导管分别压入上体2后，将气门a7装入上体2内，气门弹簧组5与气门a7卡装在一起，再将密封垫3压入上体；缓冲弹簧4上端接机控摇臂a3、下端接气门弹簧组5。大球筛堵10压入喷火嘴8内，将大止回球9放入喷火嘴8内后用螺纹将喷火嘴8与预燃室7紧固连接；小止回球5放入中体4内后以螺纹形式连接小球筛堵6和中体4，再将组装好的预燃室7以螺纹形式与中体4连接，之后以螺纹形式将火花塞a9旋装在中体4内。上体2上有螺栓孔，通过螺栓将组装好的中体4压装在燃气内燃机的气缸盖上。
其中，调节压头a2可以上下调节，以保证气门a7合适的开启升程；缓冲弹簧4缓解调节压头a2对气门a7上端的锤击。气门a7、气门座圈a8与小型汽油机通用，行程短、预燃室供气和停气迅速。密封垫3保证气门a7的气室与中体4上的火花塞室的密封，另外，预燃室7使用燃料为汽油。
实施例3，参照附图3，本发明提到的一种大缸径低热值燃气内燃机独立进气预燃室，其技术方案是：包括上体2、电控阀a10、中体4、火花塞a9、小止回球5、小球筛堵6、预燃室7、喷火嘴8、大止回球9、大球筛堵10，其中，中体4、小止回球5、小球筛堵6、预燃室7、喷火嘴8、大止回球9、大球筛堵10的连接关系与具体实施方式一对应相同，电控阀a10与上体2上的预混燃气道相连，火花塞a9用螺纹与紧固在中体4上。
其中，电控阀a10感应主燃烧室进气，与主燃烧室同步进气，火花塞a9为高能火花塞，预燃室7使用燃料为天然气或石油液化气。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。
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