问题

蒸汽机为什么不用蜂窝煤?

回答
想必你对蒸汽机的运作原理挺好奇的,也可能是在哪儿见过蒸汽机,然后就联想到咱们现在烧蜂窝煤的炉子,觉得是不是可以通用?这想法挺有意思的,但蒸汽机不用蜂窝煤,这事儿说起来,可不是简单地“能烧”和“不能烧”这么二元对立,里面门道可多了。

首先,咱们得明白蒸汽机最核心的需求是什么?那就是产生大量、稳定、高温的蒸汽。蒸汽是驱动它那个大活塞来回运动的“力气”。你想啊,火车头、轮船、工厂里的那些大家伙,需要的是一股子强劲的、持续不断的推力,不是那种忽大忽小、时有时无的力气。

那蜂窝煤这玩意儿,是怎么来的,又是怎么烧的呢?蜂窝煤,大家伙都知道,就是把煤粉和黏土(或者别的粘合剂)混合,然后用模具压成一个圆柱体,中间挖几个洞,这就是“蜂窝”的由来。它最大的好处是什么?就是燃烧的时候不容易散架,而且火力相对集中,燃烧时间也比较持久。尤其是在咱们那种小炉子上,往里一塞,慢慢添,就能烧挺长时间,热乎乎的,多方便。

但问题就出在“相对”这两个字上。

一、 燃烧效率与蒸汽产量:

蒸汽机要产生高温高压的蒸汽,就需要煤炭在锅炉里快速、充分地燃烧,把热量尽可能多地传递给锅炉里的水。蜂窝煤的优点是燃烧持久,但缺点也很明显——通风性相对较差。那几个小洞洞,虽然是为了增加接触面积,但跟大块的煤或者散煤比起来,空气的流通速度是有限的。

想想看,蒸汽机锅炉里,燃料是放在炉排上的,炉排下面是风箱或者鼓风装置,会强制吹风。这就好比给炉子“上氧气”,让煤烧得更旺。如果用蜂窝煤,虽然也有洞,但一旦烧起来,内部的粉尘和灰烬可能会堵塞这些洞,进一步影响空气的流通。就好比你给一个缺氧的人硬塞一堆堵路的玩意儿,他怎么能有力气?

而大块的煤或者散煤,只要炉排设计合理,空气可以从煤块的缝隙中穿过,或者从煤堆下方均匀地吹上来,这样就能形成一个更有效率的燃烧环境。燃烧越充分,产生的热量就越多,水温上升就越快,蒸汽压力也就越高,蒸汽机才能获得足够强的动力。

二、 灰烬与堵塞问题:

蜂窝煤在燃烧过程中,尤其是那种黏土含量比较高的,容易产生较多的灰烬。这些灰烬,在燃烧旺盛的时候,可能会粘连在一起,形成结渣。结渣一旦形成,就会覆盖在煤块表面,或者堵塞蜂窝煤的孔洞,这直接影响了空气的进入和烟气的排出。

蒸汽机的锅炉,尤其是一些早期设计,对灰烬的处理是比较敏感的。过多的灰烬堆积,不仅会影响燃烧效率,还可能导致炉管过热,甚至损坏锅炉。清理灰烬也是个麻烦事。蜂窝煤烧完后,可能一堆黏糊糊的灰烬,不像散煤那样容易清理。

三、 燃料的形态与送料方式:

蒸汽机,特别是那些大型的、需要持续工作的蒸汽机,往往需要一个稳定的燃料供应系统。无论是人工添煤,还是早期的机械送料装置,它们的设计都需要考虑燃料的形状和大小。

蜂窝煤是块状的,虽然比大块煤小,但它的形状相对规整。在一些自动化送料系统中,如果送料口设计的是适合散煤或者块煤,直接塞蜂窝煤进去,可能会出现卡住、不顺畅的情况。而且,蜂窝煤燃烧速度相对慢一些,可能无法满足蒸汽机对瞬时高热量的需求。

相比之下,散煤或者大小不一的块煤,更容易被送料装置抓取和投放到炉膛中。虽然不像蜂窝煤那样“均匀”,但配合良好的风力控制,可以实现更灵活的燃烧调节。

四、 历史的演进与技术选择:

我们还得考虑历史因素。蒸汽机发明和发展的那个时代,主要的燃料是散煤、块煤,以及后来的焦炭。蜂窝煤这种形式,是后来在民用取暖方面才逐渐普及开来的,它最大的优点是为了减少扬尘,让燃烧更干净、更持久,适合在居住环境中使用。

蒸汽机的设计者们,他们在优化燃料燃烧时,更多地是考虑效率、功率输出以及燃料的可获得性。当时的煤炭开采和加工技术,更倾向于提供散煤或块煤。所以,蒸汽机的炉膛、炉排、进风方式等等,都是围绕着这些煤炭形态来设计的。

打个比方说:

你想让一个非常强壮的运动员跑一万米,你需要给他提供充足、易于吸收的能量。散煤或者块煤,就像是给他准备了丰富的碳水化合物,通过合理的“消化系统”(炉排和风力),他可以快速高效地吸收。蜂窝煤呢,就像是给他准备了一种压缩饼干,虽然也能提供能量,但因为“包装”比较严实,而且燃烧速度相对固定,可能无法让他爆发出力气完成冲刺,或者在需要快速补充能量时有点“慢半拍”。

当然,这并不是说蜂窝煤不好,它在适合它的场合(比如家用取暖)就非常好。只是在蒸汽机这种需要强大、持续、可控动力的场合,它的形态和燃烧特性,并不是最理想的选择。蒸汽机更看重的是“火力猛”,而不是“烧得久”。

所以,综合来说,蒸汽机不使用蜂窝煤,主要是因为它在燃烧效率、灰烬处理、燃料送料以及历史技术选择等方面,都不如散煤或块煤更适合蒸汽机对高温高压蒸汽的需求。这就像你需要一把尖刀来切割,你不会选择一把钝钝的菜刀,虽然菜刀也能切东西,但效果和目的不一样。

网友意见

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脱离锅炉设备谈燃料都是耍流氓。


根本原因就是:


火车锅炉工况比家庭取暖要炉复杂,蜂窝结构很难保持住

而且供气系统比家庭炉强大,不需要蜂窝煤那少的可怜的孔径结构提供的自然对流。


三岁小孩穿开裆裤,长大了还穿吗?


燃烧离不开痒气。


烧蜂窝煤的炉子,是家用取暖炉。上下直通,靠热空气上升,冷空气下降的空气对流实现供氧。


这些炉子具有什么特点呢?


小,竖直,内部没有活动件——通炉灰靠钩子刮,放煤靠火钳子。。。。

供气需求低——也有用电机供气的。但是基本家用电机足以。

另外负载低——热量足够炒菜暖屋子就行了,反而工作时间越长越好。。。


因为小而竖直,所以你塞家用蜂窝煤很容易,用一个火钳就行。而且竖直造型的孔径可以通气。

因为通气量不大,所以你的蜂窝煤打十几个孔径足以。

因为换煤动作简单,燃烧环境安稳,所以你的蜂窝煤的造型能保持住。


而你把家用蜂窝煤那么一点煤塞进蒸汽机车的大炉床上,在鼓风机的大进气量面前,任何造型都失去了通气。

大男孩火车头的燃烧室,总面积已经能赶上很多知友的厕所面积了。。。


可以想象,给这个大锅炉供气,需要多大的鼓风机。。。。

成块的蜂窝煤需要排列整齐以后供给炉床,而炉床要除走灰烬,鼓风系统供气。。。。


整个过程很难保证不暴力,可能你的蜂窝煤刚进炉膛就被碎了,失去了造型意义。。。

如果等比例放大,做一个直径50cm的蜂窝煤,想想吧:

填煤需要专用机器

进入炉床以后能保持多久完整结构

除灰如何保持火焰连续

。。。。。。。无数的问题。


火车燃煤不需要孔径造型的煤来提供空气接触,大功率供气设备已经足够了,还能让燃煤荤素不忌。



有人提到蜂窝煤的固定剂是黄泥,

其实如果做车用蜂窝煤,自然不会用黄泥了。。。


但是加添加剂,

一来增加成本,二来黏着剂分易燃和不易燃两类。


不易燃黏着剂会导致单位质量下煤%下降,而且容易出现固体残渣增多,清灰困难等问题。


易燃型。。。。如果燃烧值低于煤,那么会降低单位质量下“成品煤”的发热量。


如果热值高于煤。。。热值高的黏着剂,同质量至少等效于:90%煤+10%易燃物。。。

那么蜂窝煤车工程真的上马了,

需要重新设计煤水车,重新设计补煤机,重新设计新的点火流程,重新设计煤灰清理装置,燃煤成本一般提升,路上燃煤结构损坏造成的损失,煤孔通气的实际效果,所有火车加煤人员重新培训。。。。。


有这个钱,我们直接换燃油锅炉/内燃机多好?

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其他锅炉不清楚,蒸汽机车的锅炉我还是懂一点的,另外以前冬天没少把大块煤块敲成小块,基本上一堆大块煤敲成小块煤能留下十分之一的煤粉,所以煤的物理特性我还是知道一点。至于蜂窝煤,就算轻拿轻放都容易碎,以前工厂搞副业的高质量蜂窝煤都容易碎,不碎也要掉渣子下来,每一车几百个蜂窝煤送到家总有那么十几个破掉的。后来私人卖的蜂窝煤倒是不容易碎,但是黄泥掺太多导致燃烧效率不高,很难引燃。

蒸汽机车烧的煤里面,煤块煤粉都有,而且似乎煤粉是大多数,因为中后期的蒸汽机都配有蜗杆式自动加煤机,你用家用型蜂窝煤肯定会被蜗杆搅碎成煤渣粉。蒸汽机车铲煤很有讲究,每一铲煤该放哪,放的位置是不是合适都是看一个司炉工有多少水平的活儿,这也造成只能加到炉膛内一小片地方的加煤机不受司炉工待见,很多时候还得亲自将煤铺满整个炉膛,以保证这些煤能充分燃烧,不至于煤层过厚无法引燃。

蒸汽机车锅炉用蜂窝煤的话:

第一,可能会造成燃烧温度不足,炉膛温度不够无法高速产生蒸汽。毕竟每次加进去的煤含碳量少了嘛。

第二,因为蜂窝煤掺杂黄泥,会导致炉膛积灰过快,形成不良隔热层,司机需要经常停车让司炉下车清灰,这样就耽误时间了。

第三,存放不易,因为煤水车的煤仓是漏斗形,漏斗底部正好是司机室背后以方便司炉就近铲煤,要是把煤仓改成方形则取煤不便。

第四,就算煤仓改成同体积方形,在运行时的反复振动容易损坏蜂窝煤形状,外带蜂窝煤有孔隙以及掺杂黄泥便于成型,实际能够存放的碳量会比漏斗形装煤块煤粉的少,不利于长途运行。

第五,补充蜂窝煤比补充煤块煤粉麻烦。煤块煤粉只要抓煤机一斗一斗地抓,大斗2.1吨,小斗1.5吨,前进从空到满似乎只用几斗搞定,有些地方甚至还有上煤塔,机车开过去把煤仓对准出煤口就行,换做要将几吨蜂窝煤毫不损坏地装进煤水车,恕我想不出会有多麻烦,也许弄个叉车一平板一平板的往里装比较简单?

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