用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備(100)和方法，例如木屑顆粒。根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備(100)包括具有外壁(104)和內(nèi)壁(106)的室(102)，內(nèi)壁(106)將室(102)分成燃燒空氣空間(108)和燃燒室(110)。此外，燃燒設備(100)包括用于提供主燃燒空氣和次燃燒空氣的至少一個鼓風裝置(112)并包括用于使燃燒室(110)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置(113)。燃燒室(110)的內(nèi)表面包括用于當燃燒室(110)旋轉(zhuǎn)時提升燃燒室(110)中的燃燒燃料的多個臺階(138)。此外，主燃燒空氣被提供至燃燒室(110)中，用于助于燃燒燃料的燃燒并且用于使燃燒燃料在臺階(138)上移動。此外，次燃燒空氣被提供至燃燒室(110)中，用于從燃燒室(110)中移除完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體。
【專利說明】用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備和方法
【技術領域】
[0001 ] 大體上，本發(fā)明涉及燃燒設備。更具體地，本發(fā)明涉及燃燒設備和用于燃燒顆粒狀固體燃料(例如，木屑顆粒)的方法。
【背景技術】
[0002]目前，諸如顆粒爐(pelletstove)的顆粒狀固體燃料燃燒設備(下文中稱為燃燒設備)正在取代傳統(tǒng)的油加熱系統(tǒng)，特別是在兩個或者一個家庭的房子中。這種現(xiàn)象由多個原因造成；僅僅舉幾個例子，油價正在每年增長，從而導致對于居民來說承擔更多的費用，很多人考慮到了使用化石燃料的環(huán)境問題，并且在多個國家，使用可再生能源會通過國家資金給予補貼。用于固體顆粒狀燃料的燃燒設備的使用也可以是環(huán)境的和經(jīng)濟的選擇；例如，固體燃料通常是無毒的并且容易處理，并且還是可再生燃料，與油相比固體燃料是更便宜的。此外，作為固體顆粒狀燃料的實例的木屑顆粒是極其密實的并且可產(chǎn)生有低的含濕量，這可允許木屑顆粒以非常高的燃燒效率來燃燒。
[0003]盡管，在燃燒設備與傳統(tǒng)的油加熱系統(tǒng)之間存在許多相似性，但是燃燒設備仍存在一些缺點:常常發(fā)生的是，因為燃燒過程沒有完全地燃燒燃料，所以燃燒設備消耗比它們應該消耗的更多的燃料。由于這個的原因，在未燃燒的或者部分燃燒的燃料顆粒熔化到燃燒室的壁上的情況下，部分燃燒的燃料可填充燃燒室并且還可能對燃燒室造成損壞。因此，必須頻繁地清空和清潔燃燒設備，這對于執(zhí)行而言會是費力且困難的過程。此外，必須以某種方式將燃燒過的燃料的灰燼從燃燒室中移除。在沒有仔細地移除的情況下，灰燼殘渣最后填滿該室并且可堵塞空氣通道，這會降低燃燒效率并且增加燃料消耗。此外，灰燼和不完全燃燒的燃料可導致?lián)诫s的燃燒過程，這增加了空氣中不期望的微細顆粒的數(shù)量。
[0004]現(xiàn)有技術已知防止燃料的熔化的多個爐篦(grate)解決方案。在文獻RU2371634C中公開了一個實例，在該實例中爐篦具有交錯的外形，這還被設置成進行往復運動。不利地，這種解決方案沒有解決部分燃燒的燃料的問題，并且因此并未減少燃料消耗。
[0005]在文獻EP0126619B1中公開了其他現(xiàn)有技術的解決方案，在該解決方案中燃燒設備包括用于使可燃燒固體上升并且瀉落(cascade)的裝置，以實現(xiàn)高燃燒效率。但是，該解決方案沒有解決聚集到燃燒室中并且可阻礙燃燒過程的空氣供給的灰燼的問題。
[0006]不利地，上述解決方案也沒有解決積累灰燼的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是避免或者至少減小上文所述的現(xiàn)有技術解決方案的缺點。
[0008]本發(fā)明的目的通過一種解決方案來實現(xiàn)，在該解決方案中用于顆粒狀固體燃料的燃燒設備布置成升起燃燒室中的燃料顆粒并以適當?shù)慕嵌忍峁┤紵諝饬?，以便將燃料顆粒完全燃燒成灰燼并且從燃燒室中移除完全燃燒的燃料(完全燃燒的燃料是足夠輕量的)和/或燃燒氣體。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備的特征在于權(quán)利要求1的特征。
[0010]根據(jù)一優(yōu)選的實施例，根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備包括具有外壁和內(nèi)壁的室，該內(nèi)壁將該室分成燃燒空氣空間和燃燒室。此外，燃燒設備包括用于提供主燃燒空氣和次燃燒空氣的至少一個鼓風裝置并包括用于使燃燒室旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置。燃燒室的內(nèi)表面包括用于當燃燒室旋轉(zhuǎn)時提升燃燒室中的燃燒燃料的多個臺階。此外，主燃燒空氣被提供至燃燒室中，以用于有助于燃燒燃料的燃燒并且用于使燃燒燃料在臺階上移動。此外，次燃燒空氣被提供至燃燒室中，以用于從燃燒室中移除完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體。
[0011]在一個實施例中，燃燒室具有圓筒的形狀。燃燒室的圓筒形形狀是優(yōu)選的，這是因為室的旋轉(zhuǎn)在本發(fā)明中是必需的。
[0012]在一個實施例中，燃燒設備包括一個鼓風裝置，該鼓風裝置布置成將主燃燒空氣和次燃燒空氣兩者提供至燃燒室中，以及提供對燃燒設備的室的冷卻。在另一實施例中，燃燒設備還包括具有后燃燒燃燒空氣的后燃燒部件。該后燃燒部件優(yōu)選地包括例如套管，該套管用于減小作為用于完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體從燃燒室中離開的通道而被設置在后燃燒部件中的輸出開口的半徑。后燃燒部件的頸部是有利的，因為它物理地阻止未完全燃燒的燃料從燃燒室中排出。
[0013]仍然在另一實施例中,燃燒空氣空間是連續(xù)的。連續(xù)的空氣空間是有利的,這是因為連續(xù)的空氣空間可實現(xiàn)使用一個鼓風裝置以用于提供所有所需要的燃燒空氣類型；主燃燒空氣、次燃燒空氣以及附加的后燃燒燃燒空氣。
[0014]仍然在一個實施例中，燃燒室內(nèi)的臺階被耦接在一起，并且在另一實施例中，至少一個孔設置成穿過至少一個臺階，以用于將主燃燒空氣導向至燃燒室中。
[0015]在一個實施例中，燃燒室的內(nèi)表面(特別是燃燒室內(nèi)的臺階)用某一適合的抗高溫的涂覆材料涂覆，諸如陶瓷涂覆層，以用于改善燃燒過程。涂覆層的使用是有利的，這是因為涂覆層可進一步防止燃燒燃料顆粒粘進燃燒室的表面中。
[0016]在一個實施例中，燃燒室包括用于在大致平行于燃燒室的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上將次燃燒空氣提供至燃燒室中的至少一個孔。
[0017]在一個實施例中，燃燒室的旋轉(zhuǎn)運動是脈動(pulsating)的，并且在另一實施例中，所述燃燒室的脈動的旋轉(zhuǎn)運動是能根據(jù)燃料類型和/或尺寸調(diào)節(jié)的。
[0018]仍然在一個實施例中，燃燒設備還包括進料設備，諸如螺旋結(jié)構(gòu)，用于將燃燒燃料供給至所述燃燒室，并且在另一實施例中，燃燒設備還包括點火裝置，諸如電的和/或線繞的電阻器，用于加熱燃燒空氣以便點燃待供給至燃燒室中的燃燒燃料。
[0019]一種用于使用根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備燃燒顆粒狀固體燃料的方法的特征在于權(quán)利要求17的特征。
[0020]在一個實施例中，一種用于使用本發(fā)明的燃燒設備燃燒顆粒狀固體燃料的方法包括下列階段:
[0021]-將顆粒狀固體的、被點燃的燃料供給至所述燃燒室的起始處；
[0022]-將所述燃燒室設置成進行旋轉(zhuǎn)運動，以用于通過形成所述燃燒室的內(nèi)表面的所述臺階來提升燃料；
[0023]-在大致平行于和/或沿著所述燃燒室的周緣的方向上將主燃燒空氣提供至所述燃燒室中，以用于在所述燃燒室中燃燒和移動所述燃燒燃料；
[0024]-在大致平行于所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上將次燃燒空氣提供至所述燃燒室中，以用于從所述燃燒室中移除完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體。
[0025]在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例。
[0026]當與現(xiàn)有的已知的解決方案比較時，可通過本發(fā)明來實現(xiàn)顯著的優(yōu)點。首先，根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備可適于各種顆粒狀固體燃料，諸如木屑顆粒、生物質(zhì)顆粒、泥炭顆粒、草顆粒、同質(zhì)木片以及煤。此外，在兩個或者一個家庭的房子中所使用的常規(guī)油加熱系統(tǒng)可由根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備所取代。
[0027]本發(fā)明的燃燒方法可在燃燒室內(nèi)部提供以渦流的形式并在高溫下混合的既高效又完全的燃燒空氣，這可保證燃料的氣相不能逸出或者不能保持由于缺乏燃燒空氣而導致的不完全燃燒。作為燃燒方法的效果，燃燒氣體的溫度在燃燒室內(nèi)可高達850°C -1100°C。與燃燒室的被涂覆的表面結(jié)合的燃燒室內(nèi)部的渦流可通過減緩和增強臺階上的燃燒燃料顆粒的碰撞而進一步改善燃燒過程。
[0028]此外，燃燒過程可通過使用本發(fā)明的額外的后燃燒部件而更多地改善，該后燃燒部件可物理地防止未完全燃燒的燃料顆粒在燃料顆粒由于燃燒過程而足夠輕量之前從燃燒室中離開。此外，后燃燒部件可通過在適合的方向上提供后燃燒燃燒空氣流而進一步地改善燃燒過程，這可提高燃燒氣體的溫度，例如100°c -150°C，并且可引起燃料顆粒的更完全的燃燒。
[0029]此外，由于有效的燃燒，可減少由不完全燃燒過程在空氣中產(chǎn)生的不期望的微細顆粒。該有效的燃燒過程還可減小燃料的消耗，這可帶來在費用和在環(huán)境資源兩者上的節(jié)約。
[0030]由于固體燃料的完全燃燒和布置的從燃燒室移除灰燼的灰燼移除系統(tǒng)，燃燒室的清空和清潔可較不頻繁地進行，這可減小為了清空和清潔而暫停加熱系統(tǒng)的必要性，并且可使燃燒設備能長期的、連續(xù)的運行。清潔時間范圍甚至可為例如八個月或者更長，通常該清潔時間范圍可為足夠長的時間以貫穿整個供暖期而使用根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備。
[0031]旋轉(zhuǎn)運動和有效的空氣供給可一起防止固體燃料顆粒熔化并附接至燃燒室，即使具有大的燃料顆粒。此外，被涂覆的表面(具有它的不粘表面)可通過減小燃燒顆粒與臺階之間的摩擦而進一步改善臺階上的燃燒燃料顆粒的運動和碰撞，這進一步防止燃料顆粒熔化和/或粘附至燃燒室的表面上。此外，被涂覆的表面(具有它的不粘表面)可通過提供清潔表面的便利性來緩解清空和清潔過程。
[0032]可通過自動供給系統(tǒng)使使用本發(fā)明的燃燒過程是連續(xù)的，這可減少所需要的由用戶對燃燒系統(tǒng)進行的控制。供給系統(tǒng)可布置成使得在燃燒室中始終保持小火焰，這可減少由燃燒設備的起動過程在空氣中產(chǎn)生的不期望的微細顆粒。
[0033]此外，脈動的旋轉(zhuǎn)運動可保證較老化的、正在燃燒的燃料顆粒通過臺階被提升到更高的水平，直到它們落在較新的燃料上，這可切碎(mince)燃燒燃料顆粒并且改善有效的燃料燃燒。
[0034]此外，根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備可不需要單獨的冷卻裝置，這是因為由鼓風裝置提供的燃燒空氣還可布置成還用作用于燃燒設備的整個室并且特別是用于燃燒室的空氣冷卻劑。而且，較小的部件(諸如室內(nèi)部的軸承)也可由燃燒空氣來冷卻。[0035]最后，燃燒設備可更簡單并且更便宜地制造，這是因為僅需要一個空氣供給裝置以產(chǎn)生主燃燒空氣和次燃燒空氣兩者以及后燃燒燃燒空氣。此外，通過同一個空氣供給裝置來實現(xiàn)燃燒室的冷卻。
[0036]術語“顆粒狀固體燃料”在本文中指用于產(chǎn)生能量的可燃燒材料，諸如但不限于木屑顆粒、生物質(zhì)顆粒、泥炭顆粒、草顆粒、同質(zhì)木片以及煤。
[0037]此外，術語“燃燒燃料顆?！痹诒疚闹兄柑囟ǖ娜紵龎K，該燃燒塊的尺寸可依據(jù)燃燒燃料類型和燃燒過程而改變。
[0038]方向術語(諸如在本文獻中使用的“在…前面”和“…的起始處”)指燃燒燃料的行進方向。
[0039]附圖的簡要描述
[0040]接下來，參照附圖來更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中
[0041]圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒設備的截面圖；
[0042]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒設備的室的主視圖； [0043]圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒室的臺階的側(cè)視圖；
[0044]圖4描繪了根據(jù)圖3的臺階的主視圖；
[0045]圖5描繪了根據(jù)圖2的燃燒室的局部視圖；
[0046]圖6是通過使用根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備的燃燒過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0047]接下來，參照圖1至圖5來討論根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備的部件和功能。用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備100包括:室102，該室具有外壁104和內(nèi)壁106，該內(nèi)壁106將室102的內(nèi)部空間分成燃燒空氣空間108和燃燒室110 ;至少一個鼓風裝置112，該鼓風裝置用于提供主燃燒空氣和次燃燒空氣；以及旋轉(zhuǎn)裝置113，該旋轉(zhuǎn)裝置用于旋轉(zhuǎn)燃燒室110。
[0048]在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備還包括:后燃燒部件114，該后燃燒部件連接至室102，用于保證燃燒燃料和/或燃燒氣體的完全燃燒，并用于防止不完全燃燒的材料從燃燒室110中排出；進料設備116，該進料設備用于將燃燒燃料供給至所述燃燒室中；以及點火裝置118，該點火裝置用于通過加熱燃燒空氣來點燃燃燒燃料。
[0049]此外，根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備例如還可包括火焰控制系統(tǒng)120和/或熄火裝置122，以及設置在適當位置的適當?shù)妮S承124a、124b、124c。
[0050]現(xiàn)在討論進料設備的操作。本領域技術人員將理解的是，圖1中所描繪的進料設備僅是用于將燃料供給至根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備中的補充布置，并且燃燒設備可包括以某種其他的方式操作的另一進料設備或者以某種其他的方式布置燃料供給。
[0051]圖1中的示例性進料設備116包括例如進料管126、保護閥130、輸送裝置128、火焰控制系統(tǒng)120以及熄火裝置122。
[0052]進料設備116的進料管126通常從該進料管的上端部與燃料儲存部(未示出)連接，并且從該進料管的下端部與輸送裝置128結(jié)合。圖1中的進料管126裝配在大致豎直的位置中，并且該進料管包括用于防止火接近燃料儲存部的保護閥130。保護閥130優(yōu)選地連接到進料管126，使得在保護閥130與輸送裝置128之間保持適合的空間132，從而允許適當數(shù)量的燃料被輸送至燃燒室110，并且防止燃料妨礙保護閥130的操作，即保證閥130的無阻礙的打開和關閉。
[0053]優(yōu)選地，保護閥130具有活葉(flap)的形式并且可由例如鋼、鋁或者某一其他適合的、耐久的以及防火的材料制成。通過將保護閥130從保護閥的上側(cè)用接合鉸鏈134連接至進料管126而將保護閥130以歪斜的位置安裝在管126內(nèi)部，這使保護閥130用作重力操作的活葉，以允許適當數(shù)量的燃料接近空間132。保護閥130的歪斜的位置保證燃燒的燃料堆積到閥130的下側(cè)，這可在掉落到閥130上時增加適當數(shù)量的燃料以推開保護閥130。保護閥130還可包括調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)接合鉸鏈134的剛度，即，調(diào)節(jié)用以打開重力操作的保護閥130所需要的燃料的重量。
[0054]輸送裝置128包括用于每次將適當數(shù)量的燃燒燃料輸送到燃燒室110中的裝置，例如螺旋結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，燃燒室110位于輸送裝置128的在大致水平軸線上的端部處。通常，點火裝置118(諸如但不限于，電的和/或線繞的電阻器)優(yōu)選地恰好設置在燃燒室110之前，以用于點燃燃燒燃料。
[0055]此外，在圖1中，額外的火焰控制系統(tǒng)120設置到輸送設備128的在螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部的另一端。在螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部的位置是有利的，這是因為在該點中火焰控制系統(tǒng)120具有到燃燒室110的無阻礙的視野，與燃燒室110相比溫度是低的，并且保護火焰控制系統(tǒng)120不受外部事物(諸如燃燒燃料和設備100的另外的部件)的影響。軸承124c可用于將火焰控制系統(tǒng)120固定地附接至輸送裝置128。此外，熄火裝置122可連接到進料設備，優(yōu)選地與保護閥130接近地連接。熄火裝置122可包括用于例如在起火的情況下將消防用水釋放進進料設備116中的裝置。
[0056]螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)部還可設置各種測量裝置，諸如用于檢測輸送裝置128中和/或燃燒室Iio中的溫度的一個/多個溫度傳感器。此外或者代替溫度傳感器，火焰控制系統(tǒng)120可包括一些其他的裝置，諸如用于當點燃燃料時觀察輸送裝置中不期望的火的光學和/或紅外傳感器(多個光學和/或紅外傳感器)。用于檢測燃燒室內(nèi)部的溫度的測量裝置通常大致檢測燃燒室的起始處的溫度。關于燃燒室的測量(諸如溫度檢測)優(yōu)選地從螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)部執(zhí)行，這提供了對測量設備的良好保護以及對燃燒室的無阻礙的可見性以及實時的測量。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備可基于從螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部執(zhí)行的測量而可靠地受控。例如，燃料的供應可根據(jù)燃燒室的溫度來調(diào)節(jié)，例如這是因為太多的燃料降低了溫度，這可通過溫度傳感器容易地檢測到，并且進料設備可由于過多的燃料而變得堵塞。此外，通過檢測燃燒室的溫度可將燃燒室可靠且安全地停止。當執(zhí)行停止過程時，首先停止燃料供應，但是輸送裝置繼續(xù)運行使得所有燃料從輸送裝置排出。而且，鼓風裝置繼續(xù)將空氣吹到燃燒室中，以用于將各種燃燒空氣供給進燃燒室中并且用于冷卻燃燒室。在整個過程期間，燃燒室的溫度被實時地檢測，并且當溫度降低到足夠低時，例如降低到50°C時，可關閉燃燒室的功倉泛。
[0058]在圖1中，鼓風裝置112圍繞輸送裝置128設置在點火裝置118之前，并且通過用于點燃燃料的點火裝置來加熱鼓風裝置的空氣。優(yōu)選地選擇鼓風裝置112的位置，使得由鼓風裝置112產(chǎn)生的空氣流可用作主燃燒空氣、次燃燒空氣，以用于冷卻該室和室中的部件并用于點火，并且在包括后燃燒部件114的實施例中，由鼓風裝置產(chǎn)生的空氣流可用作后燃燒燃燒空氣。鼓風裝置112的空氣流可依據(jù)燃燒室的尺寸和/或燃燒設備的輸出能力而變化。為了產(chǎn)生例如IOOkWh,鼓風裝置的空氣流優(yōu)選地可為例如大約201/S-351/S，更優(yōu)選地例如大約251/s-3017s，并且最優(yōu)選地例如大約261/s-271/s。燃燒設備的結(jié)構(gòu)和燃燒設備的空氣空間以及損耗可影響空氣的量。
[0059]通常,設備包括一個或者多個氧氣傳感器和/或λ (lambda)傳感器,該傳感器可布置成觀測燃燒氣體中的一氧化碳的量。燃燒氣體中的一氧化碳的量通常給出關于所需空氣的可靠的信息，并且可根據(jù)該信息來調(diào)節(jié)空氣流。有利地，調(diào)節(jié)空氣流使得將高壓提供進空氣空間中。
[0060]燃燒設備的室102通過內(nèi)壁106分成燃燒空氣空間108和燃燒室110。燃燒室110大致為圓筒形式，與燃燒設備100的室102—樣。對本領域技術人員而言將是明顯的是，只要圓筒狀燃燒室110適合該室并且室102中的空氣空間保持連續(xù)，那么燃燒設備100的外部形式的室102的形狀可改變。
[0061]室102包括在室102的起始處的開口，該開口用于將燃燒燃料供應入燃燒室110中，并且該開口可與進料設備116連接，并且該室還包括在室102的端部處的另一個開口，該另一個開口用于從燃燒室110中移除完全燃燒的燃料和灰燼。
[0062]燃燒設備100的室102優(yōu)選地由一些耐久的材料制造，并且特別地，燃燒室100由特別耐火和耐高溫的材料制造，諸如鋼。
[0063]室102的尺寸可依據(jù)所需要的燃燒設備的輸出能力(該輸出能力可為例如在10kW-20MW之間)而改變。對于旨在用于一個或者兩個家庭的房子的燃燒設備，輸出能力可為例如大約15kW-60kW，優(yōu)選地例如大約25kW-40kW。通常，室在軸向方向上的相應的長度優(yōu)選地可為例如大約200mm-290mm，更優(yōu)選地例如大約220mm-270mm，并且最優(yōu)選地例如大約250mm-260mm。分別地,室方向上的直徑優(yōu)選地可為例如大約160mm-300mm,更優(yōu)選地例如大約168mm-270mm,并且最優(yōu)選地例如大約170mm-240mm。
[0064]另外，可通過燃燒室110的容積來描述室102的尺寸。燃燒室100的容積優(yōu)選地可為例如大約5，Odm3-Hdm3,更優(yōu)選地例如大約5，5dm3-12dm3,并且最優(yōu)選地例如大約6，5dm3-10dm3。還可將容積選擇成與燃燒設備的輸出能力對應。對于每kW，容積增大一平方根。此外，室的容積取決于所使用的燃燒燃料的類型。例如，木片含有比草顆粒少的能量，大約少四分之一，但是含有20% -30%的水，即具有比例如草顆粒多的水分，木片需要具有更大容積的燃燒室以產(chǎn)生相同的輸出能力。例如，用于木屑顆粒的燃燒室的容積可比用于泥炭/草顆粒的燃燒室的容積大例如50%。
[0065]室102的內(nèi)壁106優(yōu)選地由多個臺階138形成，該臺階因此形成燃燒室110的內(nèi)表面。依據(jù)實施例，一個孔/多個孔140設置成穿過至少一個臺階。在優(yōu)選的實施例中，多個孔設置成穿過每個臺階。將在下文中更詳細地討論臺階的結(jié)構(gòu)和功能。
[0066]在一個實施例中，燃燒設備100的室102布置成通過旋轉(zhuǎn)裝置113旋轉(zhuǎn)，諸如伺服馬達或者某一其他適合的馬達系統(tǒng)。在另一實施例中，僅將燃燒室110布置成旋轉(zhuǎn)。總之，燃燒室110的旋轉(zhuǎn)在本發(fā)明中是必需的。依據(jù)實施例，旋轉(zhuǎn)過程可為連續(xù)的、脈動的或者某一其他的適合的運動；在任何情況下，旋轉(zhuǎn)參數(shù)(諸如旋轉(zhuǎn)速度和/或脈動時間，即驅(qū)動/靜止比)優(yōu)選地是可調(diào)節(jié)的。在優(yōu)選的實施例中，旋轉(zhuǎn)過程是脈動的?？紤]到在燃燒設備中所使用的燃料的不同類型，控制旋轉(zhuǎn)過程是有利的，這是因為不同的燃料類型可需要不同的燃燒時間。[0067]所使用的脈動時間比優(yōu)選地可為例如大約ls_4s的驅(qū)動和大約100s-700s的靜止，更優(yōu)選地例如大約l，5s-3s的驅(qū)動和大約150s-600s的靜止,并且最優(yōu)選地例如大約2s-2, 5s的驅(qū)動和大約200s-400s的靜止，其中例如，驅(qū)動速度可為大約I度/秒。驅(qū)動方向優(yōu)選地是朝向臺階的較短的部分。應該理解的是驅(qū)動/靜止比還依據(jù)所使用的燃料類型，并且給出下列值作為對于示例性的燃料類型的示例性的值。因此，當使用具有高灰燼熔點的木材基燃料時，旋轉(zhuǎn)裝置的驅(qū)動/靜止比可為例如大約2s/600s。另一方面，當使用例如具有低灰燼熔點的生物質(zhì)顆粒或者泥炭/草顆粒時，驅(qū)動/靜止比應該是更小的，例如大約2s的驅(qū)動和大約150s-200s的靜止。因此，所使用的驅(qū)動/靜止比主要由所使用的燃料的灰燼熔點來確定。
[0068]旋轉(zhuǎn)裝置113優(yōu)選地功能性地連接到控制裝置(未示出)，該控制裝置具有用于控制旋轉(zhuǎn)的用戶界面和/或軟件。在一個實施例中，用戶可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，并且在另一實施例中，軟件根據(jù)由用戶和/或連接到燃燒設備的額外的探測器(多個探測器)提供的所使用的燃料的信息來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。在那種情況下，可提供用于旋轉(zhuǎn)的軟件來使用適合的表和/或來計算適合的參數(shù)。對本領域技術人員而言將是明顯的是，還可將其他的過程(諸如供給速度、鼓風裝置的空氣流、點火以及火焰控制和/或熄火設備)布置成通過相同的控制裝置和/或通過用戶界面來控制和/或監(jiān)測。
[0069]此外，燃燒設備的室102優(yōu)選地包括適合的軸承124a和124b，諸如但不限于黃銅碳基軸承、青銅軸承和/或包含青銅的軸承帶，以用于保持室牢固地定位在室102的軸向方向上。由鼓風裝置112產(chǎn)生的燃燒空氣特別地為軸承124b提供冷卻，并且附接至燃燒室110的起始處的中央板125為軸承124b提供物理屏蔽。通常，還為軸承布置所需要的潤滑。
[0070]燃燒空氣空間108設置在燃燒室110的前面和周圍，使得燃燒空氣空間108橫跨在燃燒室110的前面，并且橫跨在燃燒室110的端部處，如可在圖1中看到的。在包括后燃燒部件114的實施例中,燃燒空氣空間延續(xù)到后燃燒部件114。空氣空間優(yōu)選地是連續(xù)的，使得由鼓風裝置112提供的燃燒空氣可用作主燃燒空氣和次燃燒空氣，與后燃燒器一樣。此外，鼓風裝置112為燃燒設備的室以及室中的部件提供冷卻。在下文中更詳細地討論主燃燒空氣和次燃燒空氣。
[0071]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒設備的室102的主視圖。如上所述，燃燒室110的內(nèi)表面由臺階138形成，該臺階138在優(yōu)選的實施例中被均勻地設置在燃燒室110中。臺階可基本上設置在燃燒室中的水平位置中，或者在另一實施例中，臺階設置在歪斜的位置中，使得燃燒燃料在燃燒室內(nèi)部移動到室的端部。臺階的歪斜的位置可通過將室安裝在歪斜的位置中而實現(xiàn)。歪斜的位置的角度可為例如大約1-5度。
[0072]臺階138可安裝在支撐框架202中，或者在一個實施例中，臺階138耦接到一起，使得隨后的臺階在前面的臺階結(jié)束處開始。在那種情況下，可不需要任何支撐框架，但是臺階138形成整個內(nèi)壁106。當使用支撐框架202作為內(nèi)壁106的部分時，臺階138還可通過在臺階之間留有距離而安裝在該支撐框架中。
[0073]在燃燒室110的內(nèi)表面處的臺階138的數(shù)量可依據(jù)燃燒室110的尺寸以及臺階138的尺寸而改變,但是通常在燃燒室110中優(yōu)選地可存在例如大約10-20個臺階，更優(yōu)選地例如大約12-18個臺階，并且最優(yōu)選地例如大約14-16個臺階。
[0074]臺階138可由諸如在高溫下耐久的鋼(例如AISI304)的任何適合的材料制成。臺階的長度與燃燒室在軸向方向上的長度對應，即臺階延伸燃燒室在軸向方向上的整個長度。臺階的形狀可依據(jù)實施例而改變，但是優(yōu)選地，臺階138具有包括較長部分302和較短部分304的L形輪廓的形狀，如可在圖3中清楚地看到的。部分302和304的長度可依據(jù)實施例以及室的尺寸而變化，但是較長部分302優(yōu)選地可為例如大約30mm-60mm，更優(yōu)選地例如大約35mm-50mm,并且最優(yōu)選地例如大約40mm-55mm。分別地,較短部分304優(yōu)選地可為例如大約10mm-25mm,更優(yōu)選地例如大約12mm-20mm,并且最優(yōu)選地例如大約15mm-17mm。
[0075]在一個實施例中，用某一適合的、抗高溫的材料涂覆燃燒室的臺階和/或內(nèi)表面。所使用的涂覆材料優(yōu)選地是陶瓷材料，諸如但不限于氮化鈦(TiN)，氮化鈦是具有2930°C的高熔點的極其堅硬的材料。本領域技術人員將認識到的是TiN僅是示例性的材料，并且其他適合的涂覆材料也可用在本發(fā)明中。涂覆層可為例如大約5 μ m，但是本領域技術人員將理解的是涂覆層可為更厚或者更薄，只要該涂覆層為燃燒室提供足夠的保護并且減緩燃燒燃料顆粒的運動和碰撞。
[0076]通過設置在燃燒室110中的適當位置中的、并且另外地設置在后燃燒部件114中的孔來控制燃燒空氣在燃燒室中的流動和方向。
[0077]在一個實施例中，至少一個孔140設置成穿過至少一個臺階138，以便在大致平行于和/或沿著燃燒室110的周緣的方向上引導主燃燒空氣進入燃燒室110中，以有助于燃燒并且使燃燒燃料在臺階138上移動。在優(yōu)選的實施例中，通過孔行(aperture row)來獲得燃燒室中的主空氣渦流，其中孔140在每個臺階138中以行的形式均勻地設置，并且此夕卜，在另一實施例中，孔行設置在臺階138的較短部分304中。通常，臺階優(yōu)選地包括例如大約1-4個孔/10_，更優(yōu)選地例如大約2-3個孔/10_?？?40的直徑優(yōu)選地可為例如大約3mm_5，5mm,更優(yōu)選地例如大約3，5mm-5mm,并且最優(yōu)選地例如大約4_4，5mm。
[0078]穿過臺階138的孔140設置并指向成使得被引導穿過孔138的主燃燒空氣指向燃燒室的周緣，從而使空氣掃過相鄰的臺階138的較長部分402的表面，如圖5中用灰色箭頭說明的。主燃燒空氣的這種布置在燃燒室110內(nèi)部引起主空氣渦流。
[0079]主燃燒空氣在燃燒室內(nèi)部的渦流是必需的，以便保證燃料的總的燃燒并且以便將完全燃燒的燃料提升到次燃燒空氣中，該次燃燒空氣從燃燒室中移除完全燃燒的燃料(即灰焊)和氣體。
[0080]至少一個孔204設置成穿過中央板125，以便將次燃燒空氣提供至燃燒室110中以用于從燃燒室110中移除完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體。通常，中央板125優(yōu)選地包括例如大約4-10個孔，更優(yōu)選地例如大約5-9個孔，并且最優(yōu)選地例如大約6-8個孔?？椎闹睆絻?yōu)選地可為例如3mm_5，5mm,更優(yōu)選地例如3，5mm-5mm,并且最優(yōu)選地例如4-4，5mm。
[0081]次燃燒空氣的氣流在朝向燃燒室110的端部(在一些實施例中，后燃燒部件114位于該處)的方向上大致平行于燃燒室110的旋轉(zhuǎn)軸線，并且最終該氣流從燃燒室110離開。次燃燒空氣與主燃燒空氣一起在燃燒室110中的次燃燒空氣流附近產(chǎn)生負壓區(qū)域，該負壓區(qū)域則使得足夠輕量的燃燒顆粒和/或燃燒氣體被吸進次燃燒空氣中并且從燃燒室110離開。
[0082]如上所述，燃燒室110的端部是打開的，以便提供用于完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體從燃燒室110中離開的通道。在一個實施例中，燃燒室的端部包括用于減小敞口端部的半徑的套管(collar)或者凸緣。減小的開口的目的是防止不完全燃燒的燃料從燃燒室110脫落。通過使用后燃燒部件的實施例來實現(xiàn)相同的效果，如下文所述。
[0083]在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備100還包括后燃燒部件114，該后燃燒部件114連接到燃燒設備100的室102的端部，并且與燃燒室110的端部連接。后燃燒部件114用于保證燃燒燃料和/或燃燒氣體的完全燃燒，并且用于防止不完全燃燒的材料從燃燒室110中離開。此外，后燃燒部件114設置成以受控的方式聚集、集中以及阻塞燃燒氣體。后燃燒部件114的形式可為例如為完全燃燒的燃料(即，灰燼)和/或燃燒氣體提供輸出開口 115的圓筒狀套管。有利地，由后燃燒部件114形成的輸出開口 115具有比燃燒室110的敞口端部小的半徑。后燃燒部件114的輸出開口 115的半徑優(yōu)選地可為比燃燒室110的敞口端部的半徑小例如大約10% -40%，更優(yōu)選地小例如大約15% -35%，最優(yōu)選地小例如大約20% -30%。
[0084]后燃燒部件114的輸出開口 115的較小的半徑物理地防止不完全燃燒的燃料由于燃燒室100的旋轉(zhuǎn)運動和/或主燃燒空氣和/或次燃燒空氣的原因而從燃燒室110中離開。然而，完全燃燒的燃料(即，灰燼)和燃燒氣體可沿著從中央板125到輸出開口 115的在大致平行于燃燒室110的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上提供到燃燒室110中的次燃燒空氣而通過后燃燒部件114的輸出開口 115從燃燒室110中離開。此外，可在后燃燒部件114之后設置一些灰燼收集容器以用于收集灰燼。
[0085]在一個實施例中，后燃燒部件114還包括至少一個孔136，該孔設置成穿過后燃燒部件114以用于在后燃燒部件114的大致徑向方向上導向后燃燒燃燒空氣進入燃燒室110的端部中以保證燃燒燃料和/或燃燒氣體的完全燃燒。在一些其他的實施例中，一個孔/多個孔設置成使得后燃燒燃燒空氣指向與次燃燒空氣流相比相反的方向。優(yōu)選地，一個孔/多個孔136設置成穿過后燃燒部件114的套管。
[0086]圖1中可看到的是，后燃燒部件114包括布置成兩行的多個孔136。本領域技術人員將認識到的是，只要孔的直徑和它們導向后燃燒燃燒空氣流的方向相對于燃燒設備中的其他孔是適合的，那么可存在以一行或者多行形式的用于后燃燒燃燒空氣的孔，這是因為在本發(fā)明中，使用公共的燃燒空氣空間和優(yōu)選地僅一個鼓風裝置。
[0087]通常，后燃燒部件114優(yōu)選地包括例如20-200個孔，更優(yōu)選地例如50-150個孔，并且最優(yōu)選地例如100-125個孔?？椎闹睆絻?yōu)選地可為例如大約0，2mm-1, 0mm，更優(yōu)選地例如大約0，3mm-0, 7mm,并且最優(yōu)選地例如大約0，4mm-0, 6mm。
[0088]后燃燒部件114優(yōu)選地布置成是可更換的。這個特征可為有利的，這是因為由后燃燒燃燒空氣提供的燃料和燃燒氣體的后燃燒可進一步提高燃燒氣體的溫度，例如IOO0C -150°c。然而，在一些實施例中，相同的鼓風裝置112為后燃燒部件既提供冷卻也提供后燃燒燃燒空氣。
[0089]接下來，討論使用根據(jù)本發(fā)明的燃燒設備燃燒顆粒狀固體燃料600的方法。
[0090]在一個實施例中，在階段602，將顆粒狀固體的、被點燃的燃料供給至燃燒室的起始處。通常，通過使用進料設備116和點火裝置118來執(zhí)行該供給，如上所述，但是本領域技術人員將認識到的是供給和點火可以不同于上文所述的某一其他的方式或者在不同于上文所述的某一其他設備中來執(zhí)行。
[0091 ] 在階段604，將燃燒室設置成進行旋轉(zhuǎn)運動，并且在階段606，在大致平行于和/或沿著所述燃燒室的周緣的方向上將主燃燒空氣流提供至燃燒室中。此外，在階段608，在大致平行于所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上將次燃燒空氣提供至燃燒室中。
[0092]當將燃燒室中的主空氣渦流與燃燒室的旋轉(zhuǎn)和/或脈動組合時，則實現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的燃燒過程。在燃燒過程期間，通過臺階將燃燒室中的燃燒顆粒升起，并且主燃燒空氣有助于燃燒過程，混合燃燒燃料顆粒，并且使燃燒燃料顆粒相互碰撞，這樣則將燃料顆粒破碎成較小的部分，并且進一步地，這使得較重的顆粒掉落到下面的臺階上。因此，燃燒過程可將較重的顆粒與較輕的顆粒分離，并且可防止被熔化的顆粒粘到燃燒室的內(nèi)表面上。此夕卜，主燃燒空氣與旋轉(zhuǎn)運動一起減輕較輕的顆粒，如上所述，以在燃燒室中朝向由主燃燒空氣與次燃燒空氣一起提供的負壓區(qū)域向上升起，并且進一步地當它們足夠輕時，即當燃燒燃料顆粒被完全地燃燒成灰燼時而被吸進次燃燒空氣流中。此外，旋轉(zhuǎn)運動將燃燒中的燃料提升到上面的臺階，遠離通過重力被供給進燃燒室的底部中的新的燃料，并且當太重而不能被吸進負壓區(qū)域中的燃料顆粒最終通過旋轉(zhuǎn)運動掉落到燃燒室的底部時，該燃料顆粒將掉落到被供給進燃燒室中的新的燃料上，這樣則可改善燃料的完全燃燒。
[0093]在補充的實施例中，在階段610，通過設置成穿過所述后燃燒部件的孔(多個孔)將后燃燒燃燒空氣提供至所述燃燒室的端部中。該后燃燒燃燒過程通過在適合的方向上提供空氣流來保證燃燒燃料和/或燃燒氣體的完全燃燒，該空氣流提高了灰燼和燃燒氣體在后燃燒部件的位置處的溫度。
[0094]在階段608之后，或者在補充的實施例中，在階段610之后，只要需要，該方法從步驟602進一步繼續(xù)。
[0095]通常，可基于由例如溫度自動調(diào)節(jié)器或者某一其他的設備提供的信息來調(diào)節(jié)供給過程。優(yōu)選地，燃燒過程無論如何都是連續(xù)的，并且在燃燒設備中保持有小火焰。這是有利的，因為起動過程可能導致空氣中的不期望的微細顆粒的峰值。通?？蔁o級地調(diào)節(jié)供給過程和燃燒過程，即不管燃燒室的容積，可將足夠小的數(shù)量的燃燒燃料供給至燃燒室中以繼續(xù)進行燃燒過程。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃燒顆粒狀固體燃料的燃燒設備，所述燃燒設備包括: -室，具有外壁和內(nèi)壁，所述內(nèi)壁將所述室的內(nèi)部空間分成燃燒空氣空間和燃燒室， -至少一個鼓風裝置，用于提供燃燒空氣，以及 -旋轉(zhuǎn)裝置，用于使所述燃燒室旋轉(zhuǎn)， 其中，所述燃燒室的內(nèi)表面包括多個臺階，所述臺階用于提升所述燃燒室中的燃燒燃料，并且 至少一個孔設置成穿過至少一個臺階，以用于在大致平行于和/或沿著所述燃燒室的周緣的方向上將主燃燒空氣導向至所述燃燒室中，使得有助于所述燃燒燃料的燃燒并且使得所述燃燒燃料在所述臺階上移動， 并且所述燃燒室包括至少一個孔，所述孔用于在大致平行于所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上將次燃燒空氣提供至所述燃燒室中，所述次燃燒空氣用于從所述燃燒室中移除完全燃燒的燃料并且可選地移除燃燒氣體， 其中，由所述旋轉(zhuǎn)裝置提供的所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)運動和所述主燃燒空氣一起將完全燃燒的燃料升起至所述次燃燒空氣中，以將完全燃燒的燃料從所述燃燒室中移除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒設備，其中，所述燃燒室是具有敞口端部的圓筒的形狀，所述敞口端部用于從所述燃燒室中移除完全燃燒的燃料。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述燃燒設備還包括后燃燒部件，所述后燃燒部件包括用于從所述燃燒室中移除完全燃燒的燃料的輸出開口，所述后燃燒部件與所述燃燒室連接，以用于防止未完全燃燒的材料從所述燃燒室中離開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒設備，其中，所述后燃燒部件的所述輸出開口的半徑比所述燃燒室的所述敞口端部的半徑小10% -40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒設備，其中，所述后燃燒部件的所述輸出開口的半徑比所述燃燒室的所述敞口端部的半徑小15% -35%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒設備，其中，所述后燃燒部件的所述輸出開口的半徑比所述燃燒室的所述敞口端部的半徑小20% -30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6所述的燃燒設備，其中，后燃燒燃燒空氣被提供至所述后燃燒部件中，并且至少一個孔設置成穿過所述后燃燒部件，以用于將所述后燃燒燃燒空氣導向至所述燃燒室的端部中，使得保證所述燃燒燃料和所述燃燒氣體的完全燃燒。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述燃燒空氣空間是連續(xù)的。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，一個所述鼓風裝置提供所述主燃燒空氣和所述次燃燒空氣兩者。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述臺階被耦接在一起。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述臺階是L形輪廓的形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒設備，其中，一個所述孔/多個所述孔設置到L形的所述臺階的短側(cè)部。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)運動是脈動的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃燒設備，其中，所述燃燒室的脈動的所述旋轉(zhuǎn)運動是能根據(jù)燃料類型和/或尺寸調(diào)節(jié)的。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述設備還包括進料設備，所述進料設備包括進料管、保護閥、輸送裝置、火焰控制系統(tǒng)和/或熄火裝置，所述進料設備用于將所述燃燒燃料供給至所述燃燒室中并且用于控制供給和/或點火過程。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備，其中，所述燃燒設備還包括點火裝置，諸如電的和/或線繞的電阻器，所述點火裝置用于通過加熱所述燃燒空氣來點燃所述燃燒燃料。
17.一種用于使用根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的燃燒設備燃燒顆粒狀固體燃料的方法，所述方法包括至少下列的階段: -將顆粒狀固體的、被點燃的燃料供給至所述燃燒室的起始處； -將所述燃燒室設置成進行旋轉(zhuǎn)運動，以用于通過形成所述燃燒室的所述內(nèi)表面的所述臺階來提升燃料； -在大致平行于和/或沿著所述燃燒室的周緣的方向上將所述主燃燒空氣提供至所述燃燒室中，以用于在所述燃燒室中燃燒和移動所述燃燒燃料； -在大致平行于所述燃燒室的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上將所述次燃燒空氣提供至所述燃燒室中，以用于從所述燃燒室中移除完全燃燒的燃料和/或燃燒氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括下列階段: -通過設置成穿過所述后燃燒部件的一個或多個孔而在所述后燃燒部件的大致徑向的方向上將燃燒空氣提供至所述燃燒室的端部中，以用于保證所述燃燒燃料和/或所述燃燒氣體的完全燃燒。
【文檔編號】F23B30/04GK103975197SQ201280054360
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】馬蒂·帕皮寧, 米科·帕皮寧 申請人:可奈皮亞M.帕皮寧有限公司