帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的制造方法
【專利摘要】一種固體燃料燃燒器可包括用于電動(dòng)均化的系統(tǒng)。一個(gè)或多個(gè)電極可應(yīng)用電場(chǎng)到燃燒的固體燃料或靠近燃燒的固體燃料的區(qū)域。該電場(chǎng)引起固體燃料的揮發(fā)餾分、燃燒氣體和空氣的混合和均化。該改進(jìn)的混合和均化可減少一氧化碳(CO)的排放、減少氮氧化物(NOx)的排放、減少煙氣中的氧氣、增加煙氣溫度和/或允許更大的爐篦表面。
【專利說明】帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求申請(qǐng)?zhí)枮?1/640，695、名稱為“帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器(SOLIDFUEL BURNER WITH ELECTRODYNAMIC H0M0GENIZAT10N) ”、2012 年 4 月 30 日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)利益；和申請(qǐng)?zhí)枮?1/616，223、名稱為“多種燃料燃燒系統(tǒng)和方法(MULTIPLE FUEL COMBUST1N SYSTEM AND METHOD) ”、2012 年 3 月 27 日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)利益；這些文件某種程度上與本文公開內(nèi)容不矛盾，并通過引用并入。
[0003]背景
[0004]圖1為說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的爐篦給料的固體燃料燃燒器的一部分的圖解，且該固體燃料燃燒器根據(jù)本文的公開內(nèi)容被改進(jìn)。固體燃料燃燒器可包括界定燃燒容積的壁102和爐篤104,爐篤104支持其上的固體燃料106?；鹣氯紵諝?underfire combust1n air)可被從爐篤104下方經(jīng)由來自鼓風(fēng)機(jī)110的火下或一次空氣源(primary air source) 108遞送到燃料。熱氣112然后可被遞送，以用于發(fā)電(例如，通過加熱用于傳輸蒸汽到蒸汽輪機(jī)的水管)、以用于加熱空氣(例如，通過穿過空氣-空氣熱交換器傳輸能量)，或用于加熱處理材料。燃料106可包括各種固體燃料，諸如塊煤(例如無煙煤、煙煤和/或褐煤)、生物質(zhì)燃料、輪胎衍生燃料(TDF)、城市固體廢物(MSW)、垃圾衍生燃料(RDF)、有害固體廢棄物坐寸ο
[0005]固體燃料燃燒器以諸如結(jié)塊等不理想的流動(dòng)表現(xiàn)而著稱。燃料結(jié)塊已與對(duì)爐篦下方空氣流動(dòng)的可變阻力相關(guān)聯(lián)。燃料結(jié)塊可表現(xiàn)為在爐篦104上的燃料106中的“山丘”114和“山谷”116的形成。山丘114通常具有對(duì)氣流的高阻力，而山谷116通常具有對(duì)氣流的低阻力。此外，氣流可被對(duì)壁102的接近所影響。此對(duì)氣流的可變阻力的結(jié)果是，可能在山丘114上方區(qū)域118中具有比期望的更少的氣流，且在山谷116上方區(qū)域120具有比期望的更多的氣流。此外，響應(yīng)于來自燃燒的高溫度，固體燃料106通常會(huì)揮發(fā)，且實(shí)際燃燒的是揮發(fā)的、氣相組分。在山丘114上方比山谷116上方存在更多的揮發(fā)，這可進(jìn)一步增加山丘114上方區(qū)域118和山谷上方區(qū)域120之間的在組分上的不均等。
[0006]區(qū)域118、120的非均化性導(dǎo)致兩個(gè)不合需要的情況。區(qū)域118具有低氣流往往沒有足夠的氧氣用于完全燃燒。這導(dǎo)致更低溫度以及一氧化碳(CO)和其它不完全燃燒產(chǎn)物的高輸出。相反地，在區(qū)域120中的過量的氣流造成高溫度和相對(duì)高的氧氣和氮?dú)獾臐舛龋@兩者都傾向于導(dǎo)致氮氧化物(NOx)的形成。
[0007]固體燃料燃燒器101的制造者和運(yùn)營者已試圖通過引入爐篦104上方的火上或二次空氣和帶有一個(gè)或多個(gè)火上空氣源122的燃料106來改善與非均化性相關(guān)聯(lián)的問題?；鹕峡諝馔ǔＲ愿咚俣纫?，以幫助區(qū)域118、120的混合。遺憾的是，雖然火上空氣可提供更多氧氣以將CO完全燃燒成為二氧化碳(C02)，但是其不影響NOx的形成或甚至可能使NOx的形成更加嚴(yán)重。此外，火上空氣通常過量地被添加。過量的火上空氣降低了煙氣112的溫度且可能降低由燃燒產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)的過程的熱力學(xué)效率。降低的熱力學(xué)效率可能通常要求燃燒更多燃料以產(chǎn)生期望的輸出，或可能以給定的燃料數(shù)量下減少輸出量。最后，穿過寬闊的爐篦104遞送火上空氣的能力受可賦予火上空氣的慣性大小和可通過與燃燒相關(guān)的浮力移動(dòng)的距離的限制。
[0008]所需要的是一種能夠改善與固體燃料燃燒器相關(guān)的反應(yīng)性氣體的均勻性或均化性的技術(shù)。還期望的是以最低的排氣溫度的冷卻來改善氣體均化性。最后，從改進(jìn)橫跨爐篦的均化性受益的一些應(yīng)用，其中爐篦尺寸大于火上空氣可能經(jīng)過的尺寸。
[0009]概述
[0010]根據(jù)一種實(shí)施方案，一種固體燃料燃燒器可設(shè)置有用于提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)。固體燃料燃燒器可包括配置以支持燃燒的固體燃料的爐篦和配置以從爐篦下方傳輸火下空氣到燃燒的固體燃料的火下空氣源。用于提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)可包括電極(一個(gè)或多個(gè)電極)，該電極配置以應(yīng)用電場(chǎng)到燃燒的固體燃料或鄰近燃燒的固體燃料的區(qū)域。該電場(chǎng)，其可包括時(shí)變電場(chǎng)，可被選擇以引起固體燃料的揮發(fā)餾分、燃燒氣體和空氣的混合和均化。該改進(jìn)的混合和均化可導(dǎo)致減少一氧化碳(CO)的排放、減少氮氧化物(NOx)的排放、減少煙氣中的氧氣、增加煙氣溫度和/或允許更大的爐篦表面。
[0011]根據(jù)一種實(shí)施方案，一種固體燃料燃燒器可以包括用于提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)。系統(tǒng)可包括配置以支持燃燒的固體燃燒的爐篦和配置以從爐篦下方傳輸火下空氣到燃燒的固體燃料的火下空氣源。電極(一個(gè)或多個(gè)電極)可被配置以應(yīng)用電場(chǎng)到燃燒的固體燃料或鄰近燃燒的固體燃料的區(qū)域。該電場(chǎng)，其可包括時(shí)變電場(chǎng)，可被選擇以引起固體燃料的揮發(fā)餾分、燃燒氣體和空氣的混合和均化。該改進(jìn)的混合和均化可導(dǎo)致減少一氧化碳(CO)的排放、減少氮氧化物(NOx)的排放、減少煙氣中的氧氣、增加煙氣溫度和/或允許更大的爐篦表面。
[0012]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，用于操作固體燃料燃燒器的方法可包括遞送爐篦下方的火下燃燒空氣，利用在燃燒反應(yīng)中的燃燒空氣燃燒爐篦上的固體燃料，以及通過利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)來均化在燃燒反應(yīng)中的揮發(fā)的固體燃料和火下燃燒空氣的混合物，其中電極布置在爐篦上方或包括爐篦。電場(chǎng)可包括時(shí)變電場(chǎng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的爐篦給料的固體燃料燃燒器的一個(gè)方面的圖解，且該固體燃料燃燒器根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容被改進(jìn)。
[0014]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的配置為用于電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的圖解。
[0015]圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的配置為用于電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的圖解。
[0016]圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的配置為用于電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的圖解。
[0017]圖5是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于操作具有電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的方法的流程圖。
[0018]具體描述
[0019]在以下細(xì)節(jié)描述中，參考了附圖，附圖形成了本文的一部分。在附圖中，相似的符號(hào)通常標(biāo)識(shí)相似的部件，除非上下文另有規(guī)定。在具體描述、附圖和權(quán)利要求中描述的說明性實(shí)施方案并不意在為限制性的。其它實(shí)施方案可被利用，且其它改變可被作出，而不偏離本文展示的主題的精神和范圍。
[0020]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的配置為用于電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器201的圖解。該固體燃料燃燒器201可包括配置以支持燃燒的固體燃料106的爐篦104?；鹣驴諝庠?08可被配置為用于從爐篦104下遞送火下空氣到燃燒的固體燃料106?？商娲?，可以將火下空氣源108稱為一級(jí)空氣源或爐篦下空氣源。用于提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)可包括電極202，電極202配置以應(yīng)用電場(chǎng)到燃燒的固體燃料106或鄰近燃燒的固體燃料106的區(qū)域118、120。該電場(chǎng)可被選擇以引起固體燃料的揮發(fā)餾分、燃燒氣體和空氣的混合和均化。
[0021]各種電極的實(shí)施方案被預(yù)期。如在實(shí)施方案201中說明的，電極202可被布置在爐篦104和固體燃料106上方。圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的配置為用于電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器301的圖解，其中電極302包括爐篦104。如通過圖2和3的觀察可以理解，固體燃料燃燒器可包括界定燃燒容積的壁102。電極202、302可被布置在燃燒容積內(nèi)?？商鎿Q地，電極可被布置在燃燒容積外。圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的固體燃料燃燒器401的圖解，其中電極402被布置在燃燒容積外。
[0022]電極202、302、402可包括多個(gè)電極。這樣的多個(gè)可包括多個(gè)位于燃燒容積內(nèi)的電極202、多個(gè)位于燃燒容積內(nèi)的爐篦電極302和/或多個(gè)位于燃燒容積外的電極402。多個(gè)電極也可包括電極202、302、402中的兩種或多種的組合，該組合在圖2_4中概略性的示出?？衫斫獾氖?除非另外明示地說明)，本文提到的“電極”應(yīng)指的是單個(gè)或多個(gè)在實(shí)施方案201,301,401中示出的電極的任意組合。
[0023]參考圖2-4和實(shí)施方案201、301、401，均化可提高爐篦104上方的氧氣和燃燒反應(yīng)物濃度的均化。如上描述，沒有電動(dòng)均化的濃度差異可包括在帶有小的固體燃料106堆深度116的爐篦104區(qū)域上方的更多的氧化性氣氛120，以及在帶有大的固體燃料106堆深度114的爐篦104區(qū)域上方的更多的還原性氣氛118。
[0024]固體燃料燃燒器201、301、401可包括配置以在爐篦104上方遞送火上空氣的火上空氣源122。對(duì)比不包括電極202、302、402和/或不提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)，通過電極202、302,402施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的火上空氣的量的減少。對(duì)比不包括電極202、302、402和/或不提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)，通過電極202、302、402施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的火下或爐篦下空氣的量的減少。類似地，對(duì)比不包括電極202、302、402和/或不提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)，通過電極202、302、402施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的全部空氣的量的減少。最后，對(duì)比不包括電極202、302、402和/或不提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)，通過電極202、302、402施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致來自固體燃料106燃燒的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的一種或多種的排放的減少。
[0025]根據(jù)多種實(shí)施方案，對(duì)比不包括電極202、302、402和/或不提供電動(dòng)均化的系統(tǒng)，通過電極202、302、402施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致更接近固體燃料106的熱量釋放。更接近固體燃料106的熱量的釋放可提供增強(qiáng)的固體燃料106的干燥。這可允許較低等級(jí)燃料的使用、減少的燃料預(yù)處理和/或可允許那些沒有來自第二燃燒反應(yīng)的熱量的應(yīng)用(例如與天然氣共燒)則不能正常燃燒的燃料的使用。
[0026]固體燃料燃燒器201、301、401可包括可操作地耦合到電極202、302、402的電極控制器204，且電極控制器204配置以確定對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)的電極202、302、402電壓或電荷濃度。電極控制器204可包括狀態(tài)機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、微控制器或被配置以確定電場(chǎng)的分立元件中的一個(gè)或多個(gè)。
[0027]固體燃料燃燒器201、301、401可包括放大器或電壓倍增器206，該放大器或電壓倍增器206可操作地耦合到電極控制器204和電極202、302、402，或被包括在電極控制器204中且可操作地耦合到電極202、302、402。放大器和電壓倍增器206可被配置成響應(yīng)于從電極控制器204接收的邏輯電平數(shù)字信號(hào)或低壓模擬信號(hào)而輸出工作電壓波形到電極202、302、402。
[0028]根據(jù)多種實(shí)施方案，電場(chǎng)可包括時(shí)變電場(chǎng)，且電壓可類似地符合應(yīng)用到電極的時(shí)變電壓。例如，時(shí)變電場(chǎng)可包括根據(jù)應(yīng)用到電極的交流(AC)電壓波形而變化的電場(chǎng)。時(shí)變電壓可包括正弦、方波、鋸齒波、三角波、截頭三角形波、對(duì)數(shù)或指數(shù)波形。各種電壓都可以使用。例如，應(yīng)用到電極的時(shí)變電壓可包括具有4000到115，000伏幅值(或±4000到115，000伏)的周期性電壓。時(shí)變電壓可包括具有例如50到800赫茲頻率的周期性電壓。根據(jù)一些實(shí)施方案，時(shí)變電壓可具有200赫茲到300赫茲的周期性頻率。
[0029]根據(jù)多種實(shí)施方案，固體燃料燃燒器201、301、401可包括一個(gè)或多個(gè)傳感器(未示出)，該傳感器可操作地耦合到電極控制器204并配置以測(cè)量固體燃料106的燃燒、火焰或通過燃燒的固體燃料106產(chǎn)生的燃燒氣體的一個(gè)或多個(gè)特征。例如，一個(gè)或多個(gè)傳感器(未示出)可被配置以測(cè)量燃燒的完全性的可變特征或燃料106的特征。電極控制器204可被配置成當(dāng)燃燒的完全性低于目標(biāo)值時(shí)或當(dāng)燃料106特征對(duì)應(yīng)于增加混合的需要時(shí)，選擇電場(chǎng)特征來增加氣體混合。
[0030]固體燃料燃燒器201 (和變體301、401)可包括被配置以遞送固體燃料106到爐篦104組件的機(jī)械的或氣動(dòng)的加料機(jī)(stoker)(未示出)。
[0031]電極控制器204可被配置以控制火上空氣122流動(dòng)、火下空氣108流動(dòng)或燃料被加料機(jī)遞送的速度中的一個(gè)或多個(gè)?？商鎿Q地或額外地，固體燃料燃燒器201、301、401可包括可操作地耦合到電極控制器204的火上空氣控制器(未示出)、火下空氣控制器(未示出)或加料機(jī)控制器(未示出)中的一種或多種。
[0032]固體燃料燃燒器201、301、401可包括在加料機(jī)(未示出)和爐篦104上的固體燃料106之間的物理間隙(未示出)，該間隙被配置以減少或消除從電場(chǎng)通過被加料機(jī)搬運(yùn)的燃料的漏電?？蛇x地，固體燃料燃燒器201、301、401可包括可操作地耦合到加料機(jī)(未示出)的燃料存儲(chǔ)器(未示出)和在燃料存儲(chǔ)器(未示出)和支撐結(jié)構(gòu)(未示出)之間的電絕緣體(未示出)。燃料存儲(chǔ)器(未示出)和電絕緣體(未示出)可被配置以減少或消除從電場(chǎng)通過加料機(jī)(未示出)和位于加料機(jī)入口(未示出)附近的燃料的漏電。
[0033]各種類型的固體燃料的燃燒預(yù)期從電動(dòng)均化中受益。例如，固體燃料106可包括生物質(zhì)燃料、煤、輪胎衍生燃料(TDF)、城市固體廢物(MSW)、垃圾衍生燃料(RDF)或有害固體廢物中的至少一種。
[0034]圖5是示出用于操作具有燃燒反應(yīng)電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器的方法501的流程圖。在步驟502中，固體燃料可被遞送到爐篦。例如，固體燃料可通過機(jī)械的或氣動(dòng)的加料機(jī)傳送到爐篦。
[0035]進(jìn)行到步驟504，火下燃燒空氣可被從爐篦下方送入。在步驟506，爐篦上的固體燃料可至少與在燃燒反應(yīng)中的火下燃燒空氣一起燃燒。燃燒固體燃料可包括在由壁界定的燃燒容積中燃燒固體燃料。
[0036]進(jìn)行到步驟508，揮發(fā)性固體燃料和燃料上方的火下燃燒空氣的混合物通過應(yīng)用具有至少一個(gè)電極的電場(chǎng)被均化。各種電極的安排被預(yù)期。例如，利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)可包括利用至少一個(gè)布置在燃燒容積內(nèi)部的電極來施加電場(chǎng)。例如，該至少一個(gè)電極可被布置在爐篦上方?？商鎿Q地或額外地，該至少一個(gè)電極可包括爐篦。根據(jù)多種實(shí)施方案，利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)可包括利用至少一個(gè)布置在燃燒容積外部的電極來施加電場(chǎng)。該至少一個(gè)電極可包括單個(gè)的電極或可包括多個(gè)電極。該多個(gè)電極可包括多個(gè)相似布置的電極，例如，所有電極在爐篦上方、所有電極包括爐篦的部分或所有電極被布置在燃燒容積之外。可替換地，多個(gè)電極可包括一個(gè)或多個(gè)在爐篦上方的電極、一個(gè)或多個(gè)包括爐篦的電極和/或一個(gè)或多個(gè)布置在燃燒容積之外的電極。
[0037]步驟508可包括操作電極控制器以確定電場(chǎng)。在一些實(shí)施方案中，電場(chǎng)可以是DC電場(chǎng)或間歇應(yīng)用的DC電場(chǎng)。可替換地，電場(chǎng)可包括時(shí)變電場(chǎng)。操作電場(chǎng)控制器可包括將從電極控制器接收的邏輯電平數(shù)字信號(hào)或低電壓模擬信號(hào)放大到位于至少一個(gè)電極上的工作電壓。額外地或可替換地，操作電極控制器可包括操作狀態(tài)機(jī)、操作現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、操作微控制器或操作被配置以確定(可選地時(shí)變的)電場(chǎng)的分立元件中的一個(gè)或多個(gè)。
[0038]時(shí)變電場(chǎng)可包括根據(jù)應(yīng)用到電極的交流(AC)電壓波形變化的電場(chǎng)。時(shí)變電場(chǎng)可包括正弦、方波、鋸齒波、三角波、截頭三角形波、對(duì)數(shù)或指數(shù)波形。
[0039]在步驟508，應(yīng)用時(shí)變電壓到電極以產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)可包括應(yīng)用具有4000到115，000伏幅值的周期性電壓。應(yīng)用時(shí)變電壓到電極以產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)可包括應(yīng)用具有50到800赫茲頻率的時(shí)變周期性電壓。根據(jù)一些實(shí)施方案，時(shí)變電壓可具有200赫茲到300赫茲的周期性頻率。
[0040]可選地，方法501可包括操作可操作地耦合到電極控制器一個(gè)或多個(gè)傳感器以測(cè)量一個(gè)或多個(gè)燃燒反應(yīng)的特征。例如，操作一個(gè)或更多傳感器可包括測(cè)量燃燒的完全性的可變特征。在步驟508中的操作電極控制器可包括當(dāng)燃燒的完全性低于目標(biāo)值時(shí)，選擇電場(chǎng)以增加均化。
[0041]電動(dòng)均化可增加爐篦上方氧氣濃度的均勻性。差異可通過爐篦上固體燃料堆深度的變化引起，該差異包括帶有小的固體燃料堆深度的爐篦區(qū)域上方的更多的氧化性氣氛和帶有大的固體燃料堆深度的爐篦區(qū)域上方的更多的還原性氣氛。
[0042]在步驟508中通過電極施加電場(chǎng)可進(jìn)一步增加燃料附近的熱量釋放。這可被用于干燥潮濕燃料、預(yù)熱難以燃燒燃料或以其它方式改善燃料靈活性。
[0043]進(jìn)行到步驟510，火上或二次空氣可被應(yīng)用在爐篦上的燃燒燃料的上方。例如，這可包括操作火上空氣源。操作火上空氣源可包括遞送充足的火上空氣以大體上完全燃燒固體燃料。對(duì)比不包括電極的系統(tǒng)，通過電極施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的火上空氣的量的減少。額外地或可替換地，對(duì)比不包括電極的系統(tǒng)，通過電極施加電場(chǎng)所提供的電動(dòng)均化可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的火下空氣的量的減少。此外，對(duì)比不包括電極的系統(tǒng)，通過電極施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致滿足排放要求所需要的全部空氣的量的減少。
[0044]對(duì)比不包括為了應(yīng)用電場(chǎng)的電極的系統(tǒng)，通過電極施加電場(chǎng)可能導(dǎo)致來自固體燃料燃燒的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)中的一種或更多種的排放的減少。
[0045]方法501可以可選地包括控制火上空氣流動(dòng)、火下空氣流動(dòng)或燃料被加料機(jī)遞送的速度中的一個(gè)或多個(gè)。額外地或可替換地，方法501可包括從電極控制器與火上空氣控制器、火下空氣控制器或加料機(jī)控制器中的一個(gè)或多個(gè)之間的通信。
[0046]固體燃料可包括生物質(zhì)燃料、煤、輪胎衍生燃料(TDF)或其它固體燃料。如上面提及的，燃料靈活性可通過電動(dòng)均化提高。
[0047]在用加料機(jī)將固體燃料傳送到爐篦的情況下，從電場(chǎng)穿過固體燃料的漏電可通過在加料機(jī)和爐篦上的固體燃料之間保持空氣間隙來減少或消除。額外地或可替換地，從電場(chǎng)穿過固體燃料的漏電可通過遞送電隔離燃料到燃料存儲(chǔ)器、保持燃料存儲(chǔ)器和支撐結(jié)構(gòu)之間以及加料機(jī)和支撐結(jié)構(gòu)之間的電絕緣來減少或消除。加料機(jī)可從電隔離的燃料存儲(chǔ)器遞送固體燃料。
[0048]進(jìn)行到步驟512，來自燃燒的熱量可被提供。例如，熱量可被提供給發(fā)電系統(tǒng)、化學(xué)過程或提供家庭取暖。
[0049]用于操作固體燃料燃燒器301的方法可包括操作可操作地耦合到電極控制器的一個(gè)或多個(gè)傳感器以測(cè)量一個(gè)或多個(gè)燃燒反應(yīng)的特征。操作一個(gè)或多個(gè)傳感器可包括測(cè)量燃燒的完全性的可變特征。操作電極控制器可包括當(dāng)燃燒的完全性低于目標(biāo)值時(shí)，選擇時(shí)變電場(chǎng)以增加均化。至少一個(gè)傳感器(未示出)可被布置以感測(cè)靠近燃燒燃料或燃燒燃料上方燃燒氣體的狀況。第一傳感器可經(jīng)由傳感器信號(hào)傳輸路徑(未示出)被可操作地耦合到電極控制器。該至少一個(gè)傳感器(未示出)可被配置以感測(cè)燃燒燃料或燃燒燃料上方燃燒氣體的燃燒參數(shù)。例如該至少一個(gè)傳感器可包括一個(gè)或多個(gè)火焰亮度傳感器、光傳感器、紅外線傳感器、燃料流量傳感器、溫度傳感器、煙氣溫度傳感器、射頻傳感器和/或氣流傳感器。
[0050]雖然多個(gè)方面和實(shí)施方案已經(jīng)在本文公開，但是其它方面和實(shí)施方案被預(yù)期。本文公開的多個(gè)方面和實(shí)施方案是用于說明的目的，并不旨在限制，真正的范圍和精神通過以下權(quán)利要求被指出。
【權(quán)利要求】
1.一種帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，包括: 爐篦，其被配置以支持燃燒的固體燃料； 火下空氣源，其被配置以從所述爐篦下方遞送火下空氣到燃燒的固體燃料；和 電極，其被配置以應(yīng)用電場(chǎng)到燃燒的固體燃料或靠近燃燒的固體燃料的區(qū)域； 其中所述電場(chǎng)被選擇以引起固體燃料的揮發(fā)餾分、燃燒氣體和空氣的混合和均化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 機(jī)械的或氣動(dòng)的加料機(jī)(未示出)，其被配置以遞送固體燃料到所述爐篦組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電極被布置在所述爐篦和固體燃料的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電極包括所述爐篦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述均化增加了所述爐篦上方的氧氣和燃燒反應(yīng)物濃度的均勻性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 火上空氣源，其被配置以在所述爐篦上方遞送火上空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的火上空氣的量的減少。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的火下空氣的量的減少。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的全部空氣的量的減少。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致來自固體燃料燃燒的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)中的一種或多種的排放的減少。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致更接近固體燃料的熱量釋放和固體燃料的干燥。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 界定燃燒容積的壁； 其中所述電極被布置在所述燃燒容積內(nèi)部。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 界定燃燒容積的壁； 其中所述電極被布置在所述燃燒容積外部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電極包括多個(gè)電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 電極控制器，其被可操作地耦合到所述電極并配置以確定對(duì)應(yīng)于所述電場(chǎng)的電極電壓或電荷濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電場(chǎng)包括時(shí)變電場(chǎng)且所述電壓對(duì)應(yīng)于時(shí)變電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述時(shí)變電場(chǎng)包括根據(jù)應(yīng)用到所述電極的交流(AC)電壓波形而變化的電場(chǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括正弦、方波、鋸齒波、三角波、截頭三角波、對(duì)數(shù)或指數(shù)波形。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括具有4000到115，000伏的幅值的周期性電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括具有50到800赫茲的頻率的周期性電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 放大器或電壓倍增器，其被可操作地耦合到所述電極控制器和所述電極，或被包括在所述電極控制器中并可操作地耦合到所述電極； 其中所述放大器或電壓倍增器被配置成響應(yīng)于從所述電極控制器接收的邏輯電平數(shù)字信號(hào)或低壓模擬信號(hào)而輸出工作電壓波形到所述電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電極控制器包括狀態(tài)機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、微控制器或被配置以確定所述時(shí)變電場(chǎng)的分立元件中的一個(gè)或多個(gè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 一個(gè)或多個(gè)傳感器，其被可操作地耦合到所述電極控制器，并配置以測(cè)量固體燃料的燃燒、火焰或通過燃燒的固體燃料所產(chǎn)生的燃燒氣體的一個(gè)或多個(gè)特征。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器被配置以測(cè)量燃燒的完全性的可變特征或燃料特征；且 其中，所述電極控制器被配置成當(dāng)所述燃燒的完全性低于目標(biāo)值時(shí)或當(dāng)所述燃料特征對(duì)應(yīng)于增加混合的需要時(shí)，選擇電場(chǎng)特征來增加氣體混合。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述電極控制器被進(jìn)一步配置以控制火上空氣流動(dòng)、火下空氣流動(dòng)或燃料被加料機(jī)遞送的速度中的一個(gè)或多個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 可操作地耦合到所述電極控制器的火上空氣控制器、火下空氣控制器或加料機(jī)控制器中的一個(gè)或多個(gè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中所述固體燃料包括生物質(zhì)燃料、煤、輪胎衍生燃料(TDF)、城市固體廢物(MSW)、垃圾衍生燃料(RDF)或有害固體廢物中的至少一種。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括在加料機(jī)和所述爐篦上的固體燃料之間的物理間隙，所述間隙被配置以減少或消除從所述電場(chǎng)通過被所述加料機(jī)所搬運(yùn)的燃料的漏電。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，還包括: 可操作地耦合到燃料加料機(jī)的燃料存儲(chǔ)器；和 所述燃料存儲(chǔ)器和支撐結(jié)構(gòu)之間的電絕緣體； 其中所述燃料存儲(chǔ)器和所述電絕緣體被配置以減少或消除從所述電場(chǎng)通過所述加料機(jī)和位于加料機(jī)入口附近的燃料的漏電。
30.一種用于操作固體燃料燃燒器的方法，包括: 遞送爐篦下方的火下燃燒空氣； 利用在燃燒反應(yīng)中的燃燒空氣燃燒在所述爐篦上的固體燃料；且 通過利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)來使燃燒反應(yīng)中的揮發(fā)性固體燃料和火下燃燒空氣的混合物均化。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述均化增加所述爐篦上方氧氣濃度的均勻性。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中差異由所述爐篦上的固體燃料堆深度的變化而引起。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述差異包括在帶有小的固體燃料堆深度的所述爐篦的區(qū)域上方的更多的氧化性氣氛和在帶有大的固體燃料堆深度的所述爐篦的區(qū)域上方的更多的還原性氣氛。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 操作火上空氣源以遞送所述爐篦上方的火上空氣。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中操作所述火上空氣源包括遞送充足的火上空氣以大體上完全燃燒固體燃料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的火上空氣的量的減少。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的爐篦下空氣的量的減少。
38.根據(jù)權(quán)利要求30所述的帶電動(dòng)均化的固體燃料燃燒器，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致達(dá)到排放要求所需要的全部空氣的量的減少。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中與不包括所述電極的系統(tǒng)相比，通過所述電極施加電場(chǎng)導(dǎo)致來自固體燃料燃燒的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)中的一種或多種的排放的減少。
40.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中燃燒固體燃料包括在由壁界定的燃燒容積中燃燒固體燃料。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)包括利用被布置在所述燃燒容積內(nèi)的至少一個(gè)電極來施加電場(chǎng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中利用至少一個(gè)電極施加電場(chǎng)包括利用被布置在所述燃燒容積外的至少一個(gè)電極來施加電場(chǎng)。
43.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述至少一個(gè)電極包括多個(gè)電極。
44.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 操作電極控制器以確定所述電場(chǎng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述電場(chǎng)包括時(shí)變電場(chǎng)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 將從所述電極控制器接收的邏輯電平數(shù)字信號(hào)或低電壓模擬信號(hào)放大到位于所述至少一個(gè)電極上的工作電壓。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中操作所述電極控制器包括操作狀態(tài)機(jī)、操作現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、操作微控制器或操作被配置以確定所述時(shí)變電場(chǎng)的分立元件中的一個(gè)或多個(gè)。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 操作可操作地耦合到所述電極控制器的一個(gè)或多個(gè)傳感器以測(cè)量所述燃燒反應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)特征。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中操作一個(gè)或多個(gè)傳感器包括測(cè)量燃燒的完全性的可變特征；且 其中操作所述電極控制器包括當(dāng)燃燒的完全性低于目標(biāo)值時(shí)，選擇所述時(shí)變電場(chǎng)以增加均化。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述時(shí)變電場(chǎng)包括根據(jù)應(yīng)用到所述電極的交流(AC)電壓波形而變化的電場(chǎng)。
51.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述時(shí)變電場(chǎng)包括正弦、方波、鋸齒波、三角波、截頭三角波、對(duì)數(shù)或指數(shù)波形。
52.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 應(yīng)用時(shí)變電壓到所述電極以產(chǎn)生所述時(shí)變電場(chǎng)，所述時(shí)變電壓包括具有4000到115，000伏的幅值的周期性電壓。
53.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 應(yīng)用時(shí)變電壓到所述電極以產(chǎn)生所述時(shí)變電場(chǎng)，所述時(shí)變電壓包括具有50到800赫茲的頻率的周期性電壓。
54.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 利用加料機(jī)將固體燃料遞送到所述爐篦。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 控制火上空氣流動(dòng)、火下空氣流動(dòng)或燃料被所述加料機(jī)遞送的速度中的一個(gè)或多個(gè)。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 利用所述電極控制器與火上空氣控制器、火下空氣控制器或加料機(jī)控制器中的一個(gè)或多個(gè)通信。
57.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述固體燃料包括生物質(zhì)燃料。
58.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述固體燃料包括煤。
59.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，其中所述固體燃料包括輪胎衍生燃料(TDF)。
60.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 利用加料機(jī)將固體燃料遞送到所述爐篦；和 通過保持所述加料機(jī)和所述爐篦上的固體燃料之間的空氣間隙，減少或消除從所述電場(chǎng)穿過固體燃料的漏電。
61.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于操作固體燃料燃燒器的方法，還包括: 利用加料機(jī)將固體燃料遞送到所述爐篦；和 通過以下方式減少或消除從所述電場(chǎng)穿過燃料的漏電: 遞送電隔離燃料到燃料存儲(chǔ)器處； 保持在所述燃料存儲(chǔ)器和支撐結(jié)構(gòu)之間和在所述加料機(jī)和所述支撐結(jié)構(gòu)之間的電絕緣； 其中利用加料機(jī)將固體燃料遞送到所述爐篦包括從所述燃料存儲(chǔ)器遞送固體燃料。
【文檔編號(hào)】F23B90/00GK104285099SQ201380016192
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月27日
【發(fā)明者】蒂姆·W·宋尼申, 特蕾西·A·普雷沃, 約瑟夫·科蘭尼諾, 大衛(wèi)·B·古德森, 克里斯多佛·A·威克洛夫 申請(qǐng)人:克利爾賽恩燃燒公司