相關(guān)申請的交叉引用本申請依據(jù)35u.s.c.§119(e)要求2014年9月11日提交的的優(yōu)先權(quán)的利益，美國臨時專利申請no.62/048,884，該申請的全部內(nèi)容通過引用合并因此。本發(fā)明公開了，例如通過利用被噴射到燃燒室中、氧化區(qū)處或附近的氣體，幫助減少生物質(zhì)爐的排放物的系統(tǒng)和裝置。還公開了用于從生物質(zhì)爐產(chǎn)生電能的系統(tǒng)和裝置，以操作幫助噴射氣體和/或收集廢氣的泵或鼓風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
：改良型烹飪爐的全球商業(yè)市場是一個新生市場。雖然已經(jīng)用了數(shù)十年時間進(jìn)行爐改良規(guī)劃，但由于較差的耐用性和性能，或?qū)κ袌?諸如價格點)缺乏了解，錯誤投放的補(bǔ)貼，缺乏刺激和教育，這些規(guī)劃影響有限。下文論述改良的烹飪爐的許多預(yù)期公共利益。對農(nóng)村民眾的健康影響已經(jīng)觀察到在發(fā)展中國家的農(nóng)村區(qū)域的住宅中諸如co和小于約10或2.5微米的顆粒物(pm10、pm2.5)的空氣傳播污染物的環(huán)境濃度超過了世界衛(wèi)生組織(who)的暴露極限多達(dá)30x并且超過美國環(huán)境保護(hù)署的極限100x。這種室內(nèi)空氣污染(iap)已經(jīng)與全球疾病負(fù)擔(dān)的近3％相關(guān)聯(lián)并且是造成多達(dá)每年2百萬早逝的主要因素。先進(jìn)的氣化烹飪爐已經(jīng)證明了它們減少與三石爐相關(guān)的pm和co排放物的潛能。廢氣循環(huán)技術(shù)(egr)可進(jìn)一步減少排放物，大體上數(shù)十萬使用者受益。附圖說明圖1示出目前公開的egr烹飪爐和裝置的各種實施例。圖2示出對于所公開的egr樣機(jī)的一個實施例與三石爐相比的排放改進(jìn)。圖3示出對于egr爐的一個實施例的謹(jǐn)慎的pm排放數(shù)據(jù)。圖4示出在30％氧氣體積分?jǐn)?shù)的同向流動的(a)n2+o2，(b)co2+o2，(c)ar+co2+o2中煤煙體積分?jǐn)?shù)、首要顆粒尺寸和首要顆粒分布的數(shù)量濃度。這些是同向流動的非預(yù)混合火焰的剖視“圖片”(利用時間分辨的激光誘發(fā)熾光(tire-lii)和tem拍攝)。燃料與三種不同的氣體混合物同軸地流動，氣體混合物的成分在圖的下標(biāo)中標(biāo)記。圖5示出本文公開的風(fēng)扇驅(qū)動的egr系統(tǒng)的電源的各種實施例。圖6示出用于測試的egr許可生物質(zhì)爐的實施例的照片。圖7示出egr許可生物質(zhì)爐(頂部)的實施例的示意圖和egr裝置的切割圖。圖8是用于測試減排參數(shù)的egr許可爐的實施例。圖9是從前部示出的圖8的實施例，其中，兩個噴射噴嘴位于爐的口部中。圖10描繪用于添加到生物質(zhì)爐上的egr裝置。圖11描繪所公開的裝置的一個實施例，其中，位于egr許可爐中的噴射噴嘴具有優(yōu)選的位置。圖12描繪所公開的裝置的一個實施例，其中，位于egr許可爐中的噴射噴嘴具有優(yōu)選的幾何結(jié)構(gòu)。圖13是用于測試氣體溫度對排放的作用的所公開的系統(tǒng)和裝置的一個實施例的照片。圖14示出對所公開的爐的一個實施例進(jìn)行的起動階段流速分析的結(jié)果。圖15示出對所公開的爐的一個實施例進(jìn)行的穩(wěn)定狀態(tài)火力階段流速分析的結(jié)果。圖16示出與所公開的裝置和系統(tǒng)聯(lián)用的噴嘴的各種位置。圖17示出測試作為溫度的函數(shù)的排放量的研究分析。圖18示出對于各種噴嘴位置作為流速的函數(shù)的起動和穩(wěn)定狀態(tài)排放量。圖19示出對于側(cè)面噴射噴嘴空氣噴射流速優(yōu)化的結(jié)果。圖20示出對于側(cè)面噴射噴嘴作為噴嘴直徑的函數(shù)的優(yōu)化pm2.5排放量的測試結(jié)果。圖21示出對于各種直徑的噴射孔口穩(wěn)定狀態(tài)流速和優(yōu)化排放量的結(jié)果。圖22示出對于3.2mm噴嘴的局部峰值排放量。圖23示出對于5.7mm噴嘴的局部峰值排放量。圖24示出在不同的空氣噴射流速下燃燒室中的流分布以及對排放的作用。圖25示出在g3300中測試的各種噴射位置。圖26示出煙囪環(huán)噴嘴的實施例的若干圖片。圖27示出在頂部噴射位置處的空氣流速作用。圖28示出在煙囪底部處測試的噴射角度。圖29示出成角度的煙囪環(huán)噴嘴的實施例。圖30示出對于具有1.5mm直徑噴射孔口的側(cè)面噴射噴嘴的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖31示出對于具有2.3mm直徑噴射孔口的側(cè)面噴射噴嘴的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖32示出對于具有1.5mm直徑噴射孔口的處于上部燃燒室底部處的煙囪環(huán)的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖33示出對于具有1.5mm直徑噴射孔口的處于上部燃燒室中間處的煙囪環(huán)的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖34示出對于具有1.5mm直徑噴射孔口的處于上部燃燒室高處的煙囪環(huán)的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖35示出對于具有1.5mm直徑噴射孔口的處于上部燃燒室底部處的煙囪環(huán)的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速。圖36示出對于具有3.0mm直徑噴射孔口的處于上部燃燒室底部處的煙囪環(huán)的g3300，起動和穩(wěn)定狀態(tài)pm以及流速技術(shù)實現(xiàn)要素：本文公開了用于減少生物質(zhì)燃燒裝置(例如爐)的排放量的系統(tǒng)和裝置。所公開的系統(tǒng)和裝置可包括廢氣循環(huán)系統(tǒng)(egr)和/或減少顆粒排放的新鮮空氣噴射系統(tǒng)。所公開的系統(tǒng)和裝置還可用于增加生物質(zhì)燃燒裝置(例如爐)的熱效率。在廢氣被用于噴射的許多實施例中，生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)的一部分排放物(燃燒廢氣)被捕獲并被重新噴射到燃燒區(qū)中。在一些實施例中，在重新噴射之前廢氣可與新鮮空氣結(jié)合。使用所公開的系統(tǒng)和裝置可幫助減少生物質(zhì)燃燒裝置的排放(例如co和顆粒物)，并且在一些實施例中可提供電能，以便為噴射風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)及其他電子裝置(例如電話或電池)供能。本文公開了用于減少生物質(zhì)爐的排放量的裝置，所述裝置包括：流體入口孔口；具有外表面和內(nèi)表面的入口導(dǎo)管，所述內(nèi)表面限定入口室，所述入口室經(jīng)由所述入口孔口與所述外表面流體連通，內(nèi)部室用于引送流體(例如氣體，諸如空氣，其可包括大于約15％的氧氣，o2)；位于所述入口室內(nèi)并且位于所述入口孔口遠(yuǎn)端的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇用于將流體抽吸通過所述入口孔口并抽吸到所述室中，并且進(jìn)入；出口導(dǎo)管，所述出口導(dǎo)管具有限定出口室的內(nèi)表面，所述出口室與所述入口室流體連通；具有與所述出口室流體連通的內(nèi)部的一個或多個噴嘴，所述噴嘴用于將流體引導(dǎo)至生物質(zhì)爐的燃燒室中；以及被限定在所述噴嘴的表面上的多個出口孔口，所述出口孔口被設(shè)計成容許流體離開所述噴嘴的所述內(nèi)部。在一些實施例中，所述噴嘴位于下部燃燒室的頂部處或附近。在一些實施例中，所述出口孔口具有在0.5和3.5mm之間的平均直徑，并且限定圓形、正方形、三角形或橢圓形，通過圓形、正方形、三角形或橢圓形的中心測量所述平均直徑。在一些實施例中，從所述一個或多個噴嘴逸出的氣體的體積大于約10標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘并且小于約100標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，并且氣體可從孔口以約5-25米/秒的速度逸出。在一些實施例中，所述噴嘴是線性噴嘴或圓形噴嘴，諸如圓環(huán)，其位于所述下部燃燒室上方并且位于上部燃燒室的下半部內(nèi)，并且被設(shè)計成容許燃燒氣體直接穿過噴射區(qū)域。還公開了將生物質(zhì)爐的排放物(例如，顆粒排放物，在一些情形中，顆粒小于約2.5微米)減少約20％至約90％的方法，所述方法包括：將氣體放置到噴嘴的內(nèi)部室中，所述噴嘴位于火焰處或附近；增加所述噴嘴內(nèi)的所述氣體的壓力(例如通過利用風(fēng)扇或泵以將氣體推進(jìn)到噴嘴內(nèi)部)；通過由所述噴嘴的外表面限定的多個外部孔口從所述噴嘴排出一定量所述氣體；并且將所噴射的氣體引導(dǎo)至所述生物質(zhì)爐的燃燒室內(nèi)的火焰中，其中，所述氣體減少離開所述生物質(zhì)爐的至少一種污染物的量。在一些實施例中，從噴嘴排出的氣體體積在約10標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘和100標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘之間。在一些實施例中，所述噴嘴限定線性管或圓環(huán)，并且出口孔口位于所述環(huán)的內(nèi)表面中，以幫助將氣體噴射到所述環(huán)的中心，所述出口孔口具有在0.5和6.0mm之間的直徑。在一些實施例中，所述出口孔口與所述燃燒室的底面相距相等距離，并且通過一個或多個孔口以在5和25米每秒之間的速度排出所述氣體。在許多實施例中，以在約-10度至約+30度之間的角度將所述氣體噴射到火焰中。本文還公開了減少生物質(zhì)爐的顆粒物排放物的方法，所述方法包括：將氣體抽吸到室中，所述氣體包括大于約15％的o2；將所述氣體從所述室引送到具有內(nèi)表面和外表面的噴嘴中，所述噴嘴限定圓形管，所述圓形管具有在圓的內(nèi)表面上的多個出口孔口，其中，所述出口孔口容許氣體從所述管的內(nèi)部朝向圓的中心行進(jìn)；增加所述噴嘴的內(nèi)部內(nèi)的所述氣體的壓力；以在約5米每秒和20米每秒之間的速度從所述噴嘴排出一定量加壓氣體；并且將所噴射的氣體引導(dǎo)至所述生物質(zhì)爐的燃燒室內(nèi)的火焰中，其中，所述氣體減少離開所述生物質(zhì)爐的至少一種污染物的量，其減少量比缺少噴嘴或所述噴嘴內(nèi)缺少加壓氣體的爐的情形多約25％。在也可幫助抽吸入廢氣的泵或鼓風(fēng)機(jī)的幫助下將氣體推進(jìn)到燃燒室中。具體實施方式本文描述使燃燒產(chǎn)物循環(huán)回到燃燒室的爐和爐配件。在一些實施例中，爐和爐配件在將燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)回到燃燒室之前可使其與新鮮空氣混合。在一些實施例中，將廢氣循環(huán)到燃燒室中可提供與未經(jīng)預(yù)混合的基于擴(kuò)散的燃燒的強(qiáng)相互作用，后一燃燒發(fā)生在生物質(zhì)和自然吸入的進(jìn)入空氣之間。雖然公開了所公開的循環(huán)裝置和系統(tǒng)的多個實施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說根據(jù)以下詳細(xì)描述其他實施例將變得顯然。如將變得顯然的，能夠?qū)λ_的系統(tǒng)和裝置的各個明顯方面進(jìn)行修改，這些修改都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，詳細(xì)描述將被認(rèn)為本質(zhì)上是說明性的而非限制性的。不完全的生物質(zhì)燃燒的不利影響是破壞當(dāng)?shù)睾腿颦h(huán)境。此外，雖然生物質(zhì)因潛在能夠提供碳中和能量而受到贊揚(yáng)，但它們不是氣候中和的，因為燃料中包含的很大部分碳作為具有全球變暖潛能的氣體種類(ch4和nmhc)被再次排放。本文描述的烹飪爐設(shè)計具有顯著減少這種污染的潛能。此外，近來的研究顯示黑碳(bc)顆粒排放物是co2之后第二重要的全球氣候變化驅(qū)動因素。全球來說，據(jù)估計家庭烹飪產(chǎn)生每年排放到環(huán)境中的總認(rèn)為bc的50％，并且利用技術(shù)(諸如本文描述的烹飪爐)大量減少全球bc排放物已晉升為對抗短期全球變暖的最有希望的策略之一。全球燃料節(jié)約據(jù)估計生物質(zhì)爐對凈森林采伐量的約八分之一并且因此對排放到大氣中的凈人類co2增量的1.5％負(fù)有責(zé)任。更局部地說，婦女和兒童每周將花費多達(dá)20小時來采集柴火，這種活動阻止他們的成長并且在許多情形中使他們暴露于暴力(全球清潔烹飪爐聯(lián)盟)。超凈生物質(zhì)烹飪爐基本上有三種主要的類似物。這些類似物是(1)強(qiáng)制氣流半氣化爐，(2)自然氣流半氣化爐，以及(3)側(cè)面給料風(fēng)爐。本文公開了各種可商購爐以及新穎并且效率驚人的側(cè)面給料風(fēng)爐的大量性能數(shù)據(jù)。基于envirofit的大量市場經(jīng)驗，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：需要燃料處理的強(qiáng)制氣流氣化爐不滿足關(guān)于價格和便利性的市場預(yù)期。當(dāng)(1)燃料品質(zhì)改變，(2)在起動和關(guān)停期間，以及(3)使用者在優(yōu)化窗口之外的地方操作爐時，天然氣流和強(qiáng)制氣流半氣化爐的操作靈敏度導(dǎo)致高排放可能。相反，側(cè)面給料爐滿足關(guān)于燃料靈活性和使用容易度的消費者預(yù)期。此外，即使不操作風(fēng)扇，也容許爐合適地起作用。雖然常規(guī)的火箭爐不滿足90％的減排目標(biāo)，但它們滿足達(dá)70％的減排，因此即使在故障模式也確保合理的減排。由于側(cè)面給料風(fēng)爐具有最大的潛能滿足消費者需求、預(yù)期和性能的所有方面，因此相應(yīng)地需要滿足90％或更高的減排目標(biāo)的更高效的側(cè)面給料風(fēng)爐。此目標(biāo)有助于實現(xiàn)之前描述的改善農(nóng)村民眾健康、減少全球環(huán)境影響以及減少全球生物質(zhì)使用的利益。雖然本文描述的許多實施例將諸如envirofitg3300爐的可商購爐用作基礎(chǔ)生物質(zhì)燃燒裝置，但本發(fā)明可用于各種設(shè)計的側(cè)面給料爐和側(cè)面給料風(fēng)爐。圖1示出若干可商購的側(cè)面給料風(fēng)爐設(shè)計：stovetec(頂部)；biolite(中間)；envirofit(底部，具有和不具有適配器)。各種形式的廢氣循環(huán)(egr)已被用于其他情況，用以控制火焰特性。在內(nèi)燃機(jī)中主要利用egr。在內(nèi)燃機(jī)中egr的首要目的是減少nox形成。它通過以下方式這樣做，即，通過將略微惰性的廢氣引入汽缸，因此降低可燃?xì)怏w的比例并且將熱能分布于更大的質(zhì)量上。這減小峰值火焰溫度，因此減少n2的熱分解以及隨之發(fā)生的nox的形成。但是由于這些發(fā)動機(jī)接近化學(xué)計量水平地操作，因此添加廢氣可形成低于氧氣的化學(xué)計量水平的局部區(qū)域。這促進(jìn)不完全燃燒并且因此通常增加顆粒物(部分燃燒的碳?xì)浠衔?的總產(chǎn)量。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增加co2濃度可有助于緩解由egr導(dǎo)致的pm產(chǎn)量增加?？紤]到egr對內(nèi)燃機(jī)的影響，由于三個主要原因，將egr應(yīng)用于生物烹飪爐是違反直覺的。第一，生物質(zhì)烹飪爐中的nox形成不重要。這是因為爐中的峰值燃燒溫度足夠低，因而可忽略部分的n2分子將熱分解。第二，由于與發(fā)動機(jī)相比生物質(zhì)爐通常具有相對低的峰值燃燒溫度，因此技術(shù)工人會假設(shè)通過引入廢氣降低烹飪爐中的溫度會促進(jìn)不完全燃燒并且增加顆粒物的形成。第三，由于生物質(zhì)烹飪爐(特別是火箭彎管爐)利用如此高的過量的o2值(對于m5000，過量的空氣與化學(xué)計量空氣的比率為約2.3)進(jìn)行操作，因此與需要幫助緩解pm產(chǎn)量問題的發(fā)動機(jī)egr中的co2最小濃度相比，烹飪爐egr中的co2濃度很可能很小。與以上描述的預(yù)期結(jié)果相反，申請人已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)將egr應(yīng)用于生物質(zhì)烹飪爐會(1)減少顆粒物產(chǎn)量并且(2)增加co氧化，如圖2和3中所見的。與和燃燒機(jī)結(jié)合的egr相比，當(dāng)前公開的發(fā)現(xiàn)是違反直覺的。目前的文獻(xiàn)可提供對這種觀察到的減排的一些基于后見之明的理論。如之前提及的，將co2循環(huán)到生物質(zhì)烹飪爐的燃燒室中是致使顆粒物產(chǎn)量減少的一個可行機(jī)制，雖然考慮到火箭彎管爐中過大的空氣比率這種顆粒物產(chǎn)量減少可能是較小的減少。文件中記錄了在非預(yù)混合的火焰中co2添加對顆粒物排放的影響。這些研究關(guān)注同質(zhì)燃料(諸如丙烷和乙烯)中的煤煙形成。早期文獻(xiàn)報告，添加二氧化碳會通過化學(xué)相互作用致使對流式擴(kuò)散火焰的煤煙形成減少。更近期的研究指示，添加二氧化碳所引起的顆粒物減少是由于火焰溫度的減小和co2的化學(xué)相互作用兩者。圖4示出oh等人收集的實驗數(shù)據(jù)，其清楚地證明了利用向氧化劑中添加二氧化碳而在同向流動擴(kuò)散火焰剖面中獲得煤煙減少。在圖中，fv代表火焰中煤煙的體積分?jǐn)?shù)，dp是首要顆粒尺寸，并且np是火焰中首要顆粒的數(shù)量濃度。根據(jù)oh等人，“在用co2代替n2作為稀釋劑的情形中，首要的顆粒尺寸和煤煙體積分?jǐn)?shù)急劇降低”。再次，根據(jù)oh等人，煤煙形成的減少對以下有貢獻(xiàn)：由于co2的增大的熱容量，火焰溫度降低通過引入二氧化碳稀釋反應(yīng)氣體種類二氧化碳的直接化學(xué)效應(yīng)這些研究確認(rèn)了co2添加對同向流動的非預(yù)混合火焰的顆粒物排放的作用，但是當(dāng)前存在的文獻(xiàn)都未再次肯定對于固體生物質(zhì)燃燒的這種作用。更驚人地，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其他其他成分和噴射特征(速度、方向、位置、角度、體積)影響pm減少。有其他潛在的機(jī)制可進(jìn)一步解釋顆粒物排放的減少，諸如增加混合、增加o2水平、改變通過爐的總流量并且隨后改變可燃成分的逗留時間、改變爐中的峰值燃燒溫度以及破壞循環(huán)的顆粒物。這些機(jī)制既未被全面理解也不容易預(yù)計。目前不存在評估這些機(jī)制對生物質(zhì)烹飪爐中的顆粒排放物的作用(特別是與在生物質(zhì)烹飪爐中應(yīng)用egr相關(guān)的作用)的文獻(xiàn)。除了egr對顆粒物形成的潛在利益之外，實驗數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)指示了利用egr通過機(jī)制，諸如增加混合以及廢氣流中催化co氧化的水，可能減少一氧化碳。在一些實施例中，爐和爐配件可包括用于主動移動空氣的裝置，并且該裝置可由電源供能。在一些實施例中，空氣移動裝置可以是風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)。電源可以是電池，其可包括適配器和/或充電電路。圖5示出了若干個可行的實施例。在一個實施例中，電源包括具有電池和充電電路的ac/dc適配器。此實施例可能是某些市場所期望的，例如印度，在印度目標(biāo)市場的超過70％在一天中的至少一些時候能夠接觸到電能。另一個實施例可包括手操作式發(fā)電機(jī)(或測功計)。手操作式發(fā)電機(jī)可與以上描述的充電電路和電池結(jié)合。對于約1-3瓦特的預(yù)期風(fēng)扇功率消耗，手動充電不會過于繁重。圖5還示出熱電發(fā)電機(jī)(teg)供能系統(tǒng)，其可使用來自爐的熱量產(chǎn)生電能。在許多情形中，teg可產(chǎn)生超過1-3瓦特，這還可容許對電池和/或其他電子裝置(燈、光源、移動電話、計算機(jī)等)充電。產(chǎn)生過量電能的潛能是有吸引力的。其他選項對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的，并且與本文描述的本發(fā)明完全相符。圖6-9描繪了所公開的爐和爐配件的若干實施例。圖6所示的實施例包括可商購的爐，envirofitg3300。此實施例用于測試要求權(quán)利的爐和爐配件的許多方面。例如，圖2和3所示的排放物數(shù)據(jù)是利用此實施例產(chǎn)生的。圖7示出了所公開的爐和爐配件的第二實施例。egr許可爐的此實施例用于分析若干變量，例如可影響爐的排放性能(例如氣體噴射位置、噴嘴幾何結(jié)構(gòu)、氣體路徑溫度、流速和teg位置)的變量。圖7的實施例還包括可商購爐，envirofitm5000。圖7未示出將氣體從egr出口引導(dǎo)至爐中的側(cè)面給料開口的導(dǎo)管。在圖8和9二者中描繪的實施例中示出了圖7未示出的導(dǎo)管。這些導(dǎo)管將氣體從egr出口引導(dǎo)至爐中的側(cè)面給料開口。脈寬調(diào)制器和電源設(shè)備可被包括在所公開的裝置中，以幫助控制風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)的速度。此外，被合并到圖7的實施例的egr路徑中的teg幫助描繪對循環(huán)廢氣進(jìn)行的能量產(chǎn)生/回收的特征。圖10描繪了egr許可爐的另一個實施例。此實施例圖示可以如何將egr爐配件添加到爐作為配件，例如，egr裝置可被添加到火箭彎管爐。在此實施例中，廢氣被抽吸通過入孔網(wǎng)格，入孔網(wǎng)格可位于爐頂部處或附近，如在此描繪的。廢氣流過可圍繞鍋圍邊的周界放置的導(dǎo)管。此導(dǎo)管內(nèi)的廢氣然后經(jīng)由鍋圍邊前部處或附近的一個或多個額外的導(dǎo)管流動并且被噴射回到燃燒室的口部。風(fēng)扇或噴射空氣的鼓風(fēng)機(jī)可位于入口孔和噴射孔之間。在一些實施例中，如圖10所描繪的，風(fēng)扇位于鍋圍邊的后側(cè)處。電源可位于風(fēng)扇附近。如以上論述的，噴射空氣的鼓風(fēng)機(jī)可被供應(yīng)以電能，該電能由諸如熱電發(fā)電機(jī)、太陽能電池、手動供能發(fā)電機(jī)(曲柄充電器)或住宅電力的電源提供。電源的選擇可基于成本評估和與市場需求的對比。可根據(jù)材料所暴露于的熱學(xué)環(huán)境、化學(xué)環(huán)境和機(jī)械環(huán)境改變?yōu)闋t和爐配件選擇的材料。在許多實施例中，裝置內(nèi)的部件可以改變并且不需要與以上論述的envirofitg3300或m5000爐中所利用的那些相同或相似。在許多實施例中，egr裝置可容許爐在egr系統(tǒng)關(guān)閉和/或失靈時合適且高效地起作用。對于所公開的egr系統(tǒng)的大多數(shù)實施例，爐可包括將木質(zhì)燃料或類似的生物質(zhì)給料到爐口部中的空氣/燃料入口(或口部)，并且空氣通過對流被抽吸到口部中。在這些實施例中，燃燒通常發(fā)生在燃燒室內(nèi)?？蓛?yōu)化燃燒室的幾何結(jié)構(gòu)和材料，以便合適地燃燒生物質(zhì)并且最小化向爐主體的熱量傳輸。在許多實施例中，生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的廢氣可被向上抽吸通過上部燃燒室并進(jìn)入一個或多個廢氣入口孔口。在一些實施例中，廢氣入口孔口被限定在位于上部燃燒室頂部處或附近的環(huán)結(jié)構(gòu)中。此環(huán)結(jié)構(gòu)可被稱作“egr入口圍邊”，并且其內(nèi)部可限定廢氣收集室。圖7描畫了“egr入口圍邊”的一個實施例。泵/鼓風(fēng)機(jī)裝置可被集成到爐中，以幫助將廢氣抽吸到egr入口圍邊中。廢氣行進(jìn)通過導(dǎo)管并且穿過泵/鼓風(fēng)機(jī)裝置進(jìn)入一個或多個噴射導(dǎo)管，直到它被噴射到爐的燃燒室中。在許多實施例中，廢氣可進(jìn)入可位于燃燒室頂部處或附近的進(jìn)氣孔口。該孔口可與廢氣收集室的內(nèi)部流體連通，收集室可與一個或多個廢氣導(dǎo)管流體連通，所述廢氣導(dǎo)管包含廢氣并且將廢氣引送到與廢氣導(dǎo)管流體連通的泵或鼓風(fēng)機(jī)。泵或鼓風(fēng)機(jī)幫助將廢氣從廢氣導(dǎo)管主動地移動到一個或多個噴射導(dǎo)管中，噴射導(dǎo)管將廢氣引送到一個或多個噴射噴嘴中。噴射噴嘴具有容許廢氣逸出噴射噴嘴內(nèi)部的多個孔口。對所公開的裝置和系統(tǒng)的測試指示，噴射位置、噴嘴幾何結(jié)構(gòu)和流速影響爐的排放性能。因此，對于噴射位置和噴嘴幾何形狀的各種結(jié)合，確定優(yōu)化流速。接著，對比各種結(jié)合的最小化pm排放物，以確定測試爐的優(yōu)化設(shè)計。所公開的測試認(rèn)定對于噴射位置和噴嘴幾何形狀的一些優(yōu)選的結(jié)合實施例，雖然不完全優(yōu)化。下文描述一些示例性結(jié)合。示例性爐噴嘴設(shè)計在燃燒室中有若干位置可放置噴射噴嘴。同樣，被限定在噴嘴平面中的噴射孔口可具有若干幾何結(jié)構(gòu)和配置。對各種設(shè)計進(jìn)行測試，并且得到對于所公開的爐的一個實施例為了pm減排的優(yōu)選噴射位置和噴嘴配置。圖11和12描畫了噴射位置和噴嘴幾何結(jié)構(gòu)的這種優(yōu)選實施例。在此實施例中，噴射噴嘴位置在燃燒室頂部處或附近。在此實施例中，兩個噴射噴嘴位于燃燒室的側(cè)面處或附近。其他實施例可包括多于兩個噴嘴或一個噴嘴。在本實施例中，噴嘴平行于并且垂直于燃燒產(chǎn)物通過爐的上部燃燒室的氣流方向放置。在一些實施例中，噴嘴可以不平行于或垂直于氣流。在本實施例中，6個噴射孔口被限定在噴嘴表面內(nèi)。在本實施例中，噴射孔口以9/16英寸的中心距中心距離分隔開，并且每個孔口具有約3/16英寸的直徑。在許多實施例中，例如其中噴嘴限定基本線性的管結(jié)構(gòu)的實施例，諸如圖12和16所示的實施例，第一孔口(位置最靠近燃燒室口部的孔口)位于距燃燒室口部約1/2英寸處。在其他實施例中，噴嘴可限定環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)結(jié)構(gòu)可位于上部室(或煙囪)的壁處或附近。噴射噴嘴可限定被限制于燃燒室的水平部段中的噴射孔口。在許多實施例中，水平部段小于約20cm、19cm、18cm、17cm、16cm、15cm、14cm、13cm、12cm、11cm、10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm，并且大于0.5cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm或19cm。在一些實施例中，諸如圖16、26和29所示的實施例，孔口基本上平面地位于燃燒室內(nèi)并且平行于燃燒室的底面。當(dāng)出口孔口與底面處于同一平面時，每個出口孔口的中心與燃燒室的底面相距相同距離(或距離的變化小于約0.5cm)地放置。在一些實施例中，從底面到每個孔口的距離的變化小于0.5cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm或19cm(當(dāng)變化小于約0.5cm時，可以說孔口是平面的)。當(dāng)噴嘴限定環(huán)結(jié)構(gòu)時，孔口可位于環(huán)各處并且被設(shè)計成將氣體引導(dǎo)至環(huán)中心中。在許多實施例中，對于流入燃燒室的廢氣流可存在優(yōu)選流速，其可幫助減少裝配有所公開的系統(tǒng)的爐的pm排放。在許多實施例中，優(yōu)選流速可為約20至70標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slpm)。對于以上描述的及圖11和12示出的噴嘴配置，對于pm減排的優(yōu)選流速在50至70標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘之間變化。在大多數(shù)實施例中，流速可隨著火力的增加而增加，以最小化pm排放。例如，在2.4kw的火力下，優(yōu)選流速可為約50slpm，并且在大于2.6kw的火力下，優(yōu)選流速可增加至70slpm，以最小化pm排放。在一些情形中，火力小于約2.4kw，流速可能需要被調(diào)節(jié)到50slpm以下，以避免吹滅火焰，例如小于約40slpm、30slpm、20slpm、10slpm或5slpm。在許多實施例中，氣體流速與爐的火力相關(guān)。例如，在2.5kw爐中獲得期望的pm減少可能需要約40slpm的流速，而對于相同水平的pm減少，20kw爐(例如煙囪氣流爐)需要約60slpm的流速。在一些實施例中，流速可小于約110slpm、100slpm、90slpm、85slpm、80slpm、75slpm、70slpm、65slpm、60slpm、55slpm、50slpm、45slpm、40slpm、35slpm、30slpm、25slpm或20slpm，并且大于約10slpm、20slpm、25slpm、30slpm、35slpm、40slpm、45slpm、50slpm、55slpm、60slpm、65slpm、70slpm、75slpm、80slpm、85slpm、90slpm、100slpm或110slpm。對于冷起動水沸騰測試，圖11和12所描繪的egr許可爐的實施例能夠?qū)m10排放從對于具有鍋圍邊的基礎(chǔ)m5000爐的275mg/mjd(向水傳送每兆焦能量對應(yīng)的pm10毫克數(shù))減少到對于具有優(yōu)化的egr流速的相同爐的125mg/mjd。為了更好地理解圖11和12所描繪的實施例的影響pm減排的變量，可在實驗上分析一些潛在變量。這些實驗顯示，用于減少pm質(zhì)量排放的一個機(jī)制是氧化區(qū)域的尺寸由于火焰中提高的o2濃度而增大，這繼而增加接近氧化劑的燃料。氧化區(qū)域是火焰中氧氣以足以支撐燃燒的濃度散布的區(qū)域。此外，這些測試示出，當(dāng)在更接近氧化區(qū)域的開始處(更靠近火焰前部的最低點處)噴射o2時，對減少顆粒物質(zhì)量排放更有效。相反，指向木炭基底噴射或直接噴射到燃料中或燃料上被發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致更高的pm質(zhì)量排放。圖11和12所描繪的實施例使用(在燃燒室頂部附近的)噴嘴位置，該位置容許將氣體噴射在氧化區(qū)域的底部附近，但充分高于燃料，以防止悶燒或吹滅火焰以及由此導(dǎo)致的更高的排放。這些研究還認(rèn)定可影響pm排放的其他變量。例如，顆粒在氧化區(qū)中增加的逗留時間(諸如經(jīng)由循環(huán))有助于減少pm排放，強(qiáng)制混合燃燒氣體也會如此。但是，在許多情形中，操縱這兩個變量的效果似乎不如提高火焰的氧化區(qū)域中的o2濃度的效果。此外，據(jù)確定，co2循環(huán)的隔離作用對pm排放的影響低于提高o2濃度。在一些情形中，在所公開的egr許可爐的一些實施例中觀察到燃料消耗速率增加，這可單獨地導(dǎo)致pm排放增加。但是，當(dāng)這些作用被結(jié)合起來時，由于它們存在于許多所公開的egr許可系統(tǒng)中，觀察到pm質(zhì)量排放凈減少。由于測試顯示火焰氧化區(qū)域中提高的o2濃度是pm質(zhì)量減少的一個機(jī)制，因此利用同樣應(yīng)該提供較高的o2濃度的新鮮空氣(非egr)噴射來測試同一噴嘴配置和噴射位置。利用完全新鮮空氣噴射，冷起動水沸騰測試pm10排放減少至91mg/mjd。這顯示具有這種噴嘴幾何結(jié)構(gòu)和噴射位置的egr實施例可提供大于或等于利用廢氣的那些實施例的pm減排量。如下文描述的，可以用各種方式修改所公開的egr系統(tǒng)和裝置，以減少生物質(zhì)燃燒爐的排放。例如，可修改新鮮空氣噴射、噴嘴位置和噴嘴幾何形狀?？砂▽λ_的系統(tǒng)和方法的其他修改、改變和置換，以進(jìn)一步減少pm質(zhì)量并且這些被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本文公開的所有參考文獻(xiàn)，無論是專利還是非專利，都通過引用合并于此，仿佛每個的引文的全部內(nèi)容都包括于此。在參考文獻(xiàn)與說明書矛盾時，將以本說明書(包括任何定義)為準(zhǔn)。雖然已經(jīng)以一定具體程度描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明是以舉例方式做出的，并且在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神的情況下可對細(xì)節(jié)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。例子ii-egr—pm減排分析圖7的實施例用于執(zhí)行廢氣循環(huán)的最初測試。具體地，在這些測試期間測量顆粒物(pm2.5)，以測試有效減排。測試分析若干變量，例如：循環(huán)廢氣的溫度、廢氣成分、廢氣噴射位置和噴嘴配置、以及廢氣流速。循環(huán)氣體成分為了確保最小化被抽吸到egr鍋圍邊中的環(huán)境空氣量，在egr流速、噴射位置和噴嘴配置一致但入口配置不同的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)兩組水沸騰測試(wbt)：一組利用以上描述的環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行，并且第二組數(shù)據(jù)利用從燃燒室出口的中心直接抽取廢氣的導(dǎo)管來收集。此第二配置確保了被抽吸到系統(tǒng)中的所有或幾乎所有氣體都包括廢氣。在整個測試中利用位于egr系統(tǒng)的路徑內(nèi)的氣體分析器(testo)對分子氧的濃度取樣。通過比較氧濃度，可以確定環(huán)境空氣(新鮮空氣或非廢氣)是否以高流速進(jìn)入系統(tǒng)。循環(huán)氣體的溫度通過將具有比例積分微分(pid)溫度控制器的加熱帶合并到測試平臺中，測試循環(huán)廢氣的溫度。圖13可見此測試系統(tǒng)的照片。完成10個冷起動水沸騰測試，其中，除了循環(huán)氣體的溫度之外，測試變量保持不變。平均循環(huán)氣體溫度在約20℃至100℃之間變化。測試溫度的下限復(fù)制已經(jīng)完全冷卻至環(huán)境溫度的廢氣的作用。測試溫度的上界代表一種境況，其中鍋下緣處的廢氣溫度在整個系統(tǒng)中從廢氣進(jìn)入到噴射到燃燒室中保持幾乎恒定。通過利用冰浴冷卻氣體溫度，以降低氣體溫度，并且電阻式加熱帶用于升高氣體溫度。沿egr路徑的熱電偶用于測量以一秒的區(qū)間測量氣體溫度。噴嘴和流速優(yōu)化過程這些研究還用于比較各種噴嘴配置的最小pm2.5排放。研制出用于粗略估算特定噴嘴配置的最小pm2.5排放的獨特的噴嘴和流速優(yōu)化過程。在下文進(jìn)一步論述的這些測試中作出了兩個假設(shè)。一般地，測試過程的進(jìn)展包括步驟1—設(shè)計并制造噴嘴，步驟2—確定起動火力階段的流速，步驟3—確定穩(wěn)定狀態(tài)火力階段的優(yōu)化流速，以及步驟4以優(yōu)化流速運(yùn)轉(zhuǎn)冷起動水沸騰測試。在此研究的egr實驗優(yōu)化部分中，完成此過程的三次反復(fù)。下面論述在過程的取樣反復(fù)中每個步驟的細(xì)節(jié)。步驟1：設(shè)計并制造噴嘴。利用流體力學(xué)和燃燒概念的結(jié)合以及之前的實驗結(jié)果設(shè)計噴嘴。步驟2：在步驟2中，確定起動階段的用于pm2.5減排的優(yōu)化流速。對于每個數(shù)據(jù)點，標(biāo)準(zhǔn)冷起動水沸騰測試過程跟隨著進(jìn)行并且在30℃的水溫處結(jié)束。30℃的水溫被選定為這些測試的終止值。當(dāng)水溫達(dá)到30℃時，火力不再處于瞬變狀態(tài)并且已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。流速以10至20slpm的區(qū)間改變，并且每個流速收集到1至2個數(shù)據(jù)點。在圖14的圖表中可見起動階段流速優(yōu)化的取樣結(jié)構(gòu)。此圖表示出對于此示例性數(shù)據(jù)組優(yōu)化的起動階段流速為約40slpm。在步驟3中，確定穩(wěn)定狀態(tài)火力階段用于pm2.5減排的優(yōu)化流速。利用擬將沸騰測試(quasi-simmertest)方法確定穩(wěn)定狀態(tài)優(yōu)化流速。首先，將爐主體、鍋和水帶至將沸騰溫度。一旦達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)將沸騰溫度，就移除木炭和正在燃燒的燃料，同時將鍋和水留在原位。然后在燃燒室中利用丙烷火炬點燃已知重量的燃料。丙烷火炬被用于點燃燃料，因為從每個取樣的開始處使用穩(wěn)定狀態(tài)火力階段(3-3/4”×3/4”×12”的松枝)燃料給料方法。在開始取樣pm2.5之前容許火燃燒一分鐘。這一分鐘延遲防止在點燃樹枝期間進(jìn)行pm2.5取樣。然后取樣pm2.5排放物十分鐘，或直到樹枝幾乎耗盡，同時火力保持恒定水平。在完成pm2.5取樣周期時，移除并稱量剩余的燃料和木炭。然后以不同的流速重復(fù)再次點燃過程和隨后的十分鐘取樣周期。在此測試的整個過程，水和鍋留在原位并且保持處于沸騰溫度。此外，取樣周期之間的時間少于3分鐘，這防止?fàn)t和/或鍋明顯冷卻。此測試過程容許粗略估算穩(wěn)定狀態(tài)火力階段期間特定噴嘴設(shè)定的pm排放和流速之間的關(guān)系。pm排放由單位燃料消耗質(zhì)量排放的pm2.5的質(zhì)量(被稱作排放因子(ef))來描繪。在計算ef時，對于水分含量和取樣時間，修正所消耗的燃料重量。在圖15中可見穩(wěn)定狀態(tài)火力階段流速優(yōu)化的示例性結(jié)果?？梢姷氖牵纠缘膬?yōu)化的穩(wěn)定狀態(tài)階段流速為約80slpm。在步驟4中，確定特定噴嘴的最小pm排放。利用在步驟2和3中確定的優(yōu)化流速，完成冷起動水沸騰實驗。將使用在步驟2中確定的優(yōu)化流速，直到約30℃的水溫，在冷起動的其余時間將使用在步驟3中確定的優(yōu)化流速。步驟4導(dǎo)致的pm排放與從步驟2和3得出的補(bǔ)充結(jié)論一起用于下一噴嘴的設(shè)計。在這些實驗期間作出若干假設(shè)。具體地，在這些測試過程中，冷起動水沸騰測試被劃分成兩個階段，起動階段和穩(wěn)定狀態(tài)階段。測試結(jié)論是起動階段期間(此時存在更瞬態(tài)并且通常較低的火力)的排放和穩(wěn)定狀態(tài)火力階段(此時存在穩(wěn)定并且通常較高的火力)的排放不同。因此，假定不同的火力將需要不同的強(qiáng)制氣流流速來實現(xiàn)最大的pm減排。因此，如果流速跟蹤實時火力的話，可最小化冷起動水沸騰測試的排放。為了使流速持續(xù)跟隨實時火力，可研制關(guān)于火力和流速的函數(shù)。此函數(shù)容許確定許多火力的優(yōu)化流速，以及持續(xù)監(jiān)控火力的控制系統(tǒng)。替代性地，控制器可對基于時間的函數(shù)(階梯的、區(qū)塊的或連續(xù)的)起作用。為了節(jié)省時間，僅確定兩個有區(qū)別的火力階段的優(yōu)化流速，并且冷起動測試期間的流速跟隨階梯函數(shù)圖案。本方法固有的假設(shè)是，利用兩個火力階段式模型的冷起動測試的測得pm2.5排放將類似于流速持續(xù)跟隨實時火力的冷起動測試的排放。氣體噴射流速可根據(jù)火力產(chǎn)量改變。在一些實施例中，位于廢氣路徑中的風(fēng)扇可幫助基于火力調(diào)節(jié)流速。在其他實施例中，在風(fēng)扇操作期間，流速可保持恒定。在另外的實施例中，風(fēng)扇可以按多階梯速度操作，其中，存在兩個或更多個操作速度。在許多實施例中，可基于火力(其可被測量)控制器或使用時間用各種風(fēng)扇速度函數(shù)對控制器編程。在一些情形中，對由穩(wěn)定狀態(tài)流速優(yōu)化過程確定的流速的使用依賴于假設(shè)氣流流速不顯著影響穩(wěn)定狀態(tài)火力階段期間爐的熱效率。作出此假設(shè)的原因是在這些測試中獲得在此測試期間被傳送到水的能量的準(zhǔn)確測量結(jié)果是不實際的。被測試的噴嘴最后，對于egr爐，完成此優(yōu)化過程的三次反復(fù)。在圖16中可見被測試的三個不同噴嘴的配置。這些設(shè)定占據(jù)兩個主要噴射位置。估算的噴射位置列于圖16右下側(cè)處的剖視圖中的下方。擴(kuò)散噴嘴被設(shè)計成在燃料床下方噴射氣體并且位于燃料下方?？諝饽粐娮毂辉O(shè)計成在口部或入口處或附近以及在燃燒室頂部處噴射氣體。側(cè)面噴射噴嘴也被設(shè)計成在燃燒室頂部處或附近噴射氣體。圖16所示的空氣幕實施例具有約4”×1/4”寬的間隙，并且相對于水平方向以約45度的角度向下噴射氣體。圖16的實施例所示的側(cè)面噴射噴嘴具有垂直于爐的天然氣流噴射空氣的4.9毫米直徑的孔。圖16的擴(kuò)散噴嘴實施例具有兩個3/4’直徑的管，所示管被壓扁并且在穿孔的金屬爐柵下面引導(dǎo)氣體。循環(huán)氣體成分-結(jié)果/論述循環(huán)氣體的成分可顯著影響燃燒室中的氮氣、氧氣、二氧化碳和一氧化碳的濃度。如上文論述的，環(huán)境空氣(新鮮空氣或非廢氣)可以以高egr流速被抽吸到egr鍋圍邊入口中，影響測試結(jié)果。在下文中，表1示出了利用以上描述的兩個入口配置的平均氧氣濃度。表1.循環(huán)廢氣成分表1的結(jié)果證明，當(dāng)安裝經(jīng)修改的egr入口(其從燃燒室出口的中心直接獲得廢氣)時，循環(huán)廢氣中的平均氧濃度似乎略微增加。但是，如果環(huán)境空氣被抽吸到標(biāo)準(zhǔn)egr鍋圍邊入口中，則循環(huán)廢氣中的氧濃度預(yù)期高于安裝經(jīng)修改的egr入口的情形。未觀察到此效果，這指示了很少有或沒有環(huán)境空氣以高egr流速被抽吸到標(biāo)準(zhǔn)egr入口中。觀察到相反的關(guān)系這一事實反而可指示，當(dāng)安裝修改的egr入口時，氣體在可用的o2燃燒完成之前被抽吸進(jìn)入。循環(huán)氣體的溫度通過一組八個冷起動wbt測試循環(huán)氣體的溫度的作用。測試四個不同的氣體路徑設(shè)定點溫度，并且每個溫度重復(fù)兩次。圖17描畫了這些測試的結(jié)果。繪制在x軸上的溫度值代表在整個wbt中在被噴射到燃燒室之前立刻測量的氣體的平均測量溫度。應(yīng)該注意，對于所有測試，使用空氣幕式噴嘴，并且egr流速一致地保持處于約70slpm。圖17所示的這些實驗的結(jié)果未認(rèn)定氣體溫度和pm排放之間強(qiáng)相關(guān)。雖然一些實施例可包括位于氣體路徑中的隔離結(jié)構(gòu)，但許多實施例可不包括隔離的氣體路徑。為了下文描述的隨后的測試，未合并有沿egr路徑的隔離結(jié)構(gòu)。噴嘴和流速優(yōu)化圖18、19和20分別列出對空氣幕噴嘴、擴(kuò)散噴嘴和側(cè)面噴射噴嘴的初始流速優(yōu)化的結(jié)果。表2總結(jié)了流速優(yōu)化的主要結(jié)果。通過在圖18的繪圖上選擇近似最小位置，確定優(yōu)化流速的值。表2中pm2.5的值代表優(yōu)化egr流速處的階段特定排放。表2.egr噴嘴流速優(yōu)化利用表2中可見的優(yōu)化流速，完成每個噴嘴配置的冷起動wbt。在表3-1中可見這些測試的結(jié)果。這些測試的pm2.5排放代表每個噴嘴配置的pm2.5排放最小量。在表3中可見，在燃燒室頂部附近噴射的側(cè)面噴射噴嘴引起最大的pm2.5減排，從基礎(chǔ)m5000pm2.5排放(見表3-2的m5000基礎(chǔ)值；pm；461mg基礎(chǔ)vs側(cè)面噴射噴嘴的248mg；單位能量pm280mg/mjd基礎(chǔ)vs側(cè)面噴射噴嘴的150mg/mjd)減少44％。與通常的基礎(chǔ)火力和其他兩個噴嘴配置的火力相比，使用側(cè)面噴射噴嘴還似乎增大火力。表3-1.利用egr的各種噴嘴的最小化pm2.5排放表3-2.基礎(chǔ)m5000性能利用表2中發(fā)現(xiàn)的排放因子，并且在知道wbt中消耗的燃料總量的情況下，可預(yù)計排放的pm總重量。預(yù)計的pm和測量的pm之間的對比容許確定流速測試中的測量結(jié)果是否可以提供對完全冷起動wbt的排放的相對準(zhǔn)確的代表。在表4中可見預(yù)計的和測量的pm排放之間的對比。表4.預(yù)計的vs測量的pm2.5排放表4中所見的誤差值指示，用于流速優(yōu)化的較短測試可用于準(zhǔn)確地預(yù)計總優(yōu)化冷起動排放量。此外，這指示噴嘴優(yōu)化過程的步驟3中的恒定效率假設(shè)不會引入顯著的不準(zhǔn)確。最后，此部分的結(jié)果指示，可通過將egr系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)有爐(諸如envirofitm5000爐)實現(xiàn)減排。測試還提供對使用上文描述的四步驟過程產(chǎn)生和測試新噴嘴配置的支持。例子iii-分析egr減排中涉及的變量在之前部分中描述的測試中，示出了可通過應(yīng)用egr實現(xiàn)減排。本部分利用類似的測試認(rèn)定、隔離并測量在egr通過側(cè)面噴射噴嘴時觀察到的影響減排的各種機(jī)制。測試平臺m5000再次被用于這些測試；但是，egr爐測試平臺相比上文描述的平臺經(jīng)過了修改。首先，規(guī)定導(dǎo)管的路線，從而使得氣體可以從壓縮氣體汽缸被噴射到m5000中。通過高性能alicat質(zhì)量流控制器調(diào)節(jié)噴射氣體的流速。測試方法假定egr烹飪爐的pm減排可以是以下機(jī)制結(jié)合的凈結(jié)果：增加的顆粒逗留時間；o2/co2的化學(xué)作用；混合；稀釋；溫度；以及火力。執(zhí)行本測試，以便盡可能隔離和確定相對于egr側(cè)面噴射噴嘴配置這些機(jī)制中的每個的相對重要性。增加的顆粒逗留時間通過將無顆粒的復(fù)制的egr氣體噴射到爐中確定火焰中顆粒材料的增加的逗留時間的作用。egr復(fù)制氣體由15％o2、5％co2和80％n2構(gòu)成，類似于以上測量的成分。以與用于側(cè)面噴射噴嘴的優(yōu)化質(zhì)量流速相等的質(zhì)量流速噴射復(fù)制氣體。在上文描述的實驗中，確定了對于起動和穩(wěn)定狀態(tài)火力階段側(cè)面噴射噴嘴的優(yōu)化流速分別為50至70slpm。但是，在側(cè)面噴射噴嘴的以優(yōu)化egr流速進(jìn)行的整個冷wbt中，鼓風(fēng)機(jī)輪處的溫度測量指示風(fēng)扇處的平均溫度為約333k。為了使egr氣體的質(zhì)量流速與復(fù)制的egr氣體匹配，應(yīng)用溫度修正并且使用44.7至62.6slpm的流速(其中，slpm根據(jù)alicat質(zhì)量流控制器規(guī)格，298k和14.7psi)?？傊胑gr復(fù)制氣體完成三個冷起動wbt復(fù)制。co2/o2循環(huán)的化學(xué)作用為了復(fù)制/隔離o2的化學(xué)作用，將純分子o2噴射到利用側(cè)面噴射噴嘴配置的爐中。必須做出兩個重要的考慮，以便估算在之前描述的egr爐測試中所見的o2的化學(xué)作用。第一，噴射的純o2的質(zhì)量流速應(yīng)該類似于優(yōu)化的egr爐測試中噴射的o2的質(zhì)量流速。考慮到egr氣體包括約15％的o2，應(yīng)該使用等于經(jīng)溫度修正的優(yōu)化流速的15％的流速。這引起對于起動和穩(wěn)定狀態(tài)火力階段分別為6.7和9.4slpm的純o2噴射流速。第二，噴射的o2的速度應(yīng)該類似于噴射的egr氣體的速度，以便模擬氣體進(jìn)入燃燒室的噴射深度。為了匹配測試之間的速度，側(cè)面噴射噴嘴中氣體逸出所通過的孔的直徑被修改成使得新孔面積減小至原孔面積的15％。完成三個冷起動wbt復(fù)制，其中，純o2被噴射到爐中。為了復(fù)制和隔離co2的化學(xué)作用，純co2被噴射到爐中。由于co2包括約5％的egr氣體，應(yīng)該使用等于經(jīng)溫度修正的優(yōu)化流速的5％的流速。這引起對于起動和穩(wěn)定狀態(tài)火力階段分別為2.2和3.1slpm的純co2噴射流速。由于這些流速顯著低于通過爐的總氣流，難以使噴射深度與側(cè)面噴射噴嘴匹配。為了調(diào)和此問題，使用擴(kuò)散噴射設(shè)定。這確保了爐的天然氣流將co2運(yùn)載到火焰中心位置的燃燒室中。完成三個wbt復(fù)制。由于模擬包括5％co2的egr氣體的co2流速極低，因此利用較高的co2流速運(yùn)轉(zhuǎn)額外的測試，以使得任何化學(xué)/物理作用更加明顯。跟隨著與在純o2噴射測試中使用的相同的過程，代替復(fù)制包括15％co2的egr氣體中co2的化學(xué)作用。完成三個wbt復(fù)制。由循環(huán)氮氣引起的混合、稀釋和溫度降低為了完成此研究，以優(yōu)化egr流速通過側(cè)面噴射噴嘴噴射氬氣?？傊瑘?zhí)行三個冷起動wbt。最初，試圖利用純氮氣運(yùn)轉(zhuǎn)這些測試，精確復(fù)制循環(huán)氮氣的混合、稀釋和溫度降低作用。但是，氮氣的熱容量使得不能維持火焰。因此，為這些測試選擇氬氣，因為它的熱容量是氮氣的一半。氬氣的低熱容量容許更好地理解火焰冷卻的作用，而不必使火焰冷卻過多以致于不能維持燃燒。此外，其惰性性質(zhì)容許通過將固有化學(xué)作用從方程式移除而對混合、稀釋和冷卻作用進(jìn)行隔離?；鹆榱烁綦x在部分4.4.3利用egr測試觀察到的增加火力的作用，將在egr爐中在測量火力下的預(yù)期pm排放與利用相同的燃料給料方法的基礎(chǔ)m5000排放相比。此外，利用在以上描述的基礎(chǔ)爐中火力和pm排放之間的關(guān)系，將在此部分中完成的所有測試與基于測量火力的預(yù)期基礎(chǔ)排放對比。這容許更準(zhǔn)確地隔離每個所測試的機(jī)制的作用。結(jié)果/討論所有測試都利用側(cè)面噴射噴嘴配置來完成，并且引用以上確定的50至70slpm的優(yōu)化流速。因此，每個機(jī)制對pm排放的作用的重要性應(yīng)該與在利用側(cè)面噴射噴嘴的egr測試中觀察到的pm減排(在表3-1中所見的)相對比。作為對讀者的提醒，利用此優(yōu)化的egr配置實現(xiàn)的平均冷起動水沸騰測試pm排放為150mg/mjd。增加的顆粒逗留時間在egr爐中，一部分顆粒物循環(huán)通過火焰。這將導(dǎo)致排放的凈pm2.5質(zhì)量減少，假設(shè)氧化是沿顆粒路徑的凈支配機(jī)制。如上文指示的，形成速率和氧化速率在約800℃的溫度下開始對抗。幸運(yùn)的是，在火焰彎管路中測量的溫度分布在燃燒室的大部分中超過800℃。這意味著氧化可超過形成速率并且通過火焰的顆粒循環(huán)可在pm2.5減排中器很大作用。通過執(zhí)行一組使用無顆粒egr復(fù)制氣體(由80％n2、15％o2和5％co2構(gòu)成)的冷起動wbt，隔離循環(huán)pm2.5和因此增加其氧化時間的作用。在下文中，在表5中可見這些測試的結(jié)果。表5.egr復(fù)制氣體測試結(jié)果在以上描述的測試中，確定了火力在pm排放中起很大作用，并且提出了用于基礎(chǔ)m5000pm2.5排放的模型。為了更好地隔離顆粒循環(huán)的作用，基于這些測試的測量火力，將圖5詳細(xì)說明的測試與預(yù)期的基礎(chǔ)m5000排放。這容許在相同的火力下對比表5中的測試產(chǎn)生的排放和基礎(chǔ)排放，而使得火力不再是影響因素并且容許更準(zhǔn)確地在實驗上隔離感興趣的機(jī)制。在表6中詳細(xì)說明此對比。表6.與經(jīng)火力修正的基礎(chǔ)相對比的egr復(fù)制測試結(jié)果egr復(fù)制氣體測試的平均pm2.5(mg/mjd)180平均測量fp(kw)3.4在測量fp下的預(yù)計基礎(chǔ)pm2.5(mg/mjd)440在表6中可見，利用無顆粒egr復(fù)制氣體實現(xiàn)從440(mg/mjd)至180(mg/mjd)的減少。這指示，在egr爐中觀察到的大部分pm2.5減排不是由顆粒循環(huán)引起的，而是由循環(huán)廢氣產(chǎn)物的氣體組分的化學(xué)和物理作用引起的。但是，無顆粒egr復(fù)制氣體測試的所得排放量略高于150(mg/mjd)的優(yōu)化egr爐排放量。這可意味著顆粒循環(huán)對從180(mg/mjd)至150(mg/mjd)的一些減排負(fù)責(zé)。co2/o2循環(huán)的化學(xué)作用循環(huán)氣體的之前的測量結(jié)果指示，在優(yōu)化egr爐冷起動wbt期間它平均由約15％的o2、5％的co2和80％的n2構(gòu)成。其他氣體成分可包括一氧化碳和氬氣，但它們的濃度足夠低，以將它們的作用認(rèn)作可忽略?？紤]到n2由于在火箭彎管爐中的生物質(zhì)燃燒期間經(jīng)歷的相對低的燃燒溫度而用作相對惰性氣體，可假設(shè)主要的化學(xué)作用是o2/co2循環(huán)的結(jié)果。在表7中可見將o2和co2的化學(xué)作用隔離的測試結(jié)果。注意，“以優(yōu)化流速的15％噴射純o2”和“以優(yōu)化流速的5％噴射純co2”測試直接復(fù)制它們各自在由15％o2和5％co2構(gòu)成的egr氣體中的化學(xué)作用。完成以優(yōu)化流速的15％噴射純co2”測試，以便使得co2的任何潛在化學(xué)作用更加明顯?？紤]到循環(huán)氣體必須總是80％n2，15％co2成分將指示爐幾乎接近總氣流的化學(xué)計量水平地操作。由于火箭彎管爐通常以相當(dāng)?shù)偷娜剂蠞舛炔僮?，因此?fù)制15％co2成分可被認(rèn)為是co2的絕對最大潛在化學(xué)作用的估計值。表7.co2和o2的作用的測試結(jié)果基于這些測試的測量火力，在表8中將表7詳細(xì)說明的測試結(jié)果與預(yù)期基礎(chǔ)m5000排放量相對比。這容許通過使使得火力變化不再是影響因素，更準(zhǔn)確地隔離感興趣的化學(xué)作用。表8.與經(jīng)火力修正的基礎(chǔ)相比co2和o2的作用的測試結(jié)果在表8中可見，噴射純o2會引起排放的pm質(zhì)量急劇減少。貫穿這些測試在視覺上觀察到的混合作用可忽略，并且可假設(shè)燃料附近的o2濃度不受影響。但是，在視覺上觀察到o2被噴射到下部燃燒室頂部附近的火焰中，從而使得燃燒室任一側(cè)上的噴射o2流在它們進(jìn)入m5000的煙囪時會聚。因此，可以得到結(jié)論，發(fā)生pm2.5質(zhì)量的顯著減少，并且主要由提高燃料上方火焰區(qū)域內(nèi)的o2濃度所引起的化學(xué)作用導(dǎo)致。co2的隔離的化學(xué)作用似乎不會引起排放的pm2.5質(zhì)量的任何顯著作用。這指示，橫跨潛在濃度范圍co2的化學(xué)作用對pm排放量有顯著作用?；旌?、稀釋和溫度降低為了更好地理解使氮氣循環(huán)通過側(cè)面噴射噴嘴的各種作用，以優(yōu)化egr爐流速噴射氬氣。利用以優(yōu)化流速進(jìn)氣的氬氣噴射完成三個冷起動wbt，下面在表9中可見其結(jié)果。表9.混合、稀釋和溫度降低作用的測試結(jié)果如之前部分描述的，基于這些測試的測量火力，在表10中將表9詳細(xì)說明的測試結(jié)果與預(yù)期基礎(chǔ)m5000排放相對比。這容許通過使使得火力變化不再是影響因素，更準(zhǔn)確地隔離感興趣的機(jī)制。表10.與經(jīng)火力修正的基礎(chǔ)相比混合、稀釋和溫度降低作用的測試結(jié)果在表10中可見，噴射氬氣的作用引起較小的pm2.5排放增加。排放的這種較小增加是經(jīng)提高的混合、反應(yīng)成分稀釋和溫度降低的結(jié)合的凈結(jié)果。為了更好地理解這三種機(jī)制的各自作用，首先將考慮混合。對于此測試組，將優(yōu)化egr爐質(zhì)量流速與氬氣相匹配。每個循環(huán)廢氣分子被替換成以相同速度噴射的氬氣分子?？紤]到混合是顆粒動量的函數(shù)，并且考慮到氬氣分子量為40(kg/千摩爾)，而循環(huán)廢氣分子量為約29(kg/千摩爾)。由于氬氣分子量較大，因此其動量和混合作用將大近似38％。在固體生物質(zhì)的燃燒過程中經(jīng)提高的混合的作用已被證明減少了含碳顆粒的排放。煤煙和煤煙前體的排放因混合不足而加重，其中，小批的未燃燒的蒸汽和顆?？梢噪x開燃燒區(qū)。因此，假設(shè)由氬氣引起的混合的隔離作用減少pm2.5排放。但是，氬氣噴射的總作用實際上導(dǎo)致pm2.5排放增加。因此，稀釋和溫度降低的氬氣結(jié)合作用實際上引起pm2.5排放增加。為了更好地理解冷卻對火焰的作用，對比在優(yōu)化的egr爐中的循環(huán)氮氣的冷卻能力和噴射的氬氣的冷卻能力。氬氣的熱容量為0.52(kj/(kg-k))，并且n2的熱容量為1.04(kj/(kg-k))。此外，在穩(wěn)定狀態(tài)階段期間計算質(zhì)量流對于氬氣為114g/分鐘并且對于循環(huán)n2為83g/分鐘?？紤]到兩種氣體的最初噴射溫度仍然接近周圍環(huán)境，可以得出結(jié)論，循環(huán)n2的冷卻作用(其通過用質(zhì)量流速乘以兩種氣體的熱容量來估算)比氬氣的冷卻作用大近似45％。這指示，egr爐中的循環(huán)n2對排放的作用更大。最后，文獻(xiàn)指示，在小的生物質(zhì)燃燒應(yīng)用中冷卻火焰的作用將增加顆粒的質(zhì)量排放。這可由低于約800℃的較冷區(qū)域的膨脹來解釋，其中，顆粒生成傾向于大于顆粒氧化。從此測試數(shù)據(jù)不容易看出固體生物質(zhì)燃燒中稀釋反應(yīng)組分的隔離作用。此外，此作用未在文獻(xiàn)中被良好地記錄。因此，稀釋和溫度降低的結(jié)合作用被組合在一起作為被觀察到引起pm2.5排放增加的一個排放機(jī)制?；鹆υ诶靡詢?yōu)化流速通過側(cè)面噴射噴嘴的egr的測試中，觀察到火力意外增大。這是因為生物質(zhì)表面附近的氧化劑的強(qiáng)制作用。為了隔離在優(yōu)化的egr測試的情況下觀察到的火力增大的作用，將在egr爐中在測量火力下的預(yù)期pm排放與利用相同燃料給料方法的基礎(chǔ)m5000排放相對比。表11.應(yīng)用egr引起的火力增大的作用表中所見的結(jié)果指示被隔離的由應(yīng)用egr引起的火力增大的作用導(dǎo)致pm排放略微增加。理解egr減排機(jī)制的一般結(jié)論egr爐的實驗優(yōu)化引起pm2.5質(zhì)量排放減少。經(jīng)優(yōu)化的配置將排放量從基礎(chǔ)值280mg/mjd減少至優(yōu)化值150mg/mjd。經(jīng)優(yōu)化的爐采用側(cè)面噴射噴嘴，側(cè)面噴射噴嘴將循環(huán)廢氣噴射到火焰的氧化區(qū)，并且強(qiáng)制混合和燃料消耗速率的增加。為了更好地理解凈減排背后的驅(qū)動力，認(rèn)定可影響pm2.5質(zhì)量潛在機(jī)制并且在實驗上隔離它們的作用。據(jù)確定，用于減小pm2.5質(zhì)量排放的機(jī)制包括由在火焰內(nèi)燃料上方噴射優(yōu)化o2濃度而產(chǎn)生的化學(xué)作用，經(jīng)由循環(huán)實現(xiàn)的顆粒在火焰中增加的逗留時間，以及經(jīng)提高的混合。在減少pm2.5排放的機(jī)制中，噴射優(yōu)化o2濃度的化學(xué)作用被示出是最突出的。co2循環(huán)的隔離作用被確定成對pm2.5排放沒有顯著作用。此外，由循環(huán)氮氣引起的溫度降低和稀釋的結(jié)合作用以及由應(yīng)用egr引起的燃料消耗速率增加的隔離作用很可能導(dǎo)致pm2.5排放增加。但是，當(dāng)這些機(jī)制的作用被結(jié)合起來時，觀察到排放的pm2.5質(zhì)量的凈減少。例子iv-egr與空氣噴射的對比已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在egr爐中減排的首要機(jī)制之一是當(dāng)被噴射到火焰的氧化區(qū)中時o2的化學(xué)作用。這些結(jié)果指示，以與egr爐側(cè)面噴射噴嘴配置類似的方式采用空氣噴射的爐可引起類似的或更大的減排。進(jìn)行了研究，以確認(rèn)此假定以及理解兩個根本不同的強(qiáng)制氣流系統(tǒng)之間的相對影響。測試方法m5000被用于這些測試。對于強(qiáng)制氣流空氣噴射系統(tǒng)，由alicat質(zhì)量流控制器調(diào)節(jié)的壓縮空氣按規(guī)定路線通過側(cè)面噴射噴嘴。側(cè)面噴射噴嘴與上文使用的那些相同，具有相對于燃燒室頂部處的爐天然氣流垂直地噴射空氣的直徑為4.9毫米的12個孔。為了公平地對比egr和空氣噴射，對于側(cè)面噴射噴嘴配置，確定每個強(qiáng)制氣流系統(tǒng)的最小pm排放。之前上文確定了利用egr的這種配置的最小排放。為了確定利用空氣噴射的最小排放量，遵循與部分4.4.3中所概述的相同的過程。一旦確定了每個強(qiáng)制氣流系統(tǒng)的最小排放量，就進(jìn)行對比。結(jié)果/論述下面在圖19中可見空氣流速優(yōu)化測試的結(jié)果。與50和70slpm的優(yōu)化egr流速相比，對于起動和穩(wěn)定狀態(tài)階段，利用空氣噴射的優(yōu)化流速被確定為40和80slpm。下面在表12中可見利用優(yōu)化空氣流速的三個冷起動wbt的結(jié)果以及優(yōu)化的egr流速測試的之前限定的結(jié)果。表12.空氣和egr對比表12中的結(jié)果指示，空氣噴射爐的性能優(yōu)于egr爐，具有70％的總減排量(與44％相比)。如上文示出的，提高火焰氧化區(qū)域中的o2濃度是對減排有貢獻(xiàn)的主要因素?？諝鈬娚錉t可強(qiáng)制提高o2濃度，而不需要像egr爐那樣稀釋或冷卻火焰，其中，循環(huán)廢氣部分地由co2構(gòu)成，因此增加了o2的總體化學(xué)作用。這些結(jié)果證明對于火箭彎管烹飪爐中的強(qiáng)制氣流系統(tǒng)來說空氣噴射可能是可行方案。因此，此研究的其余部分關(guān)注空氣噴射方法的進(jìn)一步優(yōu)化。在一些實施例中，不同的噴嘴配置可能更適合用于egr而非空氣噴射，反之亦然。例子v-優(yōu)化側(cè)面噴射噴嘴的空氣噴射噴嘴直徑在發(fā)現(xiàn)對于小型火箭彎管爐的情形來說強(qiáng)制氣流空氣系統(tǒng)的性能將優(yōu)于或等同于egr系統(tǒng)的性能之后，決定了研究將繼續(xù)利用空氣噴射進(jìn)一步優(yōu)化噴嘴。在部分7中，探討在利用固定噴射位置和固定數(shù)量的孔的同時改變側(cè)面噴射噴嘴的孔直徑的作用。測試方法m5000被用于這些測試。對于強(qiáng)制氣流空氣噴射系統(tǒng)，由alicat流控制器調(diào)節(jié)的壓縮空氣按規(guī)定路線通過側(cè)面噴射噴嘴。側(cè)面噴射噴嘴位于燃燒室頂部處，在平行方位中，每個噴嘴的6個孔。測試了四個不同的直徑，包括2.3、3.2、4.9和5.7mm。對于每個直徑，完成如上文所描述的流速優(yōu)化。然后對于每個直徑以優(yōu)化流速完成三個冷起動wbt。結(jié)果/論述噴嘴直徑和優(yōu)化的流速表13中可見對于每個直徑的流速優(yōu)化的主要結(jié)果?？稍趫D30-36處找到流速掃描測試的詳細(xì)結(jié)果。表13.側(cè)面噴射噴嘴的噴嘴直徑優(yōu)化結(jié)果呈現(xiàn)相對于基礎(chǔ)m5000pm2.5排放數(shù)據(jù)的pm2.5減排量，以供對比?？梢姡瑢τ诒粶y試的每個噴嘴直徑，實現(xiàn)了相對于基礎(chǔ)約70％的顯著pm2.5減排(對于5.7、4.9、3.2和2.3mm的直徑，分別地p＝0.03、0.02、0.02和0.02)?？梢娫谄饎与A段和穩(wěn)定狀態(tài)階段之間優(yōu)化的流速很不相同。這指示了，如以上顯示的，流速可與活力相關(guān)聯(lián)。還應(yīng)該注意，優(yōu)化的穩(wěn)定狀態(tài)流速傾向于隨著直徑的減小而略微減小。這可由觀察到的煙氣以較高的強(qiáng)制氣流速度從燃燒室的前部迸出的這一提高的傾向來解釋。此作用限制通過小直徑高速度噴嘴的流速。噴嘴直徑和pm排放量圖20將優(yōu)化的pm2.5排放量呈現(xiàn)為噴嘴直徑的函數(shù)。誤差線代表每組測試的80％置信區(qū)間。可見的是，在整個被測試的直徑范圍內(nèi)優(yōu)化的pm2.5排放量相似，指示了如果使用優(yōu)化的流速，則各種直徑將產(chǎn)生相似的減排量。圖21示出對于每個直徑以穩(wěn)定狀態(tài)流速噴射的空氣的速度。再次，誤差線代表每組測試的80％置信區(qū)間。從左至右的數(shù)據(jù)點代表5.7、4.9、3.2和2.3mm直徑。噴射噴嘴中孔口的直徑可大于約0.5mm并小于約3.5mm。在許多實施例中，噴射噴嘴中孔口的直徑可小于約9.0mm、8.0mm、7.0mm、6.0mm、5.0mm、4.5mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm、2.9mm、2.8mm、2.7mm、2.6mm、2.5mm、2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm或0.5mm，并且大于約0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm或9.0mm。在圖21中，可見噴射空氣的速度隨著側(cè)面噴射噴嘴孔直徑的減小而顯著增加，但是優(yōu)化的pm排放量仍然相對恒定。這暗示對于所測試的直徑范圍如果使用優(yōu)化的流速，則速度可以改變。在許多實施例中，離開噴射噴嘴的氣體的速度可從約5m/s至20m/s。在一些實施例中，氣體的速度可大于約1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、10m/s、11m/s、12m/s、13m/s、14m/s、15m/s、16m/s、17m/s、18m/s、19m/s、20m/s或25m/s，并且小于約30m/s、25m/s、20m/s、19m/s、18m/s、17m/s、16m/s、15m/s、14m/s、13m/s、12m/s、11m/s、10m/s、9m/s、8m/s、7m/s、6m/s、5m/s、4m/s、3m/s或2m/s。當(dāng)速度過低時(由于噴射孔口過大和/或傳送的氣體體積過小)，氣體可能不能橫穿火焰，將額外的氧化劑帶到火焰中心。從圖21可得出的另一個結(jié)論是，優(yōu)化排放的擴(kuò)散可隨著速度的增加而增大。如之前提及的，這可由觀察到的煙氣以較高的強(qiáng)制氣流速度從燃燒室的前部迸出的這一提高的傾向來解釋。局部峰值排放的行為在流速測試期間，在幾個實例中觀察到有趣的局部峰值排放行為。這種局部峰值行為的例子可在下面圖22中的30slpm和圖23中的40slpm處看到，其中，圖22展示對于起動階段3.2mm直徑的噴嘴的強(qiáng)制氣流流速范圍的結(jié)果，并且圖23展示對于穩(wěn)定狀態(tài)階段5.7mm直徑的噴嘴的強(qiáng)制氣流流速范圍的結(jié)果。對火焰和流體流特性的視覺觀察有助于為排放量中的這些局部峰值提供辯護(hù)。圖24描繪了觀察到的流模式。右側(cè)畫出的流分布是對通過燃燒室的流的粗略描繪，并且側(cè)面噴射噴嘴在黑箭頭處為曲線1至3補(bǔ)充流。點0代表在沒有強(qiáng)制氣流的情況下通過燃燒室的未受干擾的天然氣流。在點1處(其在圖23中的約20slpm處)，補(bǔ)充火焰的氧化區(qū)域，因此減少pm排放，但是在側(cè)面噴射噴嘴下方未發(fā)生混合。在點2處(其在圖23中的約40slpm處)，強(qiáng)制氣流足夠強(qiáng)和集中，足以熄滅噴嘴高度處的火焰的氧化區(qū)域，但是未足夠強(qiáng)到在噴嘴下方引發(fā)混合。熄滅火焰的氧化區(qū)域會引起pm排放局部增加。在點3處(其對應(yīng)于圖23中的流速60slpm及以上)，強(qiáng)制氣流足夠強(qiáng)，足以克服爐的天然氣流并且在整個燃燒室中引發(fā)混合。這更均勻地分布強(qiáng)制氣流，容許更好的強(qiáng)制氣流流速而不會因此熄滅火焰，并且最終引起顯著的pm減排。在所有流速范圍中都未觀察到此作用?？赡艿那疤崾?，如果使用更精細(xì)的流速范圍分辨率的話，則在所有流速范圍內(nèi)都將觀察到此作用。例子vi-空氣噴射位置的優(yōu)化為了進(jìn)一步調(diào)查空氣噴射方法，對噴射位置進(jìn)行評估。在這部分中，在g3300中探討各種噴射位置。測試方法g3300和m5000的pm排放性能的對比這些測試中使用的g3300在設(shè)計上類似于m5000，存在一些差異。g3300在燃燒室周圍絕緣，而m5000使用鋁輻射屏蔽結(jié)構(gòu)。與m5000比較，g3300具有略大的燃燒室，燃燒室具有較寬的開口。最后，g3300陶瓷基底小于m5000陶瓷基底。在其他方面，兩個爐具有類似的煙囪尺寸。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些差異引起兩個爐之間的基礎(chǔ)pm2.5排放量差異。但是，當(dāng)應(yīng)用強(qiáng)制氣流時，對爐的性能之間進(jìn)行額外對比。完成此第二對比，以確保從對m5000之前的工作獲得的強(qiáng)制氣流知識可延伸到對g3300的工作。利用直徑為2.3mm的側(cè)面噴射噴嘴完成每個爐的最小pm2.5排放量和優(yōu)化流速之間的對比。利用以上概述的相同過程確定每個爐的最小pm2.5排放量和優(yōu)化流速。噴射位置測試對于4個噴射位置最小pm2.5排放量和優(yōu)化流速之間的對比，包括燃燒室頂部以及煙囪部分的底部、中間和頂部。圖25呈現(xiàn)g3300火箭彎管式設(shè)計的剖視圖，標(biāo)出了一般噴射位置。標(biāo)出了距陶瓷基底(底面)頂部的距離，以厘米為單位。為了測試燃燒室噴射位置的頂部，使用側(cè)面噴射噴嘴。為了測試煙囪部分內(nèi)的噴射位置，制造“煙囪環(huán)”噴嘴。圖26展示用于煙囪最下部的煙囪環(huán)噴嘴。圖26所示的煙囪環(huán)式噴嘴水平地朝向煙囪的豎直軸線噴射氣體。對于此部分中的所有噴嘴，使用直徑為1.5mm的12個孔。選擇1.5mm是因為初步研究指示，具有較大直徑的煙囪環(huán)式噴嘴可以以緩慢的流速減少火焰。在一些情形中，這可引起煙霧和火焰被排放到燃燒室前部外。1.5mm直徑減少這種作用并且容許使用更高的強(qiáng)制氣流流速。下文提供對于噴射位置研究對1.5mm直徑的進(jìn)一步論述。最后，使用12個孔，用以幫助橫跨火焰分布強(qiáng)制氣流并且用以保持與之前工作的一致性。在一些實施例中，噴射孔口(孔)的數(shù)量可大于12或小于12。在一些實施例中，噴射孔口可在噴嘴內(nèi)均勻地分隔開或者可以并非均勻地間隔開，以幫助將氧氣傳送到火焰內(nèi)部。結(jié)果/論述g3300和m5000的pm排放性能的對比表14呈現(xiàn)當(dāng)利用直徑為2.3mm的側(cè)面噴射噴嘴時g3300和m5000之間的優(yōu)化pm2.5排放量的對比的主要結(jié)果。平均值代表3個測試的平均。表14.g3300和m5000的pm排放性能的對比和具有類似配置的優(yōu)化流速可見，對于兩個爐來說優(yōu)化的流速是類似的。這指示，兩個燃燒室之間的幾何結(jié)構(gòu)差異不會導(dǎo)致對于優(yōu)化的強(qiáng)制氣流流速的顯著差異或限制。這還暗示對于兩個爐及其他噴嘴配置來說優(yōu)化的強(qiáng)制氣流流速將是類似的。此外，可見對于兩個爐來說pm2.5排放量是類似的(p＝0.82)。這指示，在利用m5000的之前工作中測量的優(yōu)化pm2.5排放性能可以比得上利用g3300的優(yōu)化的pm2.5排放性能，并且當(dāng)應(yīng)用優(yōu)化的流速時兩個爐性能之間的差異不那么明顯。噴射位置表15呈現(xiàn)噴射位置研究的主要結(jié)果?？稍趫D30-36中發(fā)現(xiàn)流速范圍測試的更多詳細(xì)結(jié)果。表15.噴射位置優(yōu)化結(jié)果可見，橫跨底部三個噴射位置優(yōu)化流速是類似的。但是，在頂部噴射位置，優(yōu)化流速下降至10slpm。圖27由在流速范圍期間對于頂部噴射位置拍攝的圖像構(gòu)成。所公開的裝置、方法和系統(tǒng)可幫助減少來自生物質(zhì)爐的污染物。如上文和下文的例子所證明的，本發(fā)明可幫助減少來自生物質(zhì)爐的顆粒質(zhì)量排放，例如pm2.5排放，相對于氣體并未被主動噴射到火焰中(即，風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉，或者未安裝噴射系統(tǒng))的相同爐而言。在一些情形中，本發(fā)明提供約20％至約95％之間的pm2.5減排。在許多實施例中，pm2.5減排在約25％和85％之間。在一些實施例中，pm2.5減排大于約20％、25％、30、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，并且小于約100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％和25％。在0slpm的流速下，煙囪頂部出來的火焰高且纖細(xì)。在10slpm的流速下，火焰較短并且更濃縮。當(dāng)使用20slpm的流速時，火焰頂部在噴射位置處完全熄滅。這引起通過爐的氣流顯著減少，并且導(dǎo)致很多煙霧和火焰離開爐前部。最后，這將煙囪噴射位置頂部的優(yōu)化流速限制至10slpm，并且限制此配置的pm2.5減排潛能。但是此現(xiàn)象對于環(huán)噴嘴位于燃燒室中較低處的實施例不那么重要，因為火焰在較低位置處更強(qiáng)，不那么易受圖27中所見的作用影響。反而，在較低水平處，噴射氣體進(jìn)入火焰的氧化區(qū)域(而非熄滅它)以傳送氧氣，并且促進(jìn)額外的氧化和pm減少。對比來自底部三個噴射位置的優(yōu)化pm排放會得出煙囪底部是優(yōu)化噴射位置的結(jié)論。但是，在燃燒室頂部處進(jìn)行噴射也會導(dǎo)致良好的性能?？梢约俣ㄟ@些位置導(dǎo)致最大減少，因為它們在火焰最強(qiáng)處噴射并且補(bǔ)充顆粒的氧化，而不會引起火焰冷卻或熄滅。另一個重要的觀察是沸騰時間和每個噴射位置的火力的作用。煙囪底部噴射位置似乎導(dǎo)致火力顯著增加以及沸騰時間大大縮短，這兩個特征對消費者來說都相當(dāng)有價值。最后，在煙囪底部處噴射強(qiáng)制氣流可能是期望的。這種放置可幫助相對于基礎(chǔ)(p＝0.001)的減排并且可提供與側(cè)面噴射噴嘴(其侵入燃燒室中)相比相對不引人注意的設(shè)計。在許多實施例中，噴射噴嘴的放置促進(jìn)在燃燒室中的固體生物質(zhì)水平的上方的噴射氣體。在大多數(shù)實施例中，在固體燃料(例如圖26中所見的木柴)上方0.5至30.0cm處噴射氣體。在大多數(shù)實施例中，氣體以以下高度噴射到火焰中，所述高度大于約0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm、3.0cm、3.5cm、4.0cm、4.5cm、5.0cm、5.5cm、6.0cm、6.5cm、7.0cm、7.5cm、8.0cm、8.5cm、9.0cm、9.5cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm或25cm，并且小于約30cm、25cm、20cm、19cm、18cm、17cm、16cm、15cm、14cm、13cm、12cm、11cm、10cm、9.5cm、9.0cm、8.5cm、8.0cm、7.5cm、7.0cm、6.5cm、6.0cm、5.5cm、5.0cm、4.5cm、4.0cm、3.5cm、3.0cm、2.5cm、2.0cm、1.5cm或1.0cm。例子vii-優(yōu)化煙囪環(huán)噴嘴的空氣噴射噴嘴直徑在上文中，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)噴射位置在具有側(cè)面噴射噴嘴的燃燒室頂部處時噴嘴直徑不是最小化pm排放的強(qiáng)決定因素。但是，對于其他噴射位置和噴嘴配置，最小化的pm排放可能不是直徑的弱函數(shù)。因此，在此部分中，探討對于位于煙囪底部處的煙囪環(huán)式噴嘴來說直徑對排放量的作用。測試方法在g3300中測試對于位于煙囪底部處的煙囪環(huán)式噴嘴來說噴射直徑對排放量的作用。測試1.5和3.0mm的孔直徑。對于每個直徑，完成如上文所述的流速優(yōu)化。然后，對于每個直徑以優(yōu)化流速完成三個冷起動wbt。然后對比所得的優(yōu)化排放量和流速。結(jié)果/論述下面在表16中展示煙囪環(huán)式噴嘴的直徑優(yōu)化結(jié)果。表16.煙囪底部噴射位置的直徑優(yōu)化結(jié)果可見，1.5mm直徑噴嘴具有較大的優(yōu)化穩(wěn)定狀態(tài)流速。這是因為3.0mm直徑噴嘴引起火焰在大于20slpm的流速下熄滅，導(dǎo)致煙霧和火焰從燃燒室前部排出。還可見，與3.0mm直徑(p＝0.04)相比，對于1.5mm直徑優(yōu)化的pm2.5排放量顯著較低。火焰的熄滅限制強(qiáng)制氣流流速，這因此限制pm2.5減排量。此數(shù)據(jù)指示，對于煙囪環(huán)式噴嘴，直徑可小于約3mm。例子viii-優(yōu)化煙囪環(huán)噴嘴的空氣噴射角度在上文中，除了直徑之外調(diào)查了噴射位置。在此，探討對于噴射位置和直徑改變噴射角度的作用。測試方法為了理解噴射角度的作用，對比兩個配置的最小排放量。這些測試使用的噴射位置在煙囪底部處，在部分8中發(fā)現(xiàn)最佳噴射位置。測試的噴射角度為水平的或水平上方30°。圖28展示此研究中使用的兩個噴嘴的位置。此外，此研究中使用的兩個噴嘴具有直徑為1.5mm的12個孔。圖28示出在煙囪底部處被測試的噴射角度。圖29示出相對于水平方向以30°角度噴射的煙囪環(huán)噴嘴。結(jié)果/論述表17展示噴射角度研究的結(jié)果。流速范圍測試的更詳細(xì)結(jié)果可在圖30-36中找到。表17.噴射角度測試結(jié)果可見，對于30°噴射角度，最佳流速被限制為10slpm。此外，利用水平噴射角度實現(xiàn)的減排大于利用30°噴射角度實現(xiàn)的減排(p＝0.02)。成角度的噴射實現(xiàn)較少的減排，因為強(qiáng)制氣流的角度促進(jìn)通過爐的高總氣流。增加通過爐的總氣流可顯著冷卻火焰，特別是如果不存在高水平的混合的話。冷卻火焰可增加顆粒生成區(qū)域的體積并且減小顆粒氧化區(qū)域。雖然優(yōu)選水平噴射角度，但是噴射角度可在約-50°(相對于水平方向，0°，即從噴嘴朝向燃料向下)至約+50°(相對于水平方向，0°，即朝向上部燃燒室的頂部向上)之間變化，優(yōu)選從約-30°至約+30°。在許多實施例中，噴射角度可大于約-55°、-45°、-40°、-45°、-30°、-25°、-20°、-15°、-10°、-9°、-8°、-7°、-6°、-5°、-4°、-3°、-2°、-1°、0°(水平)、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°，并且小于55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、19°、18°、17°、16°、15°、14°、13°、12°、11°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1°、0°、-1°、-2°、-3°、-4°、-5°、-6°、-7°、-8°、-9°、-10°、-11°、-12°、-13°、-14°、-15°、-16°、-17°、-18°、-19°、-20°、-25°、-30°、-35°、-40°、-45°、-50°或-55°。當(dāng)前第1頁12