固體燃料的燃燒方法及燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體燃料燃燒領(lǐng)域，具體地講，有關(guān)于一種固體燃料燃燒方法及燃燒
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]從燃料分類角度來看，固體燃料因資源豐富、使用安全，是現(xiàn)代人類使用最為廣泛的一種燃燒材料，特別是煤。另外，隨著以煤為代表的礦物質(zhì)固體燃料的需求量的增大、資源的減少，以及全球新能源運動的展開，可再生的生物質(zhì)燃燒材料，如秸桿、稻草、木材、木屑、枯枝等得到人們的高度重視。
[0003]目前使用生物質(zhì)燃燒材料的主要方式直接點燃燃燒，這種方式燃燒效率非常低，并產(chǎn)生大量的黑煙，造成環(huán)境污染。
[0004]一直以來，很多人都試圖采用現(xiàn)有的燃煤爐具來燃燒生物質(zhì)燃料。由于生物質(zhì)燃燒材料與固定碳含量較高的礦物質(zhì)燃燒材料的燃燒特性具有比較大的區(qū)別，現(xiàn)有的燃燒爐具并不能適應由可再生的生物質(zhì)材料構(gòu)成的固體燃料的燃燒，造成燃燒效率低，存在排放污染等問題，從而制約了生物質(zhì)燃燒材料的應用。另外，現(xiàn)在大量使用的煤都是固定碳含量比較高的高級煤，例如無煙煤、煙煤等，一些低級煤，例如褐煤、泥煤等，利用現(xiàn)有的燃燒裝置，也同樣存在燃燒效率低，冒黑煙等問題，因此目前還沒有得到廣泛應用。
[0005]本發(fā)明人在仔細研究后發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)燃燒材料和低級煤(例如褐煤、泥煤等)與高級煤的相比，主要的區(qū)別是，高級煤的固定碳含量很高(一般在90%以上)，因此在燃燒時主要是固定碳燃燒方式；而生物質(zhì)燃燒材料和低級煤的固定碳含量比較低，而揮發(fā)份含量比較高(大概在50% — 70% )。這種揮發(fā)份含量高的固體燃料，主要存在兩個特點:1)揮發(fā)份析出溫度低于揮發(fā)份燃點；2)揮發(fā)份的燃點高于灰熔點。
[0006]目前的燃燒爐一般分為正向燃燒爐和反式燃燒爐兩種，由于生物質(zhì)燃料和低級煤存在上述特點，采用這兩種燃燒爐都無法實現(xiàn)持續(xù)高效燃燒。
[0007]現(xiàn)有的正向燃燒爐一般是從爐箅下方供風，進入爐膛的風產(chǎn)生的氣流由下而上穿過爐箅，使爐箅上的燃料燃燒產(chǎn)生的火焰向上正向燃燒。該正向燃燒裝置燃燒時，存在如下問題:
[0008]I)燃燒效率低。在燃燒時，由于揮發(fā)份的析出溫度低于揮發(fā)份的燃點，揮發(fā)份首先析出并以黑煙的方式排放到空氣中，剩余的固定碳部分再進行燃燒，這樣只利用了其中的固定碳燃燒產(chǎn)生的熱量，不但燃燒效率比較低，而且存在排放污染。
[0009]2)不能持續(xù)燃燒。該正向燃燒裝置由于通過爐箅供風，在爐箅位置形成高溫火床。而由于燃料的灰熔點低于揮發(fā)份和固定碳的燃點，在爐箅上固定碳燃燒的高溫環(huán)境下，火床溫度高于灰熔點，燃燒后的爐灰處于呈粘稠狀的熔融狀態(tài)，會糊在爐箅上，無法通過爐箅或者其它排灰機構(gòu)(例如撥灰棒)正常排出。該粘稠狀的爐灰混合在正在燃燒的燃料中，不但極大地影響了燃料的燃燒效率。并且，該粘稠狀的爐灰粘在爐箅子上，堵塞了爐箅上的進風通道，一段時間后會將爐箅糊死，使得燃燒爐無法繼續(xù)工作。
[0010]反式燃燒爐的特點是，出火口低于爐箅，進入爐膛的風產(chǎn)生的氣流由上而下穿過爐箅后經(jīng)連通于出火口的尾氣出口排出，從而使燃燒產(chǎn)生的火焰反向通過爐箅后再到達出火口。
[0011]反式燃燒方式與正向燃燒相比，析出的揮發(fā)份可以在通過爐箅時被火焰點燃，燃燒效率得到了提高。然而由于高溫火焰位于爐箅位置，這也使得爐箅位置的溫度非常高，在高溫環(huán)境下，燃燒后的爐灰處于呈粘稠狀的熔融狀態(tài)，會糊在爐箅上，堵塞了爐箅的氣流通道，很快就會將爐箅糊死，使得燃燒爐無法繼續(xù)工作。
[0012]另外，由于燃料的揮發(fā)份析出溫度低于燃料的燃點，現(xiàn)有的正向燃燒和反式燃燒裝置在點火時，燃料首先達到揮發(fā)份析出溫度然后才進入燃燒狀態(tài)，先析出的揮發(fā)份以黑煙的形式排放的空氣中，形成點火時冒黑煙現(xiàn)象，不但造成嚴重的環(huán)境污染，而且由于僅通過固定碳燃料逐漸燃燒來引燃，不但不易點燃，而且溫度升高慢，點火時間長。
[0013]因此，有必要提供一種適合揮發(fā)份含量高的固體燃料(例如生物質(zhì)燃料)燃燒的固體燃料燃燒方法和裝置，來克服現(xiàn)有燃燒爐存在的上述缺陷，實現(xiàn)固體燃料的有序可控燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于，提供一種固體燃料的燃燒方法及燃燒裝置，不但能夠使固體燃料中的揮發(fā)份充分燃燒，而且解決了熔灰問題，保證了燃料的持續(xù)燃燒。
[0015]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種固體燃料的燃燒方法，在爐膛頂部設(shè)有進料口，在爐膛內(nèi)對應進料口設(shè)有承接從進料口進入的燃料的爐箅，從進料口進入的固體燃料在爐箅上形成由進料口延伸到爐箅的堆料層；在該堆料層其中一側(cè)的爐膛設(shè)有連通于尾氣出口的燃燒腔，堆料層鄰近燃燒腔的側(cè)面形成為燃燒側(cè)，其中，僅從與燃燒側(cè)相對的堆料層另一側(cè)上部向堆料層供風，點燃堆料層，風穿過堆料層，從堆料層的燃燒側(cè)穿出，在堆料層的燃燒側(cè)形成朝向燃燒腔的燃燒火焰，燃料隨著體積變小而逐漸下移，新燃料在重力作用下自動補充到堆料層上，該新燃料被加熱后析出揮發(fā)份；風帶著析出的揮發(fā)份從堆料層的燃燒側(cè)穿出并朝向燃燒腔流動，揮發(fā)份被燃燒火焰產(chǎn)生的熱點燃，進入燃燒腔燃燒，燃燒尾氣從尾氣出口排出；同時，析出揮發(fā)份后的固定碳燃料被點燃，進行碳燃燒，產(chǎn)生新的燃燒火焰，燃盡后產(chǎn)生的灰燼通過堆料層底部的爐箅排出，隨著燃燒的進行，新燃料不斷補充至堆料層上，形成燃燒循環(huán)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種固體燃料的燃燒裝置，包括爐膛，在爐膛上設(shè)有進風口和固體燃料進料口，其中，所述進料口設(shè)在爐膛頂部，在爐膛內(nèi)對應所述進料口設(shè)置有承接從進料口進入的固體燃料的爐箅，固體燃料形成從進料口延伸到爐箅上的堆料層，在該堆料層其中一側(cè)的爐膛設(shè)有連通于尾氣出口的燃燒腔，堆料層鄰近燃燒腔的一側(cè)形成為燃燒側(cè)，與該燃燒側(cè)相對的堆料層另一側(cè)形成為進風側(cè)，在進風側(cè)具有僅允許向堆料層上部供風的側(cè)壁，從而進入爐膛的風所產(chǎn)生的主氣流由堆料層進風側(cè)上部進入堆料層，穿過堆料層后從燃燒側(cè)進入燃燒腔，最后從尾氣出口排出。
[0017]采用本發(fā)明的上述燃燒方法和燃燒裝置，由于在進風側(cè)設(shè)置了僅允許向堆料層上部供風的側(cè)壁，這樣，進入爐膛的風所產(chǎn)生的氣流主要由堆料層進風側(cè)的上部進入堆料層，并且，隨著高度的降低進入爐膛的風所產(chǎn)生的氣流會慢慢減弱，在堆料層底部爐箅位置幾乎沒有氣流通過。燃燒時，主氣流穿過堆料層上部并與揮發(fā)份混合，混合后的氣體從燃燒側(cè)進入燃燒腔并在燃燒側(cè)的上部和燃燒腔內(nèi)形成高溫火焰區(qū)，而析出揮發(fā)份的固定碳與少量氣流在堆料層的下部緩慢燃燒，堆料層下部的固定碳燃燒僅起到加熱堆料層以加速揮發(fā)份的析出以及為揮發(fā)份燃燒提供所需高溫環(huán)境的作用，因而在堆料層底部爐箅位置不存在高溫火床。隨著燃燒的進行，體積變小的固定碳燃料逐步下移，燃燒時間越長的固定碳燃料位于越向下的位置，使得下部的固定碳燃燒層越向下溫度越低，燃燒所產(chǎn)生的爐灰也在固定碳燃料向下移動過程中，在重力作用下通過底部爐箅被排入到下部的灰室中，有效解決了現(xiàn)有燃燒爐存在的熔灰問題，保證了燃燒爐的持續(xù)穩(wěn)定燃燒。
[0018]同時，在燃燒過程中，新補充到堆料層的燃料被下層固定碳燃料加熱析出的揮發(fā)份隨著氣流朝向燃燒腔流動，而下層固定碳燃料燃燒產(chǎn)生火焰也在氣流帶動下朝向燃燒腔燃燒，在揮發(fā)份經(jīng)過燃燒火焰時，被燃燒火焰產(chǎn)生的高溫點燃，從而實現(xiàn)了揮發(fā)份的充分燃燒。并且，由于本發(fā)明的燃燒裝置可以隨著燃燒的進行利用重力自動有序進料，可以使燃燒爐處于無人值守的運行狀態(tài)，不但節(jié)省了人力，而且由于堆料層處于動態(tài)平衡狀態(tài)，使得固定碳燃燒和揮發(fā)份析出一直處于連續(xù)穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)下，有效保證了揮發(fā)份的充分燃燒，提高了燃燒效率，實現(xiàn)了燃燒爐的有序可控燃燒。
[0019]在本發(fā)明一個可選的例子中，堆料層在進風側(cè)和燃燒側(cè)之間的兩相對側(cè)面與爐膛內(nèi)壁相接，從而將進風側(cè)與燃燒側(cè)隔離。由于本發(fā)明的堆料層構(gòu)成進風側(cè)與燃燒側(cè)的隔離體，使得進風側(cè)的風只能穿過堆料層才能進入燃燒側(cè)，從而實現(xiàn)了進風側(cè)的風對燃料燃燒和揮發(fā)份燃燒的有效供給。
[0020]在一個可選的例子中，爐膛的進料口與爐箅之間的位于進風側(cè)與燃燒側(cè)之間的該兩相對側(cè)內(nèi)壁的側(cè)壁面，與堆料層在進風側(cè)與燃燒側(cè)之間的兩側(cè)面可形成的自然堆放坡度一致或位于該自然堆放坡度內(nèi)側(cè)，從而使得堆料層在進風側(cè)與燃燒側(cè)之間的兩側(cè)面與爐膛內(nèi)壁相接。
[0021]在本發(fā)明一個可選的例子中，所述進風側(cè)的側(cè)壁設(shè)置成，在進風側(cè)上部形成有允許氣流通過的允流結(jié)構(gòu)，在進風側(cè)下部形成有阻擋氣流通過的阻流結(jié)構(gòu)。
[0022]在一個可選的例子中，所述進風側(cè)側(cè)壁整體為阻流結(jié)構(gòu)，該側(cè)壁的頂部與爐膛頂壁之間具有間隔，由該間隔形成為所述的允流結(jié)構(gòu)。
[0023]在一個可選的例子中，所述進風側(cè)側(cè)壁頂部與爐膛頂壁相接，其中上部為允流結(jié)構(gòu)，下部為阻流結(jié)構(gòu)。
[0024]在一個可選的例子中，所述允流結(jié)構(gòu)為設(shè)置在進風側(cè)側(cè)壁上部的開口或者允許氣流通過的空隙結(jié)構(gòu)。
[0025]在一個可選的例子中，所述空隙結(jié)構(gòu)為柵欄結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)或網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0026]在一個可選的例子中，所述側(cè)壁為豎直側(cè)壁、傾斜側(cè)壁或弧形側(cè)壁。
[0027]在一個可選的例子中，所述側(cè)壁由所述爐膛的一部分側(cè)壁構(gòu)成。
[0028]在本發(fā)明另一個可