[发明专利]带电动均化的固体燃料燃烧器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为61/640,695、名称为“带电动均化的固体燃料燃烧器(SOLID FUEL BURNER WITH ELECTRODYNAMIC HOMOGENIZATION)”、2012年4月30日提交的美国临时专利申请的优先权利益；和申请号为61/616,223、名称为“多种燃料燃烧系统和方法(MULTIPLE FUEL COMBUSTION SYSTEM AND METHOD)”、2012年3月27日提交的美国临时专利申请的优先权利益；这些文件某种程度上与本文公开内容不矛盾，并通过引用并入。

背景

图1为说明根据现有技术的炉篦给料的固体燃料燃烧器的一部分的图解，且该固体燃料燃烧器根据本文的公开内容被改进。固体燃料燃烧器可包括界定燃烧容积的壁102和炉篦104，炉篦104支持其上的固体燃料106。火下燃烧空气(underfire combustion air)可被从炉篦104下方经由来自鼓风机110的火下或一次空气源(primary air source)108递送到燃料。热气112然后可被递送，以用于发电(例如，通过加热用于传输蒸汽到蒸汽轮机的水管)、以用于加热空气(例如，通过穿过空气-空气热交换器传输能量)，或用于加热处理材料。燃料106可包括各种固体燃料，诸如块煤(例如无烟煤、烟煤和/或褐煤)、生物质燃料、轮胎衍生燃料(TDF)、城市固体废物(MSW)、垃圾衍生燃料(RDF)、有害固体废弃物等。

固体燃料燃烧器以诸如结块等不理想的流动表现而著称。燃料结块已与对炉篦下方空气流动的可变阻力相关联。燃料结块可表现为在炉篦104上的燃料106中的“山丘”114和“山谷”116的形成。山丘114通常具有对气流的高阻力，而山谷116通常具有对气流的低阻力。此外，气流可被对壁102的接近所影响。此对气流的可变阻力的结果是，可能在山丘114上方区域118中具有比期望的更少的气流，且在山谷116上方区域120具有比期望的更多的气流。此外，响应于来自燃烧的高温度，固体燃料106通常会挥发，且实际燃烧的是挥发的、气相组分。在山丘114上方比山谷116上方存在更多的挥发，这可进一步增加山丘114上方区域118和山谷上方区域120之间的在组分上的不均等。

区域118、120的非均化性导致两个不合需要的情况。区域118具有低气流往往没有足够的氧气用于完全燃烧。这导致更低温度以及一氧化碳(CO)和其它不完全燃烧产物的高输出。相反地，在区域120中的过量的气流造成高温度和相对高的氧气和氮气的浓度，这两者都倾向于导致氮氧化物(NOx)的形成。

固体燃料燃烧器101的制造者和运营者已试图通过引入炉篦104上方的火上或二次空气和带有一个或多个火上空气源122的燃料106来改善与非均化性相关联的问题。火上空气通常以高速度引入，以帮助区域118、120的混合。遗憾的是，虽然火上空气可提供更多氧气以将CO完全燃烧成为二氧化碳(CO2)，但是其不影响NOx的形成或甚至可能使NOx的形成更加严重。此外，火上空气通常过量地被添加。过量的火上空气降低了烟气112的温度且可能降低由燃烧产生的热量驱动的过程的热力学效率。降低的热力学效率可能通常要求燃烧更多燃料以产生期望的输出，或可能以给定的燃料数量下减少输出量。最后，穿过宽阔的炉篦104递送火上空气的能力受可赋予火上空气的惯性大小和可通过与燃烧相关的浮力移动的距离的限制。

所需要的是一种能够改善与固体燃料燃烧器相关的反应性气体的均匀性或均化性的技术。还期望的是以最低的排气温度的冷却来改善气体均化性。最后，从改进横跨炉篦的均化性受益的一些应用，其中炉篦尺寸大于火上空气可能经过的尺寸。

概述

根据一种实施方案，一种固体燃料燃烧器可设置有用于提供电动均化的系统。固体燃料燃烧器可包括配置以支持燃烧的固体燃料的炉篦和配置以从炉篦下方传输火下空气到燃烧的固体燃料的火下空气源。用于提供电动均化的系统可包括电极(一个或多个电极)，该电极配置以应用电场到燃烧的固体燃料或邻近燃烧的固体燃料的区域。该电场，其可包括时变电场，可被选择以引起固体燃料的挥发馏分、燃烧气体和空气的混合和均化。该改进的混合和均化可导致减少一氧化碳(CO)的排放、减少氮氧化物(NOx)的排放、减少烟气中的氧气、增加烟气温度和/或允许更大的炉篦表面。