一種混合燃燒裝置及利用該裝置的燃燒設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種混合燃燒裝置及利用該裝置的燃燒設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，各種以氣體、液體和固體形態(tài)存在的化石能源、生物質(zhì)能源以及它們的衍生品又是已被開(kāi)發(fā)利用能源中占絕對(duì)支配地位的能源。而上述能源由于燃料成分、燃燒方式存在的局限，容易燃燒不充分和產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，已經(jīng)給生態(tài)環(huán)境和人們的身心健康造成了巨大損害，如燃燒過(guò)程中排放的主要空氣污染物之一，氮氧化物已經(jīng)確定會(huì)造成大氣質(zhì)量退化，形成污霧和酸雨。
[0003]就化石能源而言，雖然其為各種能源中對(duì)環(huán)境造成壓力最大的能源，但目前還沒(méi)有能夠全面替代它的可行能源方案，且化石能源是不可再生的，它的日漸枯竭已逐步制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展并增加了人們的生活成本，鑒于化石能源的利用以燃燒為主要的能量轉(zhuǎn)換利用方式，所以改進(jìn)燃燒設(shè)備是不得不進(jìn)行的選擇。生物質(zhì)能源在人類發(fā)現(xiàn)和利用化石能源以前是占統(tǒng)治地位的能源，目前仍然在能源結(jié)構(gòu)中占非常重要的地位，其消費(fèi)總量?jī)H次于化石能源，對(duì)于生物質(zhì)能源而言，改進(jìn)燃燒設(shè)備同樣具有重要意義。并且，生物質(zhì)能源是可再生能源，是能夠?qū)崿F(xiàn)自然界碳循環(huán)而不增加大氣溫室效應(yīng)的能源，對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)清潔利用能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，符合節(jié)能減排建設(shè)生態(tài)文明的大政方針。
[0004]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，改進(jìn)燃燒通常可以有以下幾種方式:增加燃燒持續(xù)時(shí)間，升高燃燒溫度，或優(yōu)化氧氣與燃料的混合。然而，在某些情況下，增大某個(gè)因素可能會(huì)導(dǎo)致其他因素的減小。例如，優(yōu)化氧氣混合通常需要增大氣流，但當(dāng)更冷的空氣進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃燒溫度下降，因此對(duì)燃燒的改進(jìn)通常需要平衡上述幾種因素。
[0005]經(jīng)檢索和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有燃燒設(shè)備普遍存在燃燒結(jié)構(gòu)不合理、能量利用不充分的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾方面:一是空氣與燃料的占比不協(xié)調(diào)，氧氣不足會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全，氧氣過(guò)量會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的氮氧化物；二是氧化和還原反應(yīng)的關(guān)系沒(méi)有得到很好的解決，主要是對(duì)還原反應(yīng)的重視程度不夠，還原反應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)燃料、二氧化碳、水分子、氮氧化物等向一氧化碳、氫氣、氮?dú)獾绒D(zhuǎn)換，從而促進(jìn)進(jìn)一步的氧化反應(yīng)以及減少氮氧化物的排放；三是空氣和燃料的混合結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化，混合均勻度沒(méi)有很好實(shí)現(xiàn)，不利于充分燃燒、燃燒工況也不夠穩(wěn)定；四是燃燒反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間不夠長(zhǎng)，無(wú)益的熱輻射和熱質(zhì)量損失導(dǎo)致不同反應(yīng)區(qū)溫度得不到合理優(yōu)化并造成能量浪費(fèi)；五是由于換熱結(jié)構(gòu)的缺陷導(dǎo)致熱交換介質(zhì)吸熱不迅速、不充分。
[0006]上述幾個(gè)方面的問(wèn)題并不是孤立地存在，它們之間存在某種程度的關(guān)聯(lián)性，一個(gè)方面解決不好會(huì)影響其它方面的功效發(fā)揮從而導(dǎo)致既浪費(fèi)了燃料又污染了環(huán)境。且不僅化石能源及其衍生燃料的燃燒設(shè)備存在這種缺陷，對(duì)于生物質(zhì)燃料燃燒設(shè)備而言這種缺陷更明顯。如果生物質(zhì)燃料裂解燃?xì)馊紵怀浞郑敲慈紵O(shè)備對(duì)生物質(zhì)固體燃料的前期處理工作就得不償失了，未完全燃燒的生物質(zhì)裂解燃?xì)庵写嬖诘慕褂偷雀叻肿踊衔飼?huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
[0007]檢索對(duì)比的專利技術(shù)文獻(xiàn)主要有:專利號(hào)為CN200510009881.4于2005年9月28日公開(kāi)的一種生物質(zhì)與煤粉復(fù)合燃燒及生物質(zhì)再燃脫硝的燃燒裝置；專利號(hào)為CN200520031064.4于2006年11月29日公開(kāi)的一種煤粉摻燒秸桿發(fā)電燃燒器；專利號(hào)為CN200920025119.9于2010年2月3日公開(kāi)的適用于煤粉鍋爐的生物質(zhì)燃燒器；專利號(hào)為CN201520050117.0于2015年7月1日公開(kāi)的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的粉狀生物質(zhì)燃燒器；專利號(hào)為CN201320024063.1于2013年7月31日公開(kāi)的一種直噴式生物質(zhì)燃燒器；專利號(hào)為CN201510110422.9于2015年7月1日公開(kāi)的一種耦合分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)的低NOx鏈條爐；專利號(hào)為CN201510215794.8于2015年9月9日公開(kāi)的一種生物質(zhì)油燃燒裝置；專利號(hào)為CN200710192984.8于2008年5月21日公開(kāi)的用于產(chǎn)生活塞流的低氮氧化物分級(jí)燃料噴射燃燒器；專利號(hào)為CN200910162415.8于2011年3月23日公開(kāi)的生物質(zhì)氣化燃燒器；專利號(hào)為CN201510083006.4于2015年7月1日公開(kāi)的一種半預(yù)混低NOx燒嘴；專利號(hào)為CN201310223085.5于2013年8月21日公開(kāi)的沼氣自動(dòng)分級(jí)燃燒器；專利號(hào)為CN201520288521.1于2015年9月9日公開(kāi)的液化氣工業(yè)爐燃燒裝置；專利號(hào)為CN201510271908.0于2015年9月9日公開(kāi)的一種生物質(zhì)類固廢及危廢燃燒制汽工藝；專利號(hào)為CN201420737971.X于2015年8月5日公開(kāi)的一種生活垃圾焚燒爐油氣兩用型燃燒器；專利號(hào)為CN201210543178.1于2013年3月27日公開(kāi)的一種多層分級(jí)燃燒器；專利號(hào)為CN201510160266.7于2015年8月12日公開(kāi)的一種多級(jí)接力燃燒裝置；專利號(hào)為CN201010515398.4于2012年5月9日公開(kāi)的一種生物質(zhì)低碳爐；專利號(hào)為CN201220501480.6于2013年4月24日公開(kāi)的一種改進(jìn)型生物質(zhì)低碳爐；以及本申請(qǐng)人于2015年7月22日公開(kāi)的申請(qǐng)?zhí)枮?01510216305.0，名稱為一種生物質(zhì)炊事取暖爐的專利申請(qǐng)。
[0008]需要重點(diǎn)指出的是，上述專利公開(kāi)的燃燒設(shè)備一般采用一體化設(shè)計(jì)，混合燃燒功能的實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重依附于其它功能部件，不利于優(yōu)化爐體內(nèi)部的布局以節(jié)約空間拓展功能并降低成本，而且事關(guān)燃燒充分度這一核心問(wèn)題的混合燃燒裝置在出現(xiàn)故障后不易甚至無(wú)法修復(fù)或更換，燃燒設(shè)備存在被迫報(bào)廢的問(wèn)題。如本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510216305.0的專利，就存在這種整個(gè)燃燒設(shè)備一體化集成設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。該申請(qǐng)案雖然較其它生物質(zhì)爐在燃燒性能上有了較大提高，且設(shè)計(jì)了多種功能單元，但各功能單元混合燃燒功能及其它功能的實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上作為一個(gè)整體高度依賴不可分割，是一損倶損的關(guān)系，與混合燃燒功能的實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)的零部件出現(xiàn)故障后難以處理，就算能夠修復(fù)或更換也只能總體處理，代價(jià)較高。燃燒設(shè)備每個(gè)功能單元之間混合燃燒功能的緊密關(guān)聯(lián)性制約了每個(gè)功能單元混合裂解功能的獨(dú)立性，每個(gè)功能單元都有若干級(jí)兼作燃?xì)馔ǖ赖幕旌先紵ǖ兰丛撋暾?qǐng)案所述的各級(jí)混合裂解腔，但只有在同一個(gè)功能單元中各級(jí)混合裂解腔之間才連通成一根通道，不同功能單元之間的混合裂解腔是不連通成一根通道的。各功能單元的若干級(jí)供氧管以及與其一一對(duì)應(yīng)的供氧腔的緊密集成結(jié)構(gòu)使得上述局限性更加明顯。且至少兩組功能單元若干級(jí)供氧管所對(duì)應(yīng)的每一級(jí)供氧腔都共同對(duì)應(yīng)同一個(gè)空氣預(yù)熱通道(即本申請(qǐng)案所述的非一次風(fēng)供給機(jī)構(gòu))，各功能單元不同級(jí)供氧管所對(duì)應(yīng)的不同級(jí)供氧腔對(duì)應(yīng)不同的空氣預(yù)熱通道，這些不同預(yù)熱通道最近的共同入口都位于加料筒蓋外部的供氧室。顯然完全可以進(jìn)行新的設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)這種缺陷，設(shè)計(jì)一種混合燃燒裝置，每一個(gè)這種混合燃燒裝置只能應(yīng)用于燃燒設(shè)備的一個(gè)功能單元而不是一個(gè)混合燃燒裝置可同時(shí)應(yīng)用于燃燒設(shè)備的多個(gè)功能單元，并且當(dāng)燃燒設(shè)備只有一個(gè)功能單元時(shí)可以只使用一個(gè)混合燃燒裝置，也可以使用多個(gè)這樣的混合燃燒裝置松散地搭配組合以便于維修保養(yǎng)和設(shè)備創(chuàng)新；并且當(dāng)燃燒設(shè)備有多個(gè)功能單元時(shí)，多個(gè)混合燃燒裝置的空氣預(yù)熱供給通道可以根據(jù)燃燒設(shè)備的整體布局優(yōu)化調(diào)整，而不是把所有的不同空氣預(yù)熱供給通道都從加料筒蓋外的供氧室逐個(gè)引出；如果空氣供給通道受到加料筒蓋及其外部供氧室的制約，那么在燃料供給方式為自動(dòng)化的螺旋擠壓、鏈條傳輸輸送時(shí)就不能適應(yīng)這種新的變化。
[0009]此外，作為燃燒設(shè)備的一種，目前生物質(zhì)燃料燃燒設(shè)備普遍采用的方案是通過(guò)空氣噴口向兼作混合燃燒通道的燃料通道中補(bǔ)充助燃空氣。上述方案的缺陷是對(duì)于同一款生物質(zhì)爐，爐膛中添加燃料的多少、生物質(zhì)燃料品種的不同以及不同工況下?tīng)t膛溫度的差異都會(huì)使得所產(chǎn)燃料的量處于波動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。即使是有的生物質(zhì)爐對(duì)助燃空氣的供應(yīng)進(jìn)行了分級(jí)處理，比如本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510216305.0的專利，也還是存在助燃空氣在分級(jí)分配方面沒(méi)有充分考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)對(duì)各級(jí)混合燃燒通道的不同需求問(wèn)題，沒(méi)有對(duì)各級(jí)空氣通道的空氣噴射量做出合理的優(yōu)化。這個(gè)問(wèn)題并非只有生物質(zhì)燃燒設(shè)備存在，其它類型燃燒設(shè)備也有同樣的缺陷。
[0010]再次，現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)燃燒設(shè)備點(diǎn)火初期以及燃燒終了階段的關(guān)注不夠，尤其對(duì)于能夠氣化燃燒的固體燃料燃燒設(shè)備，雖然本申請(qǐng)人在專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510216305.0的專利中已通過(guò)對(duì)灰斗的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了拉開(kāi)灰斗可同時(shí)增加從爐橋進(jìn)入爐膛的一次風(fēng)和從爐膛二次配風(fēng)自然增強(qiáng)腔(即該申請(qǐng)案所述的爐膛?；饛?qiáng)化通道)進(jìn)入爐膛的非一次風(fēng)，使得起火迅速且燃燒充分，但未能實(shí)現(xiàn)在需要時(shí)向爐膛供應(yīng)的一次風(fēng)與非一次風(fēng)的各自單獨(dú)控制。而所述各自單獨(dú)控制的重要性在于能實(shí)現(xiàn)既需要增強(qiáng)爐膛非一次風(fēng)的供應(yīng)以提高爐膛溫度和氧化反應(yīng)程度，又需要限制一次風(fēng)的供應(yīng)以限制燃料的氣化劇烈程度，即能實(shí)現(xiàn)?；鹎疤嵯碌倪m當(dāng)強(qiáng)化。
[0011]生物質(zhì)固體燃料的燃燒特性決定了理想的點(diǎn)火方式是反燒點(diǎn)火。對(duì)于普通的類水平式爐膛，所述反燒點(diǎn)火是指先在爐膛中添加一定的燃料，然后從這些燃料的上表面點(diǎn)火以減少甚至杜絕點(diǎn)火初期未燃煙霧排放造成的污染。對(duì)于縱向的類垂直自動(dòng)落料逐層燃燒設(shè)備，所述反燒點(diǎn)火通常是指先從爐膛上部縱向加料機(jī)構(gòu)加料桶的頂部加料口向爐膛底部添加一些引火柴點(diǎn)燃，火焰類水平轉(zhuǎn)向后再向上移動(dòng)至混合燃燒通道，當(dāng)引火柴燃燒程度強(qiáng)到不會(huì)被后續(xù)添加的大量燃料蓋滅后再?gòu)目v向爐膛的頂部加料口向爐膛添加足夠的燃料。對(duì)于非自動(dòng)化控制的民用生物質(zhì)燃燒設(shè)備來(lái)講上述兩種采用反燒點(diǎn)火的爐膛共同的缺點(diǎn)是由于只有一個(gè)加料口，點(diǎn)火時(shí)無(wú)論是橫向還是縱向都受到可操作縱深的制約，從而也對(duì)燃燒設(shè)備燃料的總?cè)莘e、反應(yīng)區(qū)的燃料容積以及整體設(shè)計(jì)帶來(lái)不利影響，尤其是對(duì)于需要進(jìn)行燃燒切換的多功能的生物質(zhì)燃燒設(shè)備更需要克服一個(gè)加料口的局限。而增加加料機(jī)構(gòu)縱深，尤其是縱向加料桶深度來(lái)提高燃料總?cè)莘e還會(huì)帶來(lái)一個(gè)衍生問(wèn)題，就是大量生物質(zhì)燃料受熱后會(huì)在加料機(jī)構(gòu)上部積聚較多游離態(tài)水分和煙氣，這種游離態(tài)水氣會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)壓塊和顆粒等成型燃料膨脹粘成一體并因后續(xù)燃料的潮濕度大而對(duì)燃燒產(chǎn)生非常不利的影響。增加加料桶縱向深度還會(huì)帶來(lái)另一個(gè)衍生問(wèn)題，隨著料桶深度的增加，料桶本身會(huì)產(chǎn)生有損燃燒效果的負(fù)壓抽力，這種有害的負(fù)壓抽力隨著溫度的升高而增強(qiáng)，在一定程度上會(huì)削弱燃燒設(shè)備的有益負(fù)壓作用，會(huì)導(dǎo)致從高處加料口溢出煙氣，尤其在通過(guò)高處加料口添加燃料時(shí)負(fù)面影響更加明顯。
[0012]燃燒設(shè)備，尤其對(duì)于民用的燃煤和生物質(zhì)多功能燃燒設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)雖然存在類似燃燒切換開(kāi)關(guān)這樣的設(shè)計(jì)，但大都是通過(guò)改變同一個(gè)混合燃燒通道火焰噴射方向來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒室功能切換的。這種設(shè)計(jì)的缺陷在于，一個(gè)拓展功能的實(shí)現(xiàn)往往以增加同一束火焰在不同燃燒室的行程來(lái)實(shí)現(xiàn)，能量的損失非常大，雖然本申請(qǐng)人在專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510216305.0的專利中采