用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年5月10日提交的名稱為“COMBUST1N SYSTEM AND METHODFOR ELECTRICALLY ASSISTED START_UP(用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)和方法)”的美國臨時專利申請N0.61/822，201的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述臨時專利申請在不與本文公開內(nèi)容相矛盾的程度內(nèi)以引用方式并入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實施例，燃燒系統(tǒng)包括電荷源和啟動燃燒保持器，該電荷源被配置成向燃燒流體施加電荷，該啟動燃燒保持器被配置成在燃燒系統(tǒng)低于預(yù)定溫度閾值時吸引電荷和保持火焰以及在燃燒系統(tǒng)高于預(yù)定溫度閾值時不保持火焰。保持電壓源可被操作地聯(lián)接到啟動燃燒保持器并且被配置成將啟動燃燒保持器基本上保持在電荷吸引電壓電勢。冷卻器可被操作地聯(lián)接到啟動燃燒保持器。
[0004]燃燒系統(tǒng)可被配置成在燃燒系統(tǒng)高于預(yù)定溫度閾值時支持燃燒反應(yīng)。例如，遠(yuǎn)側(cè)有孔火焰保持器可被配置成在燃燒系統(tǒng)高于預(yù)定溫度閾值時保持燃燒反應(yīng)。
[0005]根據(jù)實施例，操作燃燒系統(tǒng)的方法包括操作電荷源以向燃燒反應(yīng)物施加電荷，用燃燒反應(yīng)物支持燃燒反應(yīng)使得燃燒反應(yīng)攜帶由燃燒反應(yīng)物攜帶到該燃燒反應(yīng)的電荷，以及向啟動燃燒保持器施加保持電壓的步驟。由燃燒反應(yīng)物和燃燒反應(yīng)攜帶的電荷被電吸引到由啟動燃燒保持器攜帶的保持電壓，使得響應(yīng)于將電荷吸引到啟動燃燒保持器而在鄰近啟動燃燒保持器的位置處保持燃燒反應(yīng)。在啟動位置處，燃燒反應(yīng)可預(yù)先加熱遠(yuǎn)側(cè)定位的有孔燃燒反應(yīng)保持器。在有孔燃燒反應(yīng)保持器被預(yù)先加熱之后，燃燒反應(yīng)可從啟動燃燒保持器中釋放。
[0006]根據(jù)實施例，操作燃燒系統(tǒng)的方法包括操作電荷源以向燃燒反應(yīng)施加電荷以及向啟動燃燒保持器施加保持電壓的步驟。由燃燒反應(yīng)攜帶的電荷被電吸引到由啟動燃燒保持器攜帶的保持電壓，使得響應(yīng)于將電荷吸引到啟動燃燒保持器而在鄰近啟動燃燒保持器的位置處保持燃燒反應(yīng)。在啟動位置處，燃燒反應(yīng)可預(yù)先加熱遠(yuǎn)側(cè)定位的有孔燃燒反應(yīng)保持器。在有孔燃燒反應(yīng)保持器被預(yù)先加熱之后，燃燒反應(yīng)可從啟動燃燒保持器中釋放。
【附圖說明】
[0007]圖1為根據(jù)實施例的被配置用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖2為根據(jù)另一個實施例的被配置用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)的框圖。
[0009]圖3為根據(jù)另一個實施例的被配置用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖4為根據(jù)另一個實施例的被配置用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖5為根據(jù)實施例的示出了在啟動狀態(tài)期間的燃燒器的操作的示意圖。
[0012]圖6為根據(jù)實施例的示出了在操作狀態(tài)期間的燃燒器的操作的示意圖。
[0013]圖7為根據(jù)實施例的示出了用于電輔助啟動遠(yuǎn)側(cè)火焰保持器的方法的流程圖。
[0014]圖8為根據(jù)另一個實施例的示出了用于電輔助啟動遠(yuǎn)側(cè)火焰保持器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]在以下【具體實施方式】中，參考形成本文一部分的附圖。除非在上下文中另外指明，否則在附圖中類似的符號通常表示類似的部件。在【具體實施方式】、附圖和權(quán)利要求中所述的示例性實施例并不用來進(jìn)行限制。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下，可采用其他實施例和/或可進(jìn)行其他更改。
[0016]圖1為根據(jù)實施例的被配置用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)100的示意圖。燃燒系統(tǒng)100包括電荷源102和啟動燃燒保持器106，該電荷源102被配置成向燃燒流體104施加電荷，該啟動燃燒保持器106被配置成在燃燒系統(tǒng)100低于預(yù)定溫度閾值時吸引電荷和保持火焰以及在燃燒系統(tǒng)100高于預(yù)定溫度閾值時不保持火焰。
[0017]—般而言，低于溫度閾值的溫度可對應(yīng)于系統(tǒng)啟動或可對應(yīng)于系統(tǒng)閑置狀態(tài)。高于溫度閾值的溫度對應(yīng)于燃燒系統(tǒng)(燃燒室)的正常操作溫度。
[0018]燃燒系統(tǒng)100可被配置成支持無火焰燃燒反應(yīng)，可經(jīng)認(rèn)證支持舉升位置燃燒反應(yīng)，并且可經(jīng)認(rèn)證在燃燒系統(tǒng)100高于預(yù)定溫度閾值時支持低氮氧化物(NOx)輸出燃燒反應(yīng)。
[0019]除此之外或作為另外一種選擇，升高的火焰保持器108可被配置成在燃燒系統(tǒng)100高于預(yù)定溫度閾值時保持燃燒反應(yīng)。升高的火焰保持器108可包括限定延伸穿過主體的多個穿孔的主體、高溫陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)、堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)、氧化鋁蜂窩結(jié)構(gòu)和/或具有方形截面尺寸為約1.99mm到5mm的通道的陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。升高的火焰保持器108可包括厚度為約0.5英寸到4英寸的蜂窩結(jié)構(gòu)板。根據(jù)另一個實施例，升高的火焰保持器108可包括厚度為約2英寸的蜂窩結(jié)構(gòu)板。
[0020]如上所述，高于溫度閾值的溫度對應(yīng)于一個或多個火焰保持器外圍的燃燒系統(tǒng)的正常操作溫度。預(yù)定溫度閾值可基本上由系統(tǒng)特定的額定燃燒溫度組成，高于該額定燃燒溫度6西格瑪或其他火焰穩(wěn)定可靠性經(jīng)認(rèn)證用于不由啟動燃燒保持器106保持的燃燒反應(yīng)。在其他實施例中，預(yù)定溫度閾值可基本上由對封裝燃燒器或鍋爐型號的評級組成。例如，認(rèn)證可由鍋爐或燃燒器制造商、系統(tǒng)認(rèn)證工程師、或鍋爐或燃燒器操作者提供。在一些實施例中，預(yù)定溫度閾值是作為數(shù)據(jù)承載于非瞬時性計算機可讀介質(zhì)上的系統(tǒng)控制程序值。根據(jù)實施例，用戶界面包括溫度閾值選擇器，該溫度閾值選擇器被配置用于供操作工程師選擇。
[0021]冷卻燃燒系統(tǒng)100 (在低于預(yù)定溫度閾值的溫度下)可暗示，系統(tǒng)(包括煙氣循環(huán)，如果有的話)的溫度對于燃燒來說太低而不能可靠地持續(xù)燃燒和/或?qū)τ谌紵磻?yīng)來說太低而不能實現(xiàn)清潔燃燒。相比之下，“熱”燃燒系統(tǒng)100 (在高于預(yù)定溫度閾值的溫度下)通?？杀徽J(rèn)為是在特定調(diào)節(jié)過程中處于至少暫時的穩(wěn)態(tài)或偽穩(wěn)態(tài)的熱輸出中。在許多燃燒系統(tǒng)中，熱燃燒系統(tǒng)100可接近絕熱火焰溫度減去與從燃燒反應(yīng)到散熱器(諸如蒸汽管、處理器、熱交換器或殼體)的熱傳遞對應(yīng)的溫度差。
[0022]燃燒流體104可包括在不同位置處的燃料流、火焰、燃燒空氣和煙氣。如上所述，將電荷添加到燃燒流體。在一些實施例中，將電荷添加到燃燒流體的特定部分，并且?guī)щ姴糠謱㈦姾蓚鬟f到火焰。在一些實施例中，在一個或多個特定位置處添加電荷并且經(jīng)過的燃燒流體的部分根據(jù)火焰位置而變化。
[0023]燃燒系統(tǒng)100可包括保持電壓源110，該保持電壓源110被操作地聯(lián)接到啟動燃燒保持器106并且被配置成將啟動燃燒保持器106基本上保持在電荷吸引電壓電勢。保持電壓源110可包括對應(yīng)于電壓接地點的電氣節(jié)點和被配置成輸出與施加于燃燒流體104的電荷極性相反的電壓的電壓源。保持電壓源110可被配置成使啟動燃燒保持器106保持在當(dāng)燃燒系統(tǒng)100低于預(yù)定溫度閾值時足以保持火焰的電壓電勢。
[0024]電子控制器(未示出)可被操作地聯(lián)接到保持電壓源110以及被配置成控制施加于啟動燃燒保持器106的保持電壓。被操作地聯(lián)接到電子控制器并且被配置成感測燃燒體積屬性的傳感器(未示出)可被操作地聯(lián)接到電子控制器。電子控制器可被配置成響應(yīng)于來自傳感器的反饋控制由充電電壓源輸出到電荷源102的電壓。傳感器可包括溫度傳感器。據(jù)發(fā)現(xiàn)，電子控制器為可選的。
[0025]燃料噴嘴112可被配置成輸出燃料流(在圖1中標(biāo)記為104)。燃料閥114可被操作地聯(lián)接到燃料噴嘴112并且被配置成控制燃料流量。在一種操作模式下，燃料閥114被配置成使得，當(dāng)燃燒系統(tǒng)100處于啟動模式(低于溫度閾值)時來自燃料噴嘴112的燃料流速度不足以將火焰從啟動燃燒保持器106吹熄，而當(dāng)燃燒系統(tǒng)100處于操作溫度(高于溫度閾值)下時該燃料流速度足以將火焰從啟動燃燒保持器106吹熄。
[0026]電子控制器(未示出)可被操作地聯(lián)接到燃料閥114。電子控制器可被配置成控制由燃料噴嘴112輸出的燃料流速。被操作地聯(lián)接到電子控制器并且被配置成感測燃燒體積屬性的傳感器可被操作地聯(lián)接到電子控制器，并且電子控制器可被配置成響應(yīng)于來自傳感器的反饋控制由燃料噴嘴112輸出的燃料流速。傳感器可包括溫度傳感器。
[0027]電荷源102可被配置成向具有一定電荷濃度或密度的燃燒流體104施加電荷，該電荷濃度或密度在燃燒系統(tǒng)100低于預(yù)定溫度閾值時足以使火焰被啟動燃燒保持器106保持而在燃燒系統(tǒng)100高于預(yù)定溫度閾值時不足以使火焰被啟動燃燒保持器106保持。
[0028]根據(jù)實施例，啟動燃燒保持器106被配置成在燃燒系統(tǒng)100啟動過程期間穩(wěn)定地保持火焰，并且在啟動過程完成之后不保持火焰。實驗發(fā)現(xiàn)，使啟動火焰保持器冷卻允許容易地調(diào)整火焰舉升特征。
[0029]圖2為根據(jù)另一個實施例的被配置成用于電輔助啟動的燃燒系統(tǒng)200的框圖。燃燒系統(tǒng)200包括被操作地聯(lián)接到啟動燃燒保持器106的冷卻器202。如圖2所示，啟動燃燒保持器106可被稱為近側(cè)保持器。根據(jù)實施例，啟動燃燒保持器106可包括引火燃燒器(未示出)中的全部或部分。冷卻器202可被配置成向啟動燃燒保持器106施加在燃燒系統(tǒng)200低于預(yù)定溫度閾值時足以使得啟動燃燒保持器106保持火焰的冷卻，可被配置成增加暖機循環(huán)期間啟動燃燒保持器106保持火焰的那部分時間，以及可被配置成升高燃燒體積溫度，啟動燃燒保持器106在此溫度下保持火焰。冷卻器202可包括被操作地聯(lián)接到冷卻器202和