高輸出多孔磚瓦燃燒器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種操作燃燒器系統(tǒng)的方法，所述方法包括將燃料流引入有孔火焰保持器中，燃燒所述燃料流，其中大部分燃燒發(fā)生在所述火焰保持器的輸入面與輸出面之間，并且從所述燃燒產(chǎn)生至少1.5kBTU/H/in2的熱輸出。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高輸出多孔磚瓦燃燒器
[0001] 相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本專(zhuān)利申請(qǐng)要求2014年2月14日提交的名稱(chēng)為叩肥L COMBUSTION SYSTEM mH A PERFORATED REACTION朋LDER"(具有有孔反應(yīng)保持器的燃料燃燒系統(tǒng)）的PCT專(zhuān)利申請(qǐng) No.PCT/US2014/016632(代理人案卷號(hào)2651-188-04)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，并且根據(jù)35 USC 120 本專(zhuān)利申請(qǐng)為該P(yáng)CT專(zhuān)利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng);該P(yáng)CT專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诓坏钟|本文的公開(kāi)內(nèi)容的 程度上W引用方式并入。
【背景技術(shù)】
[0003] 具有一定孔隙度的陶瓷磚瓦燃燒器可W在多種應(yīng)用中用作火焰保持器和福射熱 源。通常情況下，將包含燃料組分和氧化劑組分的燃料流在從陶瓷磚瓦燃燒器的輸入面引 入，由此燃料流流入陶瓷磚瓦的通道或孔。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)提出，根據(jù)陶瓷磚瓦燃燒器的表面熱負(fù)荷，燃料流可W在多孔磚瓦內(nèi)開(kāi) 始燃燒，或者可W在流出多孔磚瓦的輸出面時(shí)燃燒。例如，授予Sarkisian的美國(guó)專(zhuān)利 No. 4919605中解釋?zhuān)?在低表面熱負(fù)荷下，陶瓷磚瓦充當(dāng)福射燃燒器。氣態(tài)反應(yīng)物的燃 燒......發(fā)生在陶瓷磚瓦內(nèi)，并且磚瓦成為福射點(diǎn)。進(jìn)入的反應(yīng)物的點(diǎn)火由陶瓷[磚瓦]的 高溫引起。"
[0005] 增加表面熱負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致燃料流的速度加快。根據(jù)Sarkisian所述/'在適度的表面 熱負(fù)荷率下，燃燒發(fā)生在陶瓷磚瓦處或上方，并且進(jìn)入的反應(yīng)物會(huì)使陶瓷磚瓦冷卻。在運(yùn)個(gè) 原則下，陶瓷磚瓦充當(dāng)...熱屏障和火焰保持器。磚瓦的孔之間的區(qū)段引起端流再循環(huán)區(qū)的 形成，而熱氣體的運(yùn)一再循環(huán)會(huì)在燃燒反應(yīng)物離開(kāi)磚瓦時(shí)將其點(diǎn)燃...當(dāng)使用低孔隙度的 磚瓦時(shí)，增加陶瓷磚瓦燃燒器的...表面熱負(fù)荷...會(huì)產(chǎn)生非常高速度的反應(yīng)物流...對(duì)于 高孔隙度的陶瓷磚瓦，其通道壁的厚度較小。運(yùn)將對(duì)下游再循環(huán)區(qū)域的形成產(chǎn)生不利影響。 出于運(yùn)個(gè)原因，磚瓦的火焰保持能力較差，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的燃燒。"
[0006] 因此，Sarkisian提出了一種具有絲網(wǎng)的磚瓦燃燒器，所述絲網(wǎng)設(shè)置在輸出面上方 W充當(dāng)火焰保持器。在具有70%孔隙度的磚瓦燃燒器中采用運(yùn)種構(gòu)造時(shí)，Sarkisian報(bào)導(dǎo)表 面負(fù)荷率高達(dá)6500BTU/H/in2(0.94MBTU/H/ft2)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于操作燃燒器的方法的流程圖，該燃燒器包括有 孔火焰保持器。
[000引圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒器系統(tǒng)的簡(jiǎn)化透視圖，該燃燒器系統(tǒng)包括有孔火焰 保持器。
[0009] 圖3為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2有孔火焰保持器的一部分的側(cè)面剖視圖。
[0010] 圖4為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于操作燃燒器系統(tǒng)的方法的流程圖，該燃燒器系 統(tǒng)包括圖2和圖3的有孔火焰保持器。
[0011] 圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2燃燒器系統(tǒng)的簡(jiǎn)化側(cè)面剖視圖。
[0012] 圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖5燃燒器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，如圖5中6所示。
[0013] 圖7和圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例處于相應(yīng)操作模式期間的燃燒器系統(tǒng)的圖解視圖。
[0014] 圖9至圖12為根據(jù)相應(yīng)實(shí)施例的操作燃燒器系統(tǒng)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 在W下【具體實(shí)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(lèi)似的符號(hào)通常表示類(lèi)似的部件。在【具體實(shí)施方式】、附圖和權(quán)利要求中所述 的示例性實(shí)施例并非旨在進(jìn)行限制。在不脫離本文所述主題的實(shí)質(zhì)或范圍的前提下，可采 用其他實(shí)施例并且可作出其他改變。
[0016] 在本文中根據(jù)公認(rèn)的慣例使用各種單位和單位符號(hào)W指示相應(yīng)的值。雙撇號(hào)("） 用于表示長(zhǎng)度或距離，單位為英寸。英寸和英尺也可W分別縮寫(xiě)為"in"和吁t"。"BTU/H"是 指每小時(shí)W英制熱量單位表示的值。因此，"BTU/H/ft2"表示每小時(shí)每平方英尺W英制熱量 單位表示的值。"W/cm2"表示瓦每平方厘米。（BTU/H>WX3.412，in = cmX2.54)。1 W/cm2約等 于22BTU/H/in2。單位符號(hào)前帶有"K"(千)或"M" 的任何值應(yīng)分別乘Wl X IO3或I X lO6。 字母"XT'和…r分別用來(lái)表示W(wǎng)攝氏度和華氏度(°F=°CX9/5+32)為單位的溫度。
[0017] 圖1為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于操作燃燒器的方法100的流程圖，該燃燒器包括 有孔火焰保持器(例如，參見(jiàn)圖2-3,102)。從步驟104開(kāi)始，將有孔火焰保持器支承在燃燒體 積內(nèi)并與燃料噴嘴相距一段稀釋距離(Dd),如下所述。在步驟106中，將有孔火焰保持器預(yù) 熱至操作溫度。預(yù)熱有孔火焰保持器后，將燃料和氧化劑混合物提供至有孔火焰保持器，如 步驟108所示。燃料和氧化劑燃燒，并且可W進(jìn)一步加熱有孔火焰保持器。初始燃燒率可W 任選地為低至中等，但不高。
[0018] 繼續(xù)進(jìn)行至步驟110,燃料和氧化劑混合物的流動(dòng)速率增加至所需的熱量輸出水 平。如步驟112中所示，有孔火焰保持器將支持燃燒反應(yīng)，該燃燒反應(yīng)的熱量輸出為至少216 千BTU每小時(shí)每平方英尺。如下面的圖2所示，有孔火焰保持器102具有輸入面212和輸出面 214。輸出面214(和/或輸入面212)的面積是本文所述熱量輸出速率中設(shè)及的面積。盡管在 步驟108中初始提供至有孔火焰保持器的燃料流可W相對(duì)低速，但發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)過(guò) 程期間，可W增加燃料流率，有孔火焰保持器102將W高燃料和氧化劑混合物流速可靠地支 持燃燒，并且燃燒熱量輸出率等于或大于1百萬(wàn)BTU每小時(shí)每平方英尺有孔火焰保持器輸出 面積。
[0019] 圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括有孔火焰保持器102的燃燒器系統(tǒng)200的簡(jiǎn)化示意 圖，該有孔火焰保持器被配置成能夠保持燃燒反應(yīng)。如本文所用，除非提供了另外的定義， 否則術(shù)語(yǔ)有孔火焰保持器、有孔反應(yīng)保持器、多孔火焰保持器和多孔反應(yīng)保持器應(yīng)被視為 是同義的。由發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，本文所述的有孔火焰保持器102可W支持非常純 凈的燃燒。具體地講，在從試驗(yàn)規(guī)模到全規(guī)模的系統(tǒng)200的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用中，測(cè)得在堆疊處氮 氧化物（NOx)輸出中的NOx濃度在從低至無(wú)法檢出（低于Ippm)到低單位數(shù)的份每百萬(wàn)份 (ppm)的范圍內(nèi)。運(yùn)些顯著結(jié)果在工業(yè)爐應(yīng)用的典型堆疊溫度（1400-1600°F)下，并且在3% (干)氧(〇2)濃度W及無(wú)法檢出的一氧化碳(CO)下測(cè)得。此外，運(yùn)些結(jié)果不需要任何特殊措 施，諸如選擇性催化還原（SCR)、選擇性非催化還原(SNCR)、水/蒸汽注入、外部煙道氣再循 環(huán)(FGR)或使用傳統(tǒng)燃燒器達(dá)到運(yùn)種純凈燃燒可能需要的其他極端措施。
[0020] 根據(jù)實(shí)施例，燃燒器系統(tǒng)200包括燃料和氧化劑源202,該燃料和氧化劑源被設(shè)置 成將燃料和氧化劑輸出到燃燒體積204中W形成燃料和氧化劑混合物206。如本文所用，除 非提供了另外的定義，否則術(shù)語(yǔ)燃燒體積、燃燒腔室、爐體積等應(yīng)被視為是同義的。有孔火 焰保持器102被設(shè)置于燃燒體積204中并且被布置為接收燃料和氧化劑混合物206。
[0021] 圖3為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2有孔火焰保持器102的一部分的側(cè)面剖視圖300。參見(jiàn) 圖2和圖3,有孔火焰保持器102包括有孔火焰保持器主體208,該有孔火焰保持器主體限定 多個(gè)穿孔210,所述多個(gè)穿孔被對(duì)齊W接收來(lái)自燃料和氧化劑源202的燃料和氧化劑混合物 206。如本文所用，除非提供了另外的定義，否則在有孔火焰保持器102的上下文中，術(shù)語(yǔ)穿 孔、孔、隙縫、細(xì)長(zhǎng)孔等應(yīng)被視為是同義的。穿孔210被配置成共同地保持由燃料和氧化劑混 合物206支持的燃燒反應(yīng)302。
[0022] 該燃料可包括氨、控類(lèi)氣體、氣化的控類(lèi)液體、霧化的控類(lèi)液體或者粉狀或粉碎的 固體。燃料可W是單一種類(lèi)，或者可包括氣體、蒸汽、霧化的液體和/或粉碎的固體。例如，在 過(guò)程加熱器應(yīng)用中，燃料可包括燃料氣體或來(lái)自該過(guò)程的副產(chǎn)物，該副產(chǎn)物包括一氧化碳 (CO)、氨化2)和甲燒(邸4)。在另一種應(yīng)用中，燃料可包括天然氣（主要是邸4)或丙烷(C3曲）。 在另一種應(yīng)用中，燃料可包括2號(hào)燃料油或6號(hào)燃料油。發(fā)明人類(lèi)似地構(gòu)思到雙燃料應(yīng)用和 靈活燃料應(yīng)用。氧化劑可包括由空氣攜帶的氧和/或可包括另一種氧化劑，該氧化劑為純的 或由載體氣體攜帶。術(shù)語(yǔ)氧化劑(oxidant)和氧化劑(oxidizer)在本文中應(yīng)被視為是同義 的。
[0023] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器主體208可W由被設(shè)置成接收燃料和氧化劑混 合物206的輸入面212、面向遠(yuǎn)離燃料和氧化劑源202的輸出面214、和限定有孔火焰保持器 102的橫向范圍的外周表面216界定。由有孔火焰保持器主體208限定的多個(gè)穿孔210從輸入 面212延伸到輸出面214。所述多個(gè)穿孔210可W在輸入面212接收燃料和氧化劑混合物206。 隨后，燃料和氧化劑混合物206可W在多個(gè)穿孔210中或附近燃燒，并且燃燒產(chǎn)物可W在輸 出面214處或附近離開(kāi)多個(gè)穿孔210。
[0024] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器102被配置成將大部分的燃燒反應(yīng)302保持在穿 孔210內(nèi)。例如，在穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上，由燃料和氧化劑源202輸出到燃燒體積204中的燃料分子的 一半W上可W被轉(zhuǎn)化為在有孔火焰保持器102的輸入面212和輸出面214之間的燃燒產(chǎn)物。 根據(jù)可供選擇的解釋?zhuān)扇紵磻?yīng)302輸出的熱量的一半W上可W在有孔火焰保持器102的 輸入面212和輸出面214之間輸出。在標(biāo)稱(chēng)操作條件下，穿孔210可W被配置成共同地將至少 80 %的燃燒反應(yīng)302保持在有孔火焰保持器102的輸入面212和輸出面214之間。在一些實(shí)驗(yàn) 中，發(fā)明人獲得了明顯完全被限制于穿孔210中且介于有孔火焰保持器102的輸入面212和 輸出面214之間的燃燒反應(yīng)。根據(jù)可供選擇的解釋?zhuān)绻紵?時(shí)間平均的"，有孔火焰保 持器102可W支持在輸入面212和輸出面214之間的燃燒。例如，在瞬變中，諸如在有孔火焰 保持器102被完全加熱之前，或者如果將(冷卻)載荷在系統(tǒng)中放置得過(guò)高，那么燃燒可W從 有孔火焰保持器的輸出面214行進(jìn)至下游某處。
[0025] W便于說(shuō)明的方式描述"火焰"時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，沒(méi)有可見(jiàn)的火焰存 在。燃燒主要發(fā)生在穿孔210內(nèi)，但燃燒熱"發(fā)光"主要是由有孔火焰保持器102本身可見(jiàn)發(fā) 光所導(dǎo)致。在其他情況下，發(fā)明人已經(jīng)注意到在稀釋區(qū)域化內(nèi)的瞬態(tài)"吹氣"，其中可見(jiàn)火焰 在位于有孔火焰保持器102的輸入面212和燃料源218之間的區(qū)域內(nèi)短暫地點(diǎn)燃。運(yùn)樣的瞬 態(tài)吹氣通常持續(xù)時(shí)間短，使得在時(shí)間平均的基礎(chǔ)上，大部分燃燒發(fā)生在有孔火焰保持器102 的穿孔210內(nèi)且介于輸入面212和輸出面214之間。在另一些情況下，發(fā)明人已經(jīng)注意到，在 有孔火焰保持器102的輸出面214上方發(fā)生明顯的燃燒，但如來(lái)自有孔火焰保持器102的持 續(xù)可見(jiàn)發(fā)光(黑體福射的可見(jiàn)光波長(zhǎng)尾)所證實(shí)的那樣，大部分燃燒仍然發(fā)生在有孔火焰保 持器內(nèi)。
[0026] 有孔火焰保持器102可W被配置成接收來(lái)自燃燒反應(yīng)302的熱量并且將所接收的 熱量的一部分作為熱福射304輸出到燃燒體積204之中或附近的熱接收結(jié)構(gòu)(例如，爐壁和/ 或福射部分工作流體管）。如本文所用，除非提供了另外的定義，否則術(shù)語(yǔ)諸如熱福射、紅外 福射、福射熱、熱福射等被視為是基本上同義的。具體地講，運(yùn)類(lèi)術(shù)語(yǔ)是指電磁能量的黑體 福射，主要在紅外波長(zhǎng)內(nèi)。
[0027] 特別參見(jiàn)圖3,有孔火焰保持器102將所接收的熱量的另一部分輸出到在有孔火焰 保持器102的輸入面212處接收的燃料和氧化劑混合物206。有孔火焰保持器主體208可W至 少在穿孔壁308的熱量接收區(qū)域306中接收來(lái)自（放熱的）燃燒反應(yīng)302的熱量。實(shí)驗(yàn)證據(jù)向 發(fā)明人表明，熱量接收區(qū)域306的位置或者至少對(duì)應(yīng)于熱量接收最大速率的位置可W沿著 穿孔壁308的長(zhǎng)度而變化。在一些實(shí)驗(yàn)中，熱量接收最大的位置明顯介于輸入面212至輸出 面214的距離的1/3和1/2之間（即，在一定程度上距輸入面212比距輸出面214更近）。發(fā)明人 認(rèn)為，在其他條件下，熱量接收區(qū)域306可W更靠近有孔火焰保持器102的輸出面214。最可 能地，熱量接收區(qū)域306(或者就此而言，熱量輸出區(qū)域310,如下所述)沒(méi)有明確限定的邊 緣。為便于理解，熱量接收區(qū)域306和熱量輸出區(qū)域310將被描述為特定區(qū)域306,310。
[00%]有孔火焰保持器主體208可W通過(guò)熱容量來(lái)表征。有孔火焰保持器主體208可W將 來(lái)自燃燒反應(yīng)302的熱量保持為對(duì)應(yīng)于熱容量乘W溫升的量，并且將來(lái)自熱量接收區(qū)域306 的熱量傳遞至穿孔壁308的熱量輸出區(qū)域310。通常，熱量輸出區(qū)域310比熱量接收區(qū)域306 更靠近輸入面212。根據(jù)一種解釋?zhuān)锌谆鹧姹３制髦黧w208可W將熱量從熱量接收區(qū)域306 經(jīng)由熱福射傳遞至熱量輸出區(qū)域310,如304所示。根據(jù)另一種解釋?zhuān)锌谆鹧姹３制髦黧w 208可W將熱量從熱量接收區(qū)域306經(jīng)由沿?zé)醾鲗?dǎo)路徑312的熱傳導(dǎo)傳遞至熱量輸出區(qū)域 310。發(fā)明人設(shè)想，福射和傳導(dǎo)運(yùn)兩種熱傳遞機(jī)制均可在將熱量從熱量接收區(qū)域306傳遞至 熱量輸出區(qū)域310的過(guò)程中操作。W運(yùn)種方式，即使在由常規(guī)火焰保持器支持時(shí)燃燒反應(yīng)將 不穩(wěn)定的條件下，有孔火焰保持器102仍可W充當(dāng)熱源W維持燃燒反應(yīng)。
[0029]發(fā)明人相信，有孔火焰保持器102使燃燒反應(yīng)302在穿孔210的壁308附近形成的熱 邊界層314內(nèi)發(fā)生。隨著相對(duì)冷的燃料和氧化劑混合物206接近輸入面212,該混合物流被分 成分別通過(guò)單個(gè)穿孔210行進(jìn)的部分。熱有孔火焰保持器主體208將熱量傳遞至流體，尤其 是在熱邊界層314內(nèi)，隨著越來(lái)越多的熱量被傳遞到進(jìn)入的燃料和氧化劑混合物206中，熱 邊界層逐漸變厚。在達(dá)到燃燒溫度(例如，燃料的自燃溫度)后，化學(xué)點(diǎn)燃延遲時(shí)間逝去的同 時(shí)，反應(yīng)物繼續(xù)流動(dòng)，在運(yùn)段時(shí)間內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)302。因此，燃燒反應(yīng)302被示出為在熱邊 界層314內(nèi)發(fā)生。隨著混合物流的前進(jìn)，熱邊界層314在合并點(diǎn)316合并。理想的是，合并點(diǎn) 316處于限定穿孔210的端部的輸入面212和輸出面214之間。在某些時(shí)候，燃燒反應(yīng)302使流 動(dòng)氣體(和等離子體)輸出比它從主體208接收到的熱量更多的熱量至主體208。該熱量在熱 量接收區(qū)域306被接收，由主體208保持，并被輸送到更靠近輸入面212的熱量輸出區(qū)域310， 其中熱量循環(huán)到冷的反應(yīng)物(及任何包含的稀釋劑）中W將反應(yīng)物升高至燃燒溫度。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)穿孔210各自通過(guò)長(zhǎng)度L來(lái)表征，該長(zhǎng)度L被定義為有孔火焰 保持器102的輸入面212和輸出面214之間的反應(yīng)流體傳播路徑長(zhǎng)度。反應(yīng)流體包含燃料和 氧化劑混合物206(任選地包含氮?dú)狻煹罋夂?或其他"非反應(yīng)性"物質(zhì)）、反應(yīng)中間體(包括 表征燃燒反應(yīng)的等離子體過(guò)渡態(tài))和反應(yīng)產(chǎn)物。
[0031] 多個(gè)穿孔210各自可通過(guò)相對(duì)的穿孔壁308之間的橫向尺寸D來(lái)表征。發(fā)明人已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，如果每個(gè)穿孔210的長(zhǎng)度L至少為穿孔的橫向尺寸D的4倍，則可W將穩(wěn)定的燃燒維持 在有孔火焰保持器102中。在其他實(shí)施例中，長(zhǎng)度L可為橫向尺寸D的6倍。例如，已經(jīng)進(jìn)行了L 是橫向尺寸D的至少8倍、至少12倍、至少16倍和至少24倍的實(shí)驗(yàn)。優(yōu)選地，長(zhǎng)度L足夠長(zhǎng)使得 流經(jīng)穿孔210的反應(yīng)流體中鄰近于穿孔壁308形成的熱邊界層314在有孔火焰保持器的輸入 面212和輸出面214之間的穿孔210內(nèi)的合并點(diǎn)316處匯聚。在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，L/D 之比介于12和48之間時(shí)極為奏效(即，產(chǎn)生低NOx,產(chǎn)生低CO,并維持穩(wěn)定的燃燒）。
[0032] 有孔火焰保持器主體208可W被配置成在鄰近穿孔210之間傳送熱量?？蒞選擇在 相鄰穿孔210之間傳送的熱量來(lái)引起自第一穿孔210中燃燒反應(yīng)部分302的熱輸出，W供給 熱量來(lái)穩(wěn)定在鄰近穿孔210中的燃燒反應(yīng)部分302。
[0033] 特別參見(jiàn)圖2,燃料和氧化劑源202可W進(jìn)一步包括燃料噴嘴218和氧化劑源220， 所述燃料噴嘴被配置成輸出燃料，所述氧化劑源被配置成輸出包含氧化劑的流體。例如，燃 料噴嘴218可W被配置成輸出純?nèi)剂稀Ｑ趸瘎┰?20可W被配置成輸出攜帶氧的燃燒空氣。
[0034] 有孔火焰保持器102可W由有孔火焰保持器支承結(jié)構(gòu)222保持，所述有孔火焰保持 器支承結(jié)構(gòu)被配置成將有孔火焰保持器102保持為與燃料噴嘴218相距一段距離化。燃料噴 嘴218可W被配置成射出燃料射流，所述燃料射流被選擇為能夠在燃料射流和氧化劑沿一 定路徑通過(guò)燃料噴嘴218和有孔火焰保持器102之間的稀釋距離化行進(jìn)至有孔火焰保持器 102時(shí)夾帶氧化劑W形成燃料和氧化劑混合物206。除此之外或作為另外一種選擇(特別是 使用鼓風(fēng)機(jī)遞送氧化劑燃燒空氣時(shí)），氧化劑或燃燒空氣源可W被配置成夾帶燃料，并且燃 料和氧化劑行進(jìn)通過(guò)稀釋距離化。在一些實(shí)施例中，可W提供煙道氣再循環(huán)路徑224。除此 之外或作為另外一種選擇，燃料噴嘴218可W被配置成射出燃料射流，所述燃料射流被選擇 為能夠在燃料射流行進(jìn)通過(guò)燃料噴嘴218和有孔火焰保持器102的輸入面212之間的稀釋距 離化時(shí)夾帶氧化劑并夾帶煙道氣。
[0035] 燃料噴嘴218可W被配置成射出燃料通過(guò)一個(gè)或多個(gè)燃料孔226,所述燃料孔具有 被稱(chēng)為"噴嘴直徑"的尺寸。有孔火焰保持器支承結(jié)構(gòu)222可W支承有孔火焰保持器102，W 在與燃料噴嘴218相距一定距離化處接收燃料和氧化劑混合物206,該距離為噴嘴直徑的20 倍。在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器102被設(shè)置成在與燃料噴嘴218相距一定距離化處 接收燃料和氧化劑混合物206,該距離介于噴嘴直徑的100倍和1100倍之間。優(yōu)選地，有孔火 焰保持器支承結(jié)構(gòu)222被配置成將有孔火焰保持器102保持在與燃料噴嘴218相距一定距離 處，該距離為噴嘴直徑的約200倍或更大。當(dāng)燃料和氧化劑混合物行進(jìn)了噴嘴直徑的約200 倍或更遠(yuǎn)時(shí)，該混合物足夠均勻W引起燃燒反應(yīng)來(lái)輸出最少的NOx。
[0036] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃料和氧化劑源202可W另選地包括預(yù)混合的燃料和氧化劑源。 預(yù)混合的燃料和氧化劑源可包括預(yù)混合室(未示出）、被配置成將燃料輸出至預(yù)混合室內(nèi)的 燃料噴嘴和被配置成將燃燒空氣輸出至預(yù)混合室內(nèi)的空氣通道。阻焰器可W設(shè)置在預(yù)混合 燃料和氧化劑源與有孔火焰保持器102之間，并被配置成防止火焰逆燃進(jìn)入預(yù)混合燃料和 氧化劑源。
[0037] 無(wú)論是被配置用于夾帶在燃燒體積204中還是用于預(yù)混，燃燒空氣源均可包括被 配置用于迫使空氣通過(guò)燃料和空氣源202的鼓風(fēng)機(jī)。
[0038] 例如，支承結(jié)構(gòu)222可W被配置成從燃燒體積204的底部或壁(未示出）支承有孔火 焰保持器102。在另一個(gè)實(shí)施例中，支承結(jié)構(gòu)222從燃料和氧化劑源202支承有孔火焰保持器 102。作為另外一種選擇，支承結(jié)構(gòu)222可W通過(guò)架空結(jié)構(gòu)(諸如煙道，在上發(fā)射系統(tǒng)的情況 下)將有孔火焰保持器102懸空。支承結(jié)構(gòu)222可W W多種取向和方向來(lái)支承有孔火焰保持 器 102。
[0039] 有孔火焰保持器102可包括單個(gè)有孔火焰保持器主體208。在另一個(gè)實(shí)施例中，有 孔火焰保持器102可包括共同地提供平鋪的有孔火焰保持器102的多個(gè)相鄰有孔火焰保持 器部分。
[0040] 有孔火焰保持器支承結(jié)構(gòu)222可W被配置成支承多個(gè)有孔火焰保持器部分。有孔 火焰保持器支承結(jié)構(gòu)222可包括金屬超合金、水泥和/或陶瓷耐火材料。在一個(gè)實(shí)施例中，多 個(gè)相鄰的有孔火焰保持器部分可與纖維增強(qiáng)的耐火水泥接合。
[0041] 有孔火焰保持器102可具有在外周表面216的相對(duì)側(cè)之間的寬度尺寸W，該寬度尺 寸為輸入面212和輸出面214之間的厚度尺寸T的至少兩倍。在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保 持器102可W具有在外周表面216的相對(duì)側(cè)之間的寬度尺寸W，該寬度尺寸為有孔火焰保持 器的輸入面212和輸出面214之間的厚度尺寸T的至少=倍、至少六倍或至少九倍。
[0042] 在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器102可W具有小于燃燒體積204寬度的寬度尺 寸W。運(yùn)可W允許從有孔火焰保持器102上方至下方的煙道氣循環(huán)路徑224處于有孔火焰保 持器102的外周表面216和燃燒體積壁(未示出)之間。
[0043] 再次參見(jiàn)圖2和圖3,穿孔210可包括細(xì)長(zhǎng)正方形，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)正方形具有正方形的相 對(duì)邊之間的橫向尺寸D。在另一個(gè)實(shí)施例中，穿孔210可包括細(xì)長(zhǎng)六邊形，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)六邊形具 有六邊形的相對(duì)邊之間的橫向尺寸D。在另一個(gè)實(shí)施例中，穿孔210可包括中空?qǐng)A柱體，每個(gè) 中空?qǐng)A柱體具有對(duì)應(yīng)于圓柱體直徑的橫向尺寸D。在另一個(gè)實(shí)施例中，穿孔210可W包括截 錐，每個(gè)截錐具有關(guān)于從輸入面212延伸至輸出面214的長(zhǎng)度軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的橫向尺寸D。每個(gè) 穿孔210的橫向尺寸D可W等于或大于基于標(biāo)準(zhǔn)參考條件的燃料澤焰距離。
[0044] 在實(shí)施例的一個(gè)范圍中，多個(gè)穿孔中的每一個(gè)具有介于0.05英寸和1.0英寸之間 的橫向尺寸D。優(yōu)選地，多個(gè)穿孔中的每一個(gè)具有介于0.1英寸和0.5英寸之間的橫向尺寸D。 例如，多個(gè)穿孔中可各自具有約0.2至0.4英寸的橫向尺寸D。
[0045] 有孔火焰保持器102的空隙分?jǐn)?shù)被定義為有孔火焰保持器102的一部分中所有穿 孔210的總體積除W有孔火焰保持器(包括主體208和穿孔210)的總體積。有孔火焰保持器 102應(yīng)具有介于0.10和0.90之間的空隙分?jǐn)?shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器102可W具 有介于0.30和0.80之間的空隙分?jǐn)?shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器102可W具有約 0.70的空隙分?jǐn)?shù)。據(jù)發(fā)現(xiàn)，使用約0.70的空隙分?jǐn)?shù)在產(chǎn)生非常低的NOx方面特別有效。
[0046] 有孔火焰保持器102可W由纖維增強(qiáng)誘鑄耐火材料和/或耐火材料(諸如侶娃酸材 料)形成。例如，有孔火焰保持器102可由莫來(lái)石或堇青石形成。除此之外或作為另外一種選 擇，有孔火焰保持器主體208可包括金屬超合金，諸如銘儀鐵合金或哈斯特洛伊耐蝕儀基合 金。有孔火焰保持器主體208可W限定蜂窩結(jié)構(gòu)。
[0047]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，有孔火焰保持器102可由VE[《SAG.R!D?陶瓷蜂窩體(可得自美國(guó) 南卡羅來(lái)納州多拉維爾的應(yīng)用陶瓷公司（A卵lied Ceramics，Inc . of Doraville，South Carolina))形成。
[004引穿孔210可W彼此平行并且垂直于輸入面212和輸出面214。在另一個(gè)實(shí)施例中，穿 孔210可W彼此平行并且相對(duì)于輸入面212和輸出面214形成一定角度。在另一個(gè)實(shí)施例中， 穿孔210可W彼此不平行。在另一個(gè)實(shí)施例中，穿孔210可W彼此不平行并且不相交。在另一 個(gè)實(shí)施例中，穿孔210可W相交。主體308可W是一體式或者可W由多個(gè)部分形成。
[0049] 在另一個(gè)不一定優(yōu)選的實(shí)施例中，有孔火焰保持器102可W由網(wǎng)狀纖維形成，所述 網(wǎng)狀纖維由擠出的陶瓷材料形成。術(shù)語(yǔ)"網(wǎng)狀纖維"是指網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0050] 在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器102可包括捆綁在一起的多根管或管道。多個(gè) 穿孔210可包括中空?qǐng)A柱體并且任選地也可包括捆綁管之間的間隙空間。在一個(gè)實(shí)施例中， 所述多根管可包括陶瓷管。耐火水泥可W包含在管之間，并被配置成將管粘附在一起。在另 一個(gè)實(shí)施例中，所述多根管可包括金屬(例如，超合金)管。所述多根管可W由圍繞所述多根 管并被布置成將所述多根管保持在一起的金屬?gòu)埩?gòu)件保持在一起。該金屬?gòu)埩?gòu)件可包 括不誘鋼、超合金金屬線(xiàn)和/或超合金金屬帶。
[0051] 作為另外一種選擇，有孔火焰保持器主體208包括材料的堆疊穿孔片材，每個(gè)片材 具有與下層片材的開(kāi)口和上層片材的開(kāi)口連接的開(kāi)口。穿孔片材可包括穿孔的金屬片材、 陶瓷片材和/或膨脹片材。在另一個(gè)實(shí)施例中，有孔火焰保持器主體208可包括不連續(xù)的填 充體，使得穿孔210在不連續(xù)的填充體之間的間隙空間中形成。在一個(gè)示例中，不連續(xù)的填 充體包括結(jié)構(gòu)化填充形狀。在另一個(gè)示例中，不連續(xù)的填充體包括無(wú)規(guī)的填充形狀。例如， 不連續(xù)的填充體可W包括陶瓷拉西環(huán)、陶瓷貝爾鞍、陶瓷矩鞍環(huán)和/或金屬環(huán)或可W由金屬 籠保持在一起的其他形狀(例如，超級(jí)拉西環(huán)）。
[0052] 對(duì)于包括有孔火焰保持器102的燃燒器系統(tǒng)為何能提供運(yùn)種純凈的燃燒，
【發(fā)明人】 考慮了多種解釋。
[0053] 在一個(gè)方面，即使在由常規(guī)火焰保持器支持時(shí)燃燒反應(yīng)將不穩(wěn)定的條件下，有孔 火焰保持器102仍充當(dāng)熱源W維持燃燒反應(yīng)?？衫迷撃芰使用比典型可行更貧乏的燃 料與氧化劑混合物來(lái)支持燃燒。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在燃料流206接觸有孔火焰保持器 102的輸入面212的位置處，燃料流206中燃料與氧化劑的平均比率低于燃料流的燃料組分 的(常規(guī))燃燒下限，燃燒下限定義了在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和25°C(77°F)的環(huán)境溫度下暴露于瞬時(shí) 點(diǎn)火源時(shí)燃料/空氣混合物將會(huì)燃燒的最低濃度。
[0054] 根據(jù)一種解釋?zhuān)捎锌谆鹧姹３制髦С值娜剂虾脱趸瘎┑幕旌衔锟蒞是比在傳統(tǒng) 燃燒器中提供穩(wěn)定燃燒的混合物更貧乏的燃料。與靠近貧到富燃燒限值范圍的中屯、的混合 物相比，接近燃料的燃燒下限的燃燒通常會(huì)在較低的絕熱火焰溫度下進(jìn)行。與較高的火焰 溫度相比，較低的火焰溫度通常設(shè)及較低的氮氧化物(M)X)濃度。在傳統(tǒng)的火焰中，過(guò)于稀 薄的燃燒通常與堆疊處的高CO濃度相關(guān)聯(lián)。相比之下，發(fā)現(xiàn)本文所述的有孔火焰保持器102 和包括有孔火焰保持器102的系統(tǒng)可基本上完全燃燒CO(從單位數(shù)的ppm到低至無(wú)法檢出， 具體取決于實(shí)驗(yàn)條件），同時(shí)產(chǎn)生低NOx。在一些實(shí)施例中，發(fā)明人實(shí)現(xiàn)了被理解為是非常貧 乏的混合物的穩(wěn)定燃燒(然而在堆疊處僅產(chǎn)生約3%或更低的測(cè)量化濃度）。此外，發(fā)明人相 信穿孔壁308可充當(dāng)燃燒流體的散熱器。作為另外一種選擇或除此之外，運(yùn)種效果可W降低 燃燒溫度。
[0055] 根據(jù)另一種解釋?zhuān)绻紵磻?yīng)302發(fā)生在一段很短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，則可W減少 NOx的生成?？焖偃紵沟梅磻?yīng)物(包含氧和夾帶的氮)暴露于NOx形成溫度下一段時(shí)間，運(yùn) 段時(shí)間對(duì)于NOx形成動(dòng)力學(xué)來(lái)說(shuō)過(guò)短W致于不能顯著生成NOx。與傳統(tǒng)的火焰相比，反應(yīng)物 穿過(guò)有孔火焰保持器所需的時(shí)間非常短。因此，與有孔火焰保持器燃燒相關(guān)聯(lián)的低NOx生成 可能與反應(yīng)物(及夾帶的氮)穿過(guò)有孔火焰保持器102所需的短暫時(shí)間有關(guān)。
[0056] 因?yàn)镃O氧化是一個(gè)相對(duì)緩慢的反應(yīng)，在足夠高的溫度下(鑒于非常低的測(cè)定的(實(shí) 驗(yàn)和全規(guī)模)CO濃度），用于通過(guò)有孔火焰保持器的時(shí)間（也許加上從有孔火焰保持器102通 向煙道的時(shí)間）明顯足W將CO氧化成二氧化碳(C〇2)。
[0057] 圖4為示出用于操作燃燒器系統(tǒng)的方法400的流程圖，該燃燒器系統(tǒng)包括本文所示 和所述的有孔火焰保持器。要操作包括有孔火焰保持器的燃燒器系統(tǒng)，首先將該有孔火焰 保持器加熱到足W維持燃料和氧化劑混合物的燃燒的溫度。
[0058] 根據(jù)簡(jiǎn)單的描述，方法400從步驟106開(kāi)始，其中將有孔火焰保持器預(yù)熱至啟動(dòng)溫 度Ts。在將有孔火焰保持器升至啟動(dòng)溫度后，該方法進(jìn)行至步驟404,其中將燃料和氧化劑 提供至有孔火焰保持器，并通過(guò)有孔火焰保持器保持燃燒。
[0059] 根據(jù)更詳細(xì)的描述，步驟106開(kāi)始于步驟406,其中在有孔火焰保持器處提供啟動(dòng) 能量。在提供啟動(dòng)能量的同時(shí)或之后，判定步驟40如角定有孔火焰保持器的溫度T是否等于 或高于啟動(dòng)溫度Ts。只要有孔火焰保持器的溫度低于它的啟動(dòng)溫度，該方法就會(huì)在預(yù)熱步 驟106中的步驟406和步驟408之間循環(huán)。在步驟408中，如果有孔火焰保持器的至少一個(gè)預(yù) 定部分的溫度T大于或等于啟動(dòng)溫度，那么方法400進(jìn)行到總體步驟404,其中燃料和氧化劑 被提供至該有孔火焰保持器并且由該有孔火焰保持器保持燃燒。
[0060] 步驟404可W被分解成幾個(gè)獨(dú)立的步驟，其中至少一些可W同時(shí)進(jìn)行。
[0061] 從步驟408開(kāi)始，燃料和氧化劑混合物被提供至有孔火焰保持器，如步驟108所示。 例如，燃料和氧化劑可W通過(guò)燃料和氧化劑源提供，所述燃料和氧化劑源包括單獨(dú)的燃料 噴嘴和燃燒空氣源。在此方法中，燃料和燃燒空氣沿一個(gè)或多個(gè)方向輸出，所述一個(gè)多個(gè)方 向被選擇為使得燃料和燃燒空氣混合物被有孔火焰保持器的輸入面接收。燃料可W夾帶燃 燒空氣(或作為另外一種選擇，燃燒空氣可W稀釋燃料）W在有孔火焰保持器的輸入面W - 定燃料稀釋度提供燃料和氧化劑混合物，所述燃料稀釋度被選擇為能夠?qū)崿F(xiàn)可W在有孔火 焰保持器的穿孔內(nèi)保持的穩(wěn)定燃燒反應(yīng)。
[0062] 進(jìn)行到步驟412,用有孔火焰保持器保持燃燒反應(yīng)。
[0063] 在步驟414中，熱量可從有孔火焰保持器輸出。例如，從有孔火焰保持器輸出的熱 量可W用于為工業(yè)過(guò)程提供能量、加熱工作流體、產(chǎn)生電力或提供動(dòng)力。
[0064] 在任選步驟416中，可W感測(cè)燃燒的存在情況。發(fā)明人已經(jīng)設(shè)想并使用了多種感測(cè) 方法。通常，通過(guò)有孔火焰保持器保持的燃燒非常穩(wěn)定，并且對(duì)于系統(tǒng)沒(méi)有特殊感測(cè)要求。 可W使用紅外線(xiàn)傳感器、視頻傳感器、紫外線(xiàn)傳感器、帶電粒種傳感器、熱電偶、熱電堆和/ 或其他已知的燃燒感測(cè)裝置進(jìn)行燃燒感測(cè)。在步驟416的附加或替代變型中，如果燃燒在有 孔火焰保持器處焰滅，可W提供引燃火焰或其他點(diǎn)火源來(lái)點(diǎn)燃燃料和氧化劑混合物。
[00化]進(jìn)行至判定步驟418,如果感測(cè)到燃燒不穩(wěn)定，則方法400可W退出至步驟424,在 此執(zhí)行錯(cuò)誤程序。例如，該錯(cuò)誤程序可包括關(guān)閉燃料流、重新執(zhí)行預(yù)熱步驟106、輸出警報(bào)信 號(hào)、點(diǎn)燃待機(jī)燃燒系統(tǒng)或其他步驟。如果在步驟418中，有孔火焰保持器中的燃燒被確定為 穩(wěn)定的，則方法400進(jìn)行至判定步驟420,在該步驟中確定是否應(yīng)更改燃燒參數(shù)。如果沒(méi)有燃 燒參數(shù)被更改，則該方法循環(huán)(在步驟404中）返回至步驟108,燃燒過(guò)程繼續(xù)。如果指示燃燒 參數(shù)變化，則方法400進(jìn)行至步驟422，在該步驟中執(zhí)行燃燒參數(shù)更改。在更改燃燒參數(shù)后， 該方法循環(huán)(在步驟404中）返回至步驟108,燃燒繼續(xù)。
[0066] 可W安排更改燃燒參數(shù)，例如，當(dāng)熱量需求改變時(shí)。例如，如果需要的熱量較少(例 如，由于電力需求減少、動(dòng)力要求降低或工業(yè)過(guò)程的吞吐量降低），則可W在步驟422中將燃 料和氧化劑的流速降低。相反，如果熱量需求增加，那么可W增大燃料和氧化劑流速。除此 之外或作為另外一種選擇，如果燃燒系統(tǒng)處于啟動(dòng)模式，那么可W在步驟404中的一個(gè)或多 個(gè)循環(huán)迭代中將燃料和氧化劑流速逐漸增加至有孔火焰保持器。
[0067] 再次參見(jiàn)圖2,燃燒器系統(tǒng)200包括可操作地聯(lián)接到有孔火焰保持器102的加熱器 228。如結(jié)合圖3和圖4所述，有孔火焰保持器102通過(guò)將熱量輸出至進(jìn)入的燃料和氧化劑混 合物206而運(yùn)行。建立燃燒之后，由燃燒反應(yīng)提供該熱量;但在建立燃燒之前，由加熱器228 提供熱量。
[0068] 發(fā)明人已經(jīng)設(shè)想并使用了多種加熱裝置。在一些實(shí)施例中，加熱器228可包括被配 置成支持火焰的火焰保持器，該火焰被設(shè)置為加熱有孔火焰保持器102。燃料和氧化劑源 202可包括燃料噴嘴218和空氣源220,所述燃料噴嘴被配置成射出燃料流，所述空氣源被配 置成鄰近于燃料流輸出燃燒空氣。燃料噴嘴218和空氣源220可W被配置成輸出由燃燒空氣 逐步稀釋的燃料流。有孔火焰保持器102可W被設(shè)置成接收稀釋的燃料和空氣混合物206， 當(dāng)有孔火焰保持器102處于操作溫度下時(shí)，所述稀釋的燃料和空氣混合物支持由有孔火焰 保持器102穩(wěn)定的燃燒反應(yīng)。相比之下，啟動(dòng)火焰保持器可W被配置成在對(duì)應(yīng)于相對(duì)富燃料 和空氣混合物的位置處支持啟動(dòng)火焰，所述相對(duì)富燃料和空氣混合物是穩(wěn)定的，而不通過(guò) 加熱的有孔火焰保持器102來(lái)提供穩(wěn)定。
[0069] 燃燒器系統(tǒng)200可W進(jìn)一步包括控制器230,所述控制器可操作地聯(lián)接到加熱器 228并聯(lián)接到數(shù)據(jù)接口 232。例如，控制器230可W被配置為控制啟動(dòng)火焰保持器致動(dòng)器，所 述啟動(dòng)火焰保持器致動(dòng)器被配置為:在有孔火焰保持器102需要進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，使啟動(dòng)火焰保 持器保持啟動(dòng)火焰;并且在有孔火焰保持器102處于操作溫度時(shí)(例如，當(dāng)T > Ts時(shí)），使啟動(dòng) 火焰保持器不保持啟動(dòng)火焰。
[0070] 設(shè)想了用于驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)火焰的多種方法。在一個(gè)實(shí)施例中，啟動(dòng)火焰保持器包括機(jī) 械致動(dòng)的純體，所述純體被配置成被致動(dòng)W攔截燃料和氧化劑混合物206W引起熱循環(huán)滿(mǎn) 流，從而保持啟動(dòng)火焰;或者，所述純體被配置成被致動(dòng)W不攔截燃料和氧化劑混合物206， W使燃料和氧化劑混合物206進(jìn)行至有孔火焰保持器102。在另一個(gè)實(shí)施例中，可W使用燃 料控制閥、鼓風(fēng)機(jī)和/或阻尼器選擇燃料和氧化劑混合物的流速，所述燃料和氧化劑混合物 的流速足夠低W使啟動(dòng)火焰是噴射穩(wěn)定的；并且，在達(dá)到有孔火焰保持器102的操作溫度 后，可W增大流速來(lái)"吹出"啟動(dòng)火焰。在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱器可包括電源，所述電源可 操作地聯(lián)接到控制器230并且被配置成向燃料和氧化劑混合物206施加電荷或電壓。導(dǎo)電啟 動(dòng)火焰保持器可W被選擇性地聯(lián)接到接地電壓或其他電壓，對(duì)所述電壓進(jìn)行選擇W吸引燃 料和氧化劑混合物206中的電荷。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，吸引電荷會(huì)使導(dǎo)電啟動(dòng)火焰保持器支持啟動(dòng) 火焰。
[0071] 在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱器228可包括電阻加熱器，所述電阻加熱器被配置成將熱 量輸出至有孔火焰保持器和/或輸出至燃料和氧化劑混合物206。電阻加熱器可W被配置成 將有孔火焰保持器102加熱至操作溫度。加熱器228可W進(jìn)一步包括電源和開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān) 可在控制器230的控制下進(jìn)行操作W將電源選擇性地聯(lián)接至電阻加熱器。
[0072] 可W通過(guò)多種方式來(lái)形成電阻加熱器228。例如，電阻加熱器228可W由 KANTH 線(xiàn)材（可得自瑞典哈爾斯塔哈馬的山特維克公司山特維克材料技術(shù)部 (Sandvik Materials Technology division of Sandvik AB of HalIstahammar， Sweden))形成，所述KANTH AL/線(xiàn)材穿過(guò)由有孔火焰保持器主體208限定形成的穿孔210 的至少一部分。作為另外一種選擇，加熱器228可包括感應(yīng)加熱器、高能(例如，微波或激光） 束加熱器、摩擦加熱器或其他類(lèi)型的加熱技術(shù)。
[0073] 設(shè)想了其他形式的啟動(dòng)裝置。例如，加熱器228可包括放電點(diǎn)火器或熱表面點(diǎn)火 器，所述放電點(diǎn)火器或熱表面點(diǎn)火器被配置成向空氣和燃料輸出脈沖點(diǎn)火。除此之外或作 為另外一種選擇，啟動(dòng)裝置可包括引燃火焰裝置，所述引燃火焰裝置被設(shè)置為點(diǎn)燃燃料和 氧化劑混合物206,否則該燃料和氧化劑混合物會(huì)進(jìn)入有孔火焰保持器102。放電點(diǎn)火器、熱 表面點(diǎn)火器和/或引燃火焰裝置可W可操作地聯(lián)接至控制器230,在有孔火焰保持器102被 充分加熱至能夠維持燃燒之前，該控制器可W使放電點(diǎn)火器或引燃火焰裝置將燃料和氧化 劑混合物206的燃燒維持在有孔火焰保持器102中或上游。
[0074] 燃燒器系統(tǒng)200可W進(jìn)一步包括傳感器234,該傳感器可操作地聯(lián)接至控制電路 230。傳感器234可包括熱傳感器，該熱傳感器被配置成能夠檢測(cè)有孔火焰保持器102的紅外 福射或溫度?？刂齐娐?30可被配置成響應(yīng)于來(lái)自傳感器234的輸入而控制加熱裝置228。任 選地，燃料控制閥236可W可操作地聯(lián)接至控制器230并且被配置成能夠控制流向燃料和氧 化劑源202的燃料流。除此之外或作為另外一種選擇，氧化劑鼓風(fēng)機(jī)或阻尼器238可W可操 作地聯(lián)接至控制器230并且被配置成能夠控制氧化劑(或燃燒空氣）的流動(dòng)。
[0075] 傳感器234可W進(jìn)一步包括可操作地聯(lián)接至控制電路230的燃燒傳感器，該燃燒傳 感器被配置成能夠檢測(cè)由有孔火焰保持器102保持的燃燒反應(yīng)的溫度、視頻圖像和/或光譜 特征。燃料控制閥236可W被配置成控制從燃料源到燃料和氧化劑源202的燃料流?？刂破?230可W被配置成響應(yīng)于來(lái)自燃燒傳感器234的輸入而控制燃料控制閥236?？刂破?30可W 被配置成控制燃料控制閥236和/或氧化劑鼓風(fēng)機(jī)或阻尼器，W控制加熱器228的預(yù)熱火焰 類(lèi)型來(lái)將有孔火焰保持器102加熱至操作溫度。控制器230可W類(lèi)似地控制燃料控制閥236 和/或氧化劑鼓風(fēng)機(jī)或阻尼器，W響應(yīng)于W數(shù)據(jù)形式經(jīng)由數(shù)據(jù)接口 232接收到的熱量需求變 化而改變?nèi)剂虾脱趸瘎┗旌衔?06流。
[0076] 圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2至圖3的燃燒器系統(tǒng)500的簡(jiǎn)化側(cè)面剖視圖。
[0077] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃燒體積204由基本上在橫向包封燃燒體積204的側(cè)壁的基部表 面502和內(nèi)部表面504限定。
[0078] 如說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中所用，術(shù)語(yǔ)燃料流被廣義地理解為燃料的料流;燃料和氧 化劑;和/或燃料、氧化劑和稀釋劑。燃料流的一些或全部非燃料組分可W例如通過(guò)燃料流 在其離開(kāi)噴嘴21別寸與燃料預(yù)混合或被夾帶。
[0079] 煙道氣通過(guò)排氣煙道506排放到大氣中。任選地，排出的煙氣可經(jīng)過(guò)對(duì)流熱傳遞管 和/或省煤器，該對(duì)流熱傳遞管和/或省煤器預(yù)熱燃燒空氣、燃料和/或進(jìn)料水。
[0080] 在圖2中，從上方觀察，有孔火焰保持器102被示出為矩形的并示出為具有孔210， 所述孔為大致正方形。根據(jù)其他實(shí)施例，火焰保持器102可W具有任何適當(dāng)?shù)男螤睿ㄕ?方形、圓形、六邊形等。同樣，孔210可W具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，包括圓形、正方形、矩形、六邊 形等，并且可W根據(jù)滿(mǎn)足特定應(yīng)用要求的任何構(gòu)造來(lái)布置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，孔210W介于 0.1"和0.5"之間的間距被布置在X-Y柵格中，如圖2所示。限定并分離孔的壁的厚度對(duì)應(yīng)于 介于約30%和80%之間的火焰保持器102總體"孔隙度"。因此，例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中 孔（在平面圖中）呈正方形并具有0.25"的間距，每個(gè)孔的寬度為約0.206"，由厚度為約 0.041"的壁隔開(kāi)，得到約70 %的孔隙度。
[0081] 圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖5燃燒器系統(tǒng)100的細(xì)節(jié)，如圖5中3所示。如圖6所 示，在燃燒器系統(tǒng)500正常運(yùn)行期間，火焰的上邊界302b與下邊界302a僅可在火焰保持器 102的上方和下方分別延伸一小段距離。因此，燃料流206內(nèi)的大多數(shù)燃料在火焰保持器102 的孔210內(nèi)燃燒。
[0082] W便于說(shuō)明的方式示出火焰邊緣302a，302b時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，沒(méi)有可 見(jiàn)的火焰存在。燃燒主要發(fā)生在細(xì)長(zhǎng)孔210內(nèi)，但燃燒熱"發(fā)光"主要是由有孔火焰保持器 102本身可見(jiàn)發(fā)光所導(dǎo)致。在其他情況下，發(fā)明人已經(jīng)注意到在稀釋區(qū)域化內(nèi)的瞬態(tài)"吹 氣"，其中可見(jiàn)火焰在位于有孔火焰保持器102的輸入面212和燃料源218之間（例如，參見(jiàn)圖 2和圖5)的區(qū)域內(nèi)短暫地點(diǎn)燃。運(yùn)樣的瞬態(tài)吹氣通常持續(xù)時(shí)間短，使得在時(shí)間平均的基礎(chǔ) 上，大部分燃燒發(fā)生在有孔火焰保持器的孔210內(nèi)且介于有孔火焰保持器102的輸入面212 和輸出面214之間。在另一些情況下，發(fā)明人已經(jīng)注意到，在有孔火焰保持器102的輸出面 214上方發(fā)生明顯的燃燒，但如來(lái)自有孔火焰保持器102的持續(xù)可見(jiàn)發(fā)光（黑體福射的可見(jiàn) 光波長(zhǎng)尾)所證實(shí)的那樣，大部分燃燒仍然發(fā)生在有孔火焰保持器內(nèi)。
[0083] 有孔燃燒器系統(tǒng)500的熱輸出由燃料流中燃料的流速調(diào)節(jié)來(lái)控制。熱輸出可W通 過(guò)在火焰保持器102處直接測(cè)量來(lái)確定，或者可W基于在系統(tǒng)100內(nèi)其他位置處(諸如在煙 道出口或在工作流體的出口等)進(jìn)行的測(cè)量來(lái)間接地推斷。例如，在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可 W制備一個(gè)表，給定流速并基于工作流體的輸入溫度和輸出溫度，從此表可W得出熱輸出 值。
[0084] 出于本公開(kāi)的目的，中等熱輸出是指值超過(guò)約215KBTU/H/ft2(1.5Kbtu/H/in 2)的 熱輸出，高熱輸出是指值超過(guò)約430kBTU/H/f t2(3kBTU/H/in2)的熱輸出。
[0085] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在正常操作中，燃燒器系統(tǒng)100的熱輸出大于500kBTU/H/ft2,或 約3.化BTU/H/in2 (158W/cm2)。在由發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，像上述一種的有孔火焰保持器W 約lMBTU/H/ft2akBTU/H/in2)或更高的熱輸出常規(guī)運(yùn)行，并且在一些測(cè)試中，達(dá)到或超過(guò)約 5MBTU/H/f t2 (35kBTU/H/in2)的水平。
[0086] 根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，燃燒器系統(tǒng)100的熱輸出大于IMBTU/H/ft2(約化BTU/H/in2)、 3MBTU/H/f t2(約2lkBTU/H/in2)和5MBTU/H/f t2(約35kBTU/H/in2)。
[0087] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，能夠在運(yùn)些高水平熱量輸出下運(yùn)行的原因之一是，有效燃烷基 本上沿孔210的整個(gè)長(zhǎng)度發(fā)生。其結(jié)果是，火焰保持器102的整個(gè)主體保持在等于或高于燃 料流206的燃料組分的自燃溫度的溫度下。因此，在燃料流206行進(jìn)穿過(guò)火焰保持器102的孔 210時(shí)，它被名義上點(diǎn)燃，并且，在反應(yīng)物橫穿孔210的長(zhǎng)度(例如，火焰保持器102的厚度） 時(shí)，完成或接近完成燃燒過(guò)程。在許多現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，陶瓷燃燒器磚瓦的輸出側(cè)被加熱 至W紅外波長(zhǎng)福射能量的程度，但輸入側(cè)被進(jìn)入的燃料流冷卻并保持更冷，特別是在中等 熱量輸出和高熱量輸出下，使得燃燒僅在燃料流206接近燃燒器的輸出面214時(shí)或者甚至越 過(guò)輸出面214時(shí)開(kāi)始。事實(shí)上，許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)依賴(lài)于燃料流的冷卻效果。如Sarkisian的 參考文獻(xiàn)解釋的那樣，"由反應(yīng)物冷卻的陶瓷磚瓦有效地將上游反應(yīng)物與熱的下游燃燒產(chǎn) 物隔離開(kāi)，從而防止逆燃。"
[0088] 為了開(kāi)始運(yùn)行燃燒器系統(tǒng)100并實(shí)現(xiàn)參照各種實(shí)施例所描述的熱輸出水平，在啟 動(dòng)程序中預(yù)熱有孔火焰保持器(或無(wú)限期地保持在升高的溫度下），使得有孔火焰保持器 102的至少一部分處于超過(guò)燃料流206的燃料組分的自燃溫度的溫度下。
[0089] 可W使用任何適當(dāng)?shù)念A(yù)熱火焰保持器102的方法。用于預(yù)熱有孔火焰保持器的一 些結(jié)構(gòu)和方法公開(kāi)于例如2014年2月14日提交的名稱(chēng)為"FUEL COMBUSTION SYSTEM mH A PERFORATED REACTION朋LDER"(具有有孔反應(yīng)保持器的燃料燃燒系統(tǒng)）的PCT專(zhuān)利申請(qǐng) No.PCT/US2014/016632(代理人案卷號(hào)：2651-188-04);該P(yáng)CT專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诓坏钟|本文的公 開(kāi)內(nèi)容的程度上W引用方式并入。
[0090] 下文結(jié)合圖7和圖8描述了用于預(yù)熱有孔火焰保持器102的一種結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的方 法。
[0091] 圖7和圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例處于相應(yīng)操作模式期間的燃燒器系統(tǒng)700的圖解視 圖。如上文結(jié)合燃燒器系統(tǒng)100所述，燃燒器系統(tǒng)700包括有孔火焰保持器102和噴嘴218。任 選地，燃燒器系統(tǒng)700包括控制器706, W及第一電極702和第二電極704。第一電極702被配 置為火焰保持器電極，而第二電極704被配置為充電電極?？刂破?06通過(guò)連接器708可操作 地聯(lián)接至第一電極702和第二電極704,并且被配置成在第一電極702和第二電極704之間施 加電勢(shì)。
[0092] 在示出的實(shí)施例中，第一電極702具有環(huán)形形狀，諸如環(huán)形線(xiàn)圈的形狀，并且被定 位成距噴嘴218-定距離Dn,其中中屯、軸與噴嘴218的縱軸對(duì)齊。在操作期間，從噴嘴218發(fā) 射的燃料流206將優(yōu)選地具有圓錐形狀，該圓錐形狀的直徑作為距噴嘴218的距離的函數(shù)而 增加。通常，相對(duì)于噴嘴218的縱軸，燃料流206分散的角度為約15度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一 電極702的內(nèi)徑被選擇為大于燃料流206在距離Dn處的直徑。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一電極 702的內(nèi)徑被選擇為等于或略微小于燃料流206在距離Dn處的直徑。
[0093] 噴嘴218被配置成通過(guò)燃料管路710接收燃料流。閥712聯(lián)接至燃料管路710,并且 被配置成調(diào)節(jié)燃料到噴嘴218的流?？刂破?06通過(guò)連接器714可操作地聯(lián)接至閥712,并且 被配置成在連接器714上提供信號(hào)，通過(guò)該信號(hào)來(lái)控制閥712的操作。
[0094] 在圖7中，燃燒器系統(tǒng)700被示為處于操作的預(yù)熱模式中。在預(yù)熱模式中操作時(shí)，控 制器706控制閥712W允許燃料到噴嘴218的流，同時(shí)在第一電極702和第二電極704之間施 加電壓，并且通過(guò)任意數(shù)目的已知方法在燃料流206中點(diǎn)燃預(yù)熱火焰416。第二電極704向預(yù) 熱火焰416施加第一極性的電荷，而存在于第一電極702上的相反極性的電壓(或地電勢(shì))吸 引預(yù)熱火焰416內(nèi)的帶電物質(zhì)。因此，預(yù)熱火焰416的火焰前緣418保持在靠近第一電極702 的區(qū)域中，該區(qū)域?qū)㈩A(yù)熱火焰416的相當(dāng)大的部分保持在噴嘴218和有孔火焰保持器102之 間。在預(yù)熱火焰416處于該位置的情況下，有孔火焰保持器102由火焰416加熱。
[0095] 根據(jù)實(shí)施例，控制器706被配置成施加隨時(shí)間變化的電勢(shì)，例如交流電壓或具有直 流偏移的交流電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，由控制器706施加的電勢(shì)具有超過(guò)IOkV的峰間值。根 據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，由控制器706施加的電勢(shì)具有超過(guò)20kV的峰間值。根據(jù)另外的實(shí)施例，由 控制器706施加的電勢(shì)具有超過(guò)40kV的峰間值。
[0096] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一個(gè)或多個(gè)放大器，該放大器被配置成接收來(lái)自控制器 706的時(shí)變信號(hào)，放大信號(hào)，并且向第一電極702和第二電極704提供放大的信號(hào)。
[0097] 在第一電極702的內(nèi)徑大于燃料流206在距離Dn處的直徑的實(shí)施例中，不存在預(yù)熱 火焰416與第一電極702的直接接觸。由此，第一電極702和第二電極704之間不存在直接電 路徑，而且?guī)缀鯖](méi)有電流。因此，即使施加到第一電極702和第二電極704的電壓電勢(shì)可能非 常高，但消耗的功率是最小的。例如，在發(fā)明人所操作的試驗(yàn)燃燒系統(tǒng)中，在所施加的峰間 電壓為約40kV的情況下，功率消耗為約5W。
[0098] 當(dāng)有孔火焰保持器102的至少一部分已被預(yù)熱火焰416加熱到選擇的最低啟動(dòng)溫 度時(shí)，燃燒器系統(tǒng)700從預(yù)熱模式轉(zhuǎn)變到加熱模式（即，正常操作），如圖8所示。在轉(zhuǎn)變到操 作的加熱模式時(shí)，控制器706在第一電極702和第二電極704之間終止施加電勢(shì)，同時(shí)繼續(xù)控 制閥712W允許燃料流到噴嘴218。由于燃料流206的速度，在沒(méi)有通過(guò)第二電極704施加到 火焰302的電荷W及存在于第一電極702處的相反電荷的情況下，預(yù)熱火焰416被吹離保持 電極702。然而，有孔火焰保持器102的最低啟動(dòng)溫度被選擇為高于燃料流206中的燃料的自 燃溫度。因此，當(dāng)啟動(dòng)火焰保持器702不再保持預(yù)熱火焰716時(shí)，燃料流206在有孔火焰保持 器102的孔210內(nèi)點(diǎn)燃，并且穩(wěn)定的燃燒開(kāi)始于火焰保持器102處。
[0099] 任選的控制器706可W通過(guò)控制燃料的體積和/或氧化劑體積來(lái)調(diào)節(jié)燃燒器系統(tǒng) 700的熱輸出，其中通過(guò)控制閥712確認(rèn)所述燃料的體積，所述氧化劑體積由燃燒空氣源提 供。燃烷基本上如結(jié)合圖2和圖5所述的那樣繼續(xù)。
[0100] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9至圖12,根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，流程圖示出了各種操作方法。應(yīng)當(dāng)指出的 是，在下文公開(kāi)的方法中，所公開(kāi)的許多步驟不是強(qiáng)制的或必要的。另外，相對(duì)于一種方法 所公開(kāi)的多個(gè)步驟可W根據(jù)具體情況適當(dāng)?shù)嘏c其他方法相結(jié)合。例如，當(dāng)僅包括圖9的過(guò)程 的某一元素時(shí)，結(jié)合步驟106所述的預(yù)熱步驟可W適當(dāng)?shù)睾喜⒌剿_(kāi)的任一方法中。
[0101] 圖9是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的操作燃燒器系統(tǒng)的方法900的流程圖。該方法W如下 假設(shè)作為前提:該燃燒器最初不處于加熱操作或模式中。在步驟106中，有孔火焰保持器被 預(yù)熱至選定的啟動(dòng)溫度。運(yùn)一步驟可包括僅預(yù)熱火焰保持器的一部分，或者另選地，可W將 整個(gè)火焰保持器預(yù)熱至選定的啟動(dòng)溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，選定的啟動(dòng)溫度是超過(guò)燃料流 的燃料組分的自燃溫度的溫度。所選的啟動(dòng)溫度也可W是超過(guò)燃料流的燃料組分的自燃溫 度的溫度加上增加額外的溫度增量，使得有孔火焰保持器可W保持足夠的熱能W在啟動(dòng)后 的一段時(shí)期內(nèi)維持燃燒反應(yīng)。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)過(guò)程中，一旦冷的燃料和氧化劑混合物 被引入有孔火焰保持器中，有孔火焰保持器的溫度可能會(huì)傾向于下降。選擇額外的溫度增 量W在經(jīng)歷有孔火焰保持器的溫度下降后至少維持在自燃溫度。
[0102] -旦實(shí)現(xiàn)火焰保持器的所選最小啟動(dòng)溫度，該過(guò)程將前進(jìn)至步驟108,在該步驟 中，包含燃料組分和氧化劑組分的燃料流被引入有孔火焰保持器的輸入面。應(yīng)當(dāng)指出的是， 從噴嘴射出燃料流可W作為步驟106的一部分開(kāi)始，或者可W在步驟106結(jié)束時(shí)開(kāi)始。例如， 在上文結(jié)合圖7和圖8所述的預(yù)熱過(guò)程中，燃料流最初支持預(yù)熱火焰，其在啟動(dòng)過(guò)程中被用 來(lái)預(yù)熱火焰保持器。然而，由于在預(yù)熱步驟中火焰被保持在噴嘴和火焰保持器之間，因此燃 料流本身不會(huì)達(dá)到火焰保持器，直到電極被斷電。在其他預(yù)熱過(guò)程中，不會(huì)開(kāi)始射出燃料 流，直到火焰保持器處于其最低啟動(dòng)溫度。在該過(guò)程中，使用其他裝置(諸如通過(guò)電加熱元 件、激光轟擊等)來(lái)預(yù)熱火焰保持器。
[0103] 在步驟412中，燃料流的大部分在有孔火焰保持器的輸入面和輸出面之間燃燒。在 運(yùn)種情況下，燃料流的燃燒是指燃料組分被轉(zhuǎn)換為燃燒產(chǎn)物的燃燒過(guò)程。也就是說(shuō)，燃燒過(guò) 程的大部分發(fā)生在火焰保持器的輸入面和輸出面之間?？蒞在任何合理的基礎(chǔ)上測(cè)定燃燒 過(guò)程完成到何種程度，包括例如燃料的百分比或熱能的百分比，所述燃料的百分比（即，燃 料流的燃料組分)是在火焰保持器的輸入面和輸出面之間被轉(zhuǎn)換為燃燒產(chǎn)物的燃料相對(duì)于 在燃燒器系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)化的燃料總量的百分比，所述熱能的百分比是在火焰保持器的輸入面和 輸出面之間的燃燒過(guò)程所釋放的熱能相對(duì)于在燃燒器系統(tǒng)內(nèi)所釋放的熱能總量的百分比。
[0104] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃燒過(guò)程的至少80%發(fā)生在火焰保持器的輸入面和輸出面之 間。
[0105] 最后，在步驟908中，燃料流的燃燒被用于使燃燒器系統(tǒng)產(chǎn)生至少約21化BTU/H/ f t2( 1.化BTU/H/in2)的最小熱輸出。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，最小熱輸出為約432kBTU/H/f t2 (3kBTU/H/in2)。根據(jù)相應(yīng)另外的實(shí)施例，最小熱輸出為約化BTU/H/in2、約21kBTU/H/in哺 約35481'1]/^/1112?；?1'1]/^/1112對(duì)應(yīng)于約謹(jǐn)81'1]八1/的 2(即，1百萬(wàn)81'1^每平方英尺，或約15.4 百萬(wàn)瓦每平方米）。因此，21kBTU/H/in2和35kBTU/H/in2分別對(duì)應(yīng)于約3MBTU/H/ft 2和約 5MBTU/H/ft^
[0106] 圖10是示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的操作燃燒器系統(tǒng)的方法1000的流程圖。在步驟 108中，包含燃料組分和氧化劑組分的燃料流被引入到有孔火焰保持器的輸入面，基本上如 上文結(jié)合步驟108所述。
[0107] 在步驟1004中，燃料流在有孔火焰保持器處燃燒。在步驟1006中，燃料流的燃燒被 用于使燃燒器系統(tǒng)產(chǎn)生至少約化BTU/H/in2的熱輸出。根據(jù)相應(yīng)可供選擇的實(shí)施例，燃料流 的燃燒被用于產(chǎn)生至少約21kBTU/H/in2和至少約35kBTU/H/in2的熱輸出。
[0108] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如在步驟1008所述，大部分燃燒在火焰保持器的輸入面和輸出 面之間進(jìn)行，基本上如結(jié)合步驟412所述。
[0109] 圖11是示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的操作燃燒器系統(tǒng)的方法1100的流程圖。在步驟 108中，燃料流被引入到有孔火焰保持器的輸入面，基本上如先前所述。在步驟1104中，燃料 流在有孔火焰保持器處燃燒，并且在步驟1106中，燃料流的燃燒被用于產(chǎn)生至少約 216kBTU/H/ft2(1.5kBTU/H/in2)的最小熱輸出。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，最小熱輸出為約化BTU/ H/ft^
[0110] 在步驟1108中，在產(chǎn)生至少最小熱輸出的同時(shí)，火焰保持器的輸入面被保持在超 過(guò)燃料流的燃料組分的自燃溫度的溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，火焰保持器的輸入面保持在至 少1100°F(約593°C)的溫度下。
[0111] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在燃料流進(jìn)入火焰保持器的輸入面時(shí)，燃料流開(kāi)始燃燒。根據(jù)另 一個(gè)實(shí)施例，大部分燃燒在火焰保持器的輸入面和輸出面之間進(jìn)行。
[0112] 圖12是示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的操作燃燒器系統(tǒng)的方法1200的流程圖。在步驟 1202中，燃料流被引入到有孔火焰保持器的輸入面。步驟1202的燃料流中燃料與氧化劑的 平均比率低于燃料流的燃料組分的燃燒下限。然而，在步驟1204中，燃料流在有孔火焰保持 器處燃燒。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如步驟412所述，大部分燃燒在火焰保持器的輸入面和輸出面 之間進(jìn)行。
[0113] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，如步驟1208所述，有孔火焰保持器的至少一部分被保持在超 過(guò)燃料流的燃料組分的自燃溫度的溫度下。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如步驟1210所述，燃料流的燃 燒被用于產(chǎn)生至少約216kBTU/H/ft2(l.化BTU/H/in2)最小熱輸出。
[0114] 雖然本文已經(jīng)公開(kāi)了各個(gè)方面和實(shí)施例，但也可設(shè)想其他方面和實(shí)施例。本文所 公開(kāi)的各個(gè)方面和實(shí)施例出于舉例說(shuō)明的目的，而并非旨在進(jìn)行限制，其具有由W下權(quán)利 要求書(shū)所指示的真實(shí)范圍和實(shí)質(zhì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種方法，包括： 使燃料流流入有孔火焰保持器中，所述有孔火焰保持器具有輸入面、輸出面和多個(gè)穿 孔，所述多個(gè)穿孔在所述輸入面和所述輸出面之間延伸；以及 燃燒所述燃料流，所述燃燒的大部分發(fā)生在所述火焰保持器的所述輸入面和所述輸出 面之間；以及 從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在進(jìn)行所述燃料流的所述燃燒之前，預(yù)熱所述有孔 火焰保持器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)熱所述有孔火焰保持器包括將所述火焰保 持器的至少一部分預(yù)熱至超過(guò)所述燃料流的燃料組分的自燃溫度的溫度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃燒所述燃料流包括在所述火焰保持器的所 述輸入面和所述輸出面之間完成所述燃料流燃燒的至少80%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸出 包括從所述燃燒產(chǎn)生至少432kBTU/H/ft 2的熱輸出。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸出 包括從所述燃燒產(chǎn)生至少I(mǎi)MBTU/H/ft 2的熱輸出。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸出 包括從所述燃燒產(chǎn)生至少3MBTU/H/ft 2的熱輸出。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸出 包括從所述燃燒產(chǎn)生至少5MBTU/H/ft 2的熱輸出。9. 一種操作方法，包括： 使燃料流流入有孔火焰保持器中； 在所述火焰保持器處燃燒所述燃料流；以及 從所述燃燒產(chǎn)生至少I(mǎi)MBTU/H/ft2的熱輸出。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括在所述火焰保持器處進(jìn)行所述燃燒所述燃料流之 前，預(yù)熱所述有孔火焰保持器。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述預(yù)熱所述有孔火焰保持器包括將所述火焰 保持器的至少一部分預(yù)熱至超過(guò)所述燃料流的燃料組分的自燃溫度的溫度。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述在所述火焰保持器處燃燒所述燃料流包括在 所述火焰保持器的輸入面和輸出面之間燃燒所述燃料流的燃料組分的大部分。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述在所述火焰保持器的輸入面和輸出面之間 燃燒所述燃料流的大部分燃料組分包括在所述火焰保持器的所述輸入面和所述輸出面之 間燃燒所述燃料流的所述燃料組分的至少80%。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述在所述火焰保持器的輸入面和輸出面之間 燃燒所述燃料流的大部分燃料組分包括在所述火焰保持器的所述輸入面和所述輸出面之 間延伸的孔內(nèi)燃燒所述燃料流的所述燃料組分的大部分。15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少I(mǎi)MBTU/H/ft2的熱輸出包 括從所述燃燒產(chǎn)生至少3MBTU/H/ft 2的熱輸出。16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述以至少I(mǎi)MBTU/H/ft2的速率在所述火焰保持器 處燃燒所述燃料流包括以至少5MBTU/H/ft2的速率燃燒所述燃料流。17. -種方法，包括： 使燃料流流入有孔火焰保持器中； 在所述火焰保持器處燃燒所述燃料流； 從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的最小熱輸出；以及 在產(chǎn)生至少所述最小熱輸出的同時(shí)，保持所述火焰保持器的至少一部分的溫度超過(guò)所 述燃料流的燃料組分的自燃溫度。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述使燃料流流入有孔火焰保持器中包括所述 使所述燃料流流入在所述火焰保持器的所述輸入面和輸出面之間延伸的多個(gè)孔內(nèi)。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述在所述火焰保持器處燃燒所述燃料流包括 在所述火焰保持器的所述輸入面和所述輸出面之間延伸的孔內(nèi)燃燒所述燃料流的所述燃 料組分的大部分。20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述保持所述火焰保持器的至少一部分的溫度 超過(guò)所述燃料流的燃料組分的自燃溫度包括將所述火焰保持器的所述輸入面處的溫度保 持在至少1100° F。21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述從所述燃燒產(chǎn)生至少216kBTU/H/ft2的熱輸 出包括從所述燃燒產(chǎn)生至少I(mǎi)MBTU/H/f t2的熱輸出。22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括在所述燃料流進(jìn)入所述有孔火焰保持器的所述 輸入面時(shí)引發(fā)所述燃料流的燃燒。23. -種方法，包括： 使燃料流流入有孔火焰保持器的輸入面，所述燃料流中燃料與氧化劑的平均比率低于 所述燃料流的燃料組分的燃燒下限；以及 在所述有孔火焰保持器處燃燒所述燃料流。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括保持所述火焰保持器的輸出面處的溫度超過(guò)所 述燃料流的所述燃料組分的自燃溫度。25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述在所述有孔火焰保持器處燃燒所述燃料流 包括在所述有孔火焰保持器的輸入面和輸出面之間燃燒所述燃料流的所述燃料組分的大 部分。26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述在所述有孔火焰保持器的輸入面和輸出面 之間燃燒所述燃料流的所述燃料組分的大部分包括在所述輸入面和所述輸出面之間在所 述有孔火焰保持器中延伸的孔內(nèi)燃燒所述燃料流的所述燃料組分的大部分。27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述在所述有孔火焰保持器處燃燒所述燃料流 包括在所述有孔火焰保持器的輸入面和輸出面之間燃燒所述燃料流的所述燃料組分的至 少 80 %。28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述在所述有孔火焰保持器處燃燒所述燃料流 包括從所述燃燒產(chǎn)生至少I(mǎi)MBTU/H/ft 2的熱輸出。
【文檔編號(hào)】F23D14/26GK105917169SQ201580003725
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年2月17日
【發(fā)明人】約瑟夫·科蘭尼諾, 道格拉斯·W·卡爾科夫, 克里斯多佛·A·威克洛夫
【申請(qǐng)人】克利爾賽恩燃燒公司