稱操作條件下，有孔火焰保持器102被配置成將至少80%的燃燒反應(yīng)202保持在有孔火焰保持器102的輸入面118和輸出面120之間。
[0030]有孔火焰保持器102被配置成接收來(lái)自燃燒反應(yīng)202的熱量并且將所接收的熱量的一部分作為熱輻射204輸出到燃燒體積108之中或附近的熱接收結(jié)構(gòu)。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118處接收的燃料和氧化劑混合物112。
[0031]以這種方式，即使在由常規(guī)火焰保持器支撐時(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)熱源以維持燃燒反應(yīng)202?？衫迷撃芰σ允褂帽纫郧翱尚懈毞Φ娜剂吓c氧化劑混合物來(lái)支撐燃燒。更貧乏的燃燒導(dǎo)致較低的峰值燃燒溫度并且減少氮氧化物(NOx)輸出。此外，有孔火焰保持器主體114可充當(dāng)散熱器以冷卻燃燒反應(yīng)202的較熱部分，以進(jìn)一步使燃燒溫度最小化。最終，在有孔火焰保持器102的輸入面118和輸出面120之間基本容納燃燒反應(yīng)202限制了燃燒流體(如果氧化劑包括由空氣攜帶的氧，則該燃燒流體包括分子氮N2)暴露于高溫期間的時(shí)間。發(fā)明人相信這進(jìn)一步限制了 NOx輸出。
[0032]冷卻煙氣通過(guò)排氣煙道208排放到大氣中。任選地，排出的煙氣可經(jīng)過(guò)省煤器，該省煤器預(yù)加熱燃燒空氣、燃料和/或進(jìn)料水。
[0033]根據(jù)實(shí)施例，有孔火焰保持器102具有在外周表面122的相對(duì)側(cè)之間的寬度尺寸Wrh，該寬度尺寸為輸入面118和輸出面120之間的厚度尺寸Trh的至少兩倍。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器102的寬度尺寸Wrh為厚度尺寸Trh的至少三倍。根據(jù)另外的實(shí)施例，有孔火焰保持器102的寬度尺寸Wrh為厚度尺寸Trh的至少六倍。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器102的寬度尺寸Wrh為厚度尺寸Trh的至少九倍。
[0034]根據(jù)實(shí)施例，有孔火焰保持器102的寬度尺寸Wrh小于燃燒體積108的相應(yīng)寬度尺寸W。這樣允許煙氣從有孔火焰保持器102上方到下方循環(huán)。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，有孔火焰保持器102由耐火材料形成。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器102由硅酸鋁材料形成。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，有孔火焰保持器102由莫來(lái)石或堇青石形成。根據(jù)實(shí)施例，燃料和氧化劑源110還包括燃料噴嘴126和氧化劑源128，所述燃料噴嘴被配置成將燃料輸出到燃燒體積108中，所述氧化劑源被配置成將包括氧化劑的流體輸出到燃燒體積108中。例如，氧化劑源128可被配置成輸出攜帶氧的空氣。
[0036]燃料噴嘴126被配置成在燃料流112行進(jìn)穿過(guò)燃料噴嘴126和有孔火焰保持器102之間的稀釋距離Dd時(shí)發(fā)射適于挾帶氧化劑的燃料流112。除此之外或作為另外一種選擇，燃料噴嘴126可被配置成在燃料流112行進(jìn)穿過(guò)稀釋距離Dd時(shí)發(fā)射適于挾帶氧化劑以及適于挾帶煙氣的燃料流112。稀釋距離Dd對(duì)應(yīng)于有孔火焰保持器102的輸入面118與燃料噴嘴126的輸出孔口 130之間的距離。
[0037]根據(jù)實(shí)施例，燃燒器系統(tǒng)100包括火焰保持器支撐結(jié)構(gòu)210，所述火焰保持器支撐結(jié)構(gòu)被配置成將有孔火焰保持器102支撐在燃燒體積108內(nèi)，其中輸入面118基本上垂直于噴嘴126的縱軸放置。
[0038]燃料噴嘴126的輸出孔口130具有尺寸Do。根據(jù)實(shí)施例，有孔火焰保持器102被定位成距輸出孔口 130—定距離Dd以接收燃料和氧化劑混合物112，該距離比燃料孔口 130的尺寸Do的20倍更大。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，距離Dd是尺寸Do的至少100倍。根據(jù)另外的實(shí)施例，距離Dd是尺寸Do的至少245倍。
[0039]在下文中，視具體的上下文而定，對(duì)燃料的援引可被理解為對(duì)燃料或?qū)θ剂?氧化劑混合物的援引。
[0040]圖3和圖4為根據(jù)實(shí)施例在相應(yīng)操作模式期間的燃燒器300的圖解視圖。如以上參照燃燒器系統(tǒng)100所述，燃燒器300包括有孔火焰保持器102和噴嘴126。另外，燃燒器300包括控制器306、以及第一電極302和第二電極304。第一電極302被配置為火焰保持器電極，而第二電極304被配置為充電電極?？刂破?06通過(guò)連接器308可操作地耦接到第一電極302和第二電極304，并且被配置成在第一電極302和第二電極304之間施加電勢(shì)。
[0041]在示出的實(shí)施例中，第一電極302具有環(huán)形形狀，諸如環(huán)形線圈的形狀，并且被定位成距噴嘴126—定距離Dn，其中中心軸與噴嘴126的縱軸對(duì)齊。在操作期間，從噴嘴126發(fā)射的燃料流112將優(yōu)選地具有圓錐形狀，該圓錐形狀的直徑作為距噴嘴126的距離的函數(shù)而增加。通常，相對(duì)于噴嘴126的縱軸，燃料流112分散的角度為約15度。根據(jù)實(shí)施例，第一電極302的內(nèi)徑被選擇為大于燃料流112在距離Dn處的直徑。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一電極302的內(nèi)徑被選擇為等于或略微小于燃料流112在距離Dn處的直徑。
[0042]噴嘴126被配置成通過(guò)燃料管路310接收燃料流。閥312耦接到燃料管路310，并且被配置成調(diào)節(jié)燃料到噴嘴126的流?？刂破?06通過(guò)連接器314可操作地耦接到閥312，并且被配置成在連接器314上提供信號(hào)，通過(guò)該信號(hào)來(lái)控制閥312的操作。
[0043]在圖3中，燃燒器300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306控制閥312以允許燃料到噴嘴126的流，同時(shí)在第一電極302和第二電極304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112中點(diǎn)燃預(yù)熱火焰316。第二電極304向預(yù)熱火焰316施加第一極性的電荷，而存在于第一電極302上的相反極性的電壓(或地電勢(shì))吸引預(yù)熱火焰316內(nèi)的帶電物質(zhì)。因此，預(yù)熱火焰316的火焰前緣318保持在靠近第一電極302的區(qū)域中，該區(qū)域?qū)㈩A(yù)熱火焰316的相當(dāng)大的部分保持在噴嘴126和有孔火焰保持器102之間。在預(yù)熱火焰316處于該位置的情況下，有孔火焰保持器102由火焰316加熱。
[0044]根據(jù)實(shí)施例，控制器306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)實(shí)施例，由控制器306施加的電勢(shì)具有超過(guò)1kV的峰間值。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，由控制器306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306施加的電勢(shì)具有超過(guò)40kV的峰間值。
[0045]根據(jù)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306的時(shí)變信號(hào)，放大信號(hào)，并且向第一電極302和第二電極304提供放大的信號(hào)。
[0046]在第一電極302的內(nèi)徑大于燃料流112在距離Dn處的直徑的實(shí)施例中，不存在預(yù)熱火焰316與第一電極302的直接接觸。由此，第一電極302和第二電極304之間不存在直接電路徑，而且?guī)缀鯖]有電流。因此，即使施加到第一電極302和第二電極304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。
[0047]當(dāng)有孔火焰保持器102的至少一部分已被預(yù)熱火焰316加熱到最低操作溫度時(shí)，燃燒器300從預(yù)熱模式轉(zhuǎn)變到加熱模式(S卩，正常操作)，如圖4所示。在轉(zhuǎn)變到操作的加熱模式時(shí)，控制器306在第一電極302和第二電極304之間終止施加電勢(shì)，同時(shí)繼續(xù)控制閥312以允許燃料流到噴嘴126。由于燃料流112的速度，在沒有通過(guò)第二電極304施加到火焰202的電荷以及存在于第一電極302處的相反電荷的情況下，預(yù)熱火焰316不能在燃料流112內(nèi)維持其自身并且被熄滅。然而，有孔火焰保持器102的最低操作溫度被選擇為大于燃料流112中的燃料的自動(dòng)燃燒溫度。因此，當(dāng)預(yù)熱火焰316被高速度的燃料流112熄滅時(shí)，懸舉火焰202立即在有孔火焰保持器102的孔116內(nèi)點(diǎn)燃，并且穩(wěn)定的燃燒開始于火焰保持器102處。
[0048]控制器306通過(guò)控制由閥312所允許的燃料體積來(lái)調(diào)節(jié)燃燒器300的熱量輸出。如參考圖1和圖2所述，只要燃料的流動(dòng)連續(xù)不間斷，燃燒基本上繼續(xù)。
[0049]根據(jù)實(shí)施例，在轉(zhuǎn)變到正常操作之后，充電電極回縮。這使由高溫對(duì)電極造成的損壞最小化，從而延長(zhǎng)充電電極304的壽命。
[