燃燒系統(tǒng)中的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)的電場控制的制作方法
【專利摘要】一種燃燒系統(tǒng)，其可包括多個(gè)加熱體積部分。多個(gè)加熱體積部分中的至少兩個(gè)可包括各自對應(yīng)的電極。所述電極可被驅(qū)動(dòng)以在它們各自的體積中產(chǎn)生各自的電場。所述電場可被配置成驅(qū)動(dòng)各自需要的反應(yīng)。
【專利說明】燃燒系統(tǒng)中的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)的電場控制
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請根據(jù)美國法典第35條第§119 (e)款，要求2011年2月9日提交的，由Thomas S.Hartwick>DavidB.Goodson、以及 ChristopherA.Wiklof 發(fā)明的題目為“ELECTRICFIELD CONTROL OF TWO OR MORE RESPONSES IN A COMBUSTION SYSTEM” 且序列號為61/441，229的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)利益；該申請?jiān)诒旧暾執(zhí)峤恢畷r(shí)同本申請一同審查，并且對于該申請中和在此公開內(nèi)容不一致的范圍以引用的方式被并入。
[0003]概述
[0004]根據(jù)實(shí)施方式，在燃燒系統(tǒng)的加熱體積中，至少一個(gè)第一電場能受控制以驅(qū)動(dòng)第一反應(yīng)，并且至少一個(gè)第二電場能受控制以驅(qū)動(dòng)第二反應(yīng)。所述反應(yīng)可能是化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)。加熱體積的第一部分可能對應(yīng)至少一個(gè)燃燒反應(yīng)區(qū)域。加熱體積的第二部分可能對應(yīng)熱傳遞區(qū)域、污染治理部分、和/或燃料傳送部分。
[0005]至少一個(gè)第一電場和至少一個(gè)第二電場可包括一個(gè)或多個(gè)直流電場、一個(gè)或多個(gè)交流電場、一個(gè)或多個(gè)脈沖序列、一個(gè)或多個(gè)時(shí)變波形、一個(gè)或多個(gè)數(shù)字合成波形、和/或一個(gè)或多個(gè)模擬波形。
[0006]可以布置一個(gè)或多個(gè)傳感器來感測對電場的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)。例如，第一電場可被驅(qū)動(dòng)以最大化燃燒效率。另外地或可選擇地，第一反應(yīng)可包括渦流、混合、反應(yīng)物碰撞能量、反應(yīng)物碰撞頻率、發(fā)光度、熱輻射、以及煙道氣體溫度。第二電場可被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生和第一反應(yīng)不同的第二反應(yīng)。例如，第二反應(yīng)可選擇熱傳遞通道、清理來自熱傳遞表面的燃燒產(chǎn)物、最大化到達(dá)熱載體的熱傳遞、使灰粉沉淀、最小化氮氧化物輸出、和/或回收未燃燒的燃料。因此第二反應(yīng)可包括對著或沿著或遠(yuǎn)離一個(gè)或多個(gè)熱傳遞表面驅(qū)動(dòng)熱的氣體、使灰粉沉淀、驅(qū)動(dòng)制氮氧化反應(yīng)以最小 化反應(yīng)程度、活化燃料、和/或引導(dǎo)燃料顆粒。
[0007]控制器可響應(yīng)于至少一個(gè)輸入變量和/或檢測到至少一個(gè)接收到的傳感器數(shù)據(jù)來改變第一電場或第二電場中的至少一個(gè)。例如，所述至少一個(gè)輸入變量包括燃料流速度、電需求、蒸汽需求、渦輪需求、和/或燃料類型。
[0008]附圖簡述
[0009]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、說明被配置成從使用電場的加熱體積的各自的部分選擇兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的燃燒系統(tǒng)的圖；
[0010]圖2是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、說明被配置成從使用電場的加熱體積的各自的部分選擇兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的燃燒系統(tǒng)的圖；
[0011]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、用于圖1和圖2中的系統(tǒng)的控制器的框圖；
[0012]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、示出用于保持在傳感器反饋數(shù)據(jù)和電極輸出信號之間的一個(gè)或多個(gè)可編程的說明性關(guān)系的方法的流程圖；
[0013]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、包括用來控制燃料、氣流、以及在加熱體積的各自的部分產(chǎn)生出的至少兩個(gè)電場的控制器的燃燒系統(tǒng)的框圖；
[0014]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、使用多個(gè)控制器部分驅(qū)動(dòng)來自燃燒系統(tǒng)部分的各自的反應(yīng)的系統(tǒng)的圖。[0015]詳細(xì)描述
[0016]在下面的詳細(xì)的說明書中，對附圖作出了參考，這些附圖構(gòu)成了本說明書的一部分。在附圖中，除非在文中另作規(guī)定，否則相似的符號通常標(biāo)識(shí)相同的部件。在詳細(xì)的說明書、附圖、以及權(quán)利要求中描述的說明性的實(shí)施方式不是旨在進(jìn)行限制?？梢允褂貌槐畴x在此公開的主題的精神和范圍的其他的實(shí)施方式，以及做出不背離在此公開的主題的精神和范圍的其他的改變。
[0017]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、說明被配置成從使用電場的加熱體積106的各自的部分102、104選擇兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的燃燒系統(tǒng)101的圖。
[0018]布置在加熱體積106的第一部分102中的燃燒器108可被配置成支持火焰109。電子控制器Iio被配置成至少產(chǎn)生第一電極驅(qū)動(dòng)信號和第二電極驅(qū)動(dòng)信號。加熱體積106的第一部分102可包括實(shí)際上大氣壓力的燃燒體積，該燃燒體積中包括一個(gè)或多于一個(gè)的燃燒器108。第一和第二電場以及加熱體積106的第一和第二部分102、104可能是實(shí)際上非重疊的。例如，第一和第二電場可以分別在鍋爐燃燒體積和煙囪中產(chǎn)生。根據(jù)其他的實(shí)施方式，加熱體積106的第一和第二部分102、104可至少部分地重疊。
[0019]至少一個(gè)第一電極112可以被布置在由燃燒器108支持的火焰109的附近，并且被可選擇地耦合到電子控制器110以通過第一電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路114接收第一電極驅(qū)動(dòng)信號。第一電極驅(qū)動(dòng)信號可以被配置成至少在加熱體積106的第一部分102中產(chǎn)生第一電場配置。第一電場配置可以被選擇為產(chǎn)生來自系統(tǒng)101的第一反應(yīng)。
[0020]所述至少一個(gè)第一電極可包括許多物理配置。例如，燃燒器108可以被電絕緣并被驅(qū)動(dòng)以形成至少一個(gè)第一電極。另外地或可選擇地，所述至少一個(gè)第一電極112可能包括如圖1中的圖示說明的環(huán)狀物或圓筒狀物。
[0021]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，所述至少一個(gè)第一電極112可能包括保持橫向于或垂直于由燃燒器108限定的流動(dòng)區(qū)域的充電桿(比如由304型不銹鋼制成的外直徑為1/4英寸的管狀物)。相對所述至少一個(gè)第一電極布置的一個(gè)或多個(gè)第二特征物(未示出)可能以在所述第一電極和所述一個(gè)或多個(gè)第二特征物之間形成的第一電場配置被可選擇地保持在地電壓或偏置電壓上。可選地，至少一個(gè)第一電極可能包括至少兩個(gè)第一電極，并且第一電場配置可能在至少兩個(gè)第一電極之間形成。
[0022]不超出在此公開的限制，電場配置可能包括靜態(tài)電場、脈沖電場、旋轉(zhuǎn)電場、多軸電場、交流電場、直流電場、周期性電場、非周期性電場、重復(fù)電場、隨機(jī)電場、或偽隨機(jī)電場。
[0023]至少一個(gè)第二電極116可被布置在相對于所述至少一個(gè)第一電極112的、由燃燒器108支持的火焰109的遠(yuǎn)端處。所述至少一個(gè)第二電極116可以被可選擇地連接到電子控制器110以通過第二電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路118接收第二電極驅(qū)動(dòng)信號。第二電極驅(qū)動(dòng)信號可以被配置成在加熱體積106的第二部分104中產(chǎn)生第二電場配置。第二電場配置可以被選擇用來產(chǎn)生來自系統(tǒng)101的第二反應(yīng)。
[0024]第一反應(yīng)可能被限制為在加熱體積106的第一部分102中發(fā)生的反應(yīng)，而第二反應(yīng)可能被限制為在加熱體積106的第二部分104中發(fā)生的反應(yīng)。第一和第二反應(yīng)可能與加熱體積106的第一和第二部分102、104中存在的第一和第二種類的離子物質(zhì)的各自的反應(yīng)有關(guān)。[0025]例如，至少一個(gè)第一電極112可以被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生加熱體積106的第一部分102中的第一電場，該第一電場被選擇用來驅(qū)動(dòng)火焰109內(nèi)部和其附近的燃燒達(dá)到比沒有電場時(shí)能達(dá)到的反應(yīng)程度更強(qiáng)烈的反應(yīng)程度。例如，至少一個(gè)第二電極116可以被驅(qū)動(dòng)以在加熱體積106的第二部分104中產(chǎn)生第二電場，該第二電場被選擇用來驅(qū)動(dòng)來自加熱體積的熱量傳遞達(dá)到比沒有電場時(shí)能達(dá)到的熱量傳遞的量更高的量。
[0026]圖2是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、說明被配置成從使用電場的加熱體積106的各自的部分102、104選擇兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)的燃燒系統(tǒng)201的圖。
[0027]圖1和圖2中的系統(tǒng)實(shí)施方式可以被配置成使得第一電極和第二電極中的至少一個(gè)包括至少兩個(gè)電極。例如,在圖2中示出的系統(tǒng)201中，加熱體積106的第一部分102的電極可包括被配置為環(huán)形電極的第一電極部分112a，以及被配置為燃燒器電極的第二電極部分112b。電極部分112a、112b可以通過各自的第一電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路114a、114b驅(qū)動(dòng)。
[0028]至少一個(gè)第一傳感器202可以被布置以感測由燃燒器108支持的火焰109附近的狀況。第一傳感器202可通過第一傳感器信號傳輸通路204被可操作地耦合到電子控制器。第一傳感器202可被配置成感測火焰109的燃燒參數(shù)。例如，第一傳感器202可能包括一個(gè)或多個(gè)火焰發(fā)光度傳感器、光電傳感器、紅外線傳感器、燃料流傳感器、溫度傳感器、燃料氣體溫度傳感器、聲音傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、射頻傳感器、和/或氣流傳感器。
[0029]至少一個(gè)第二傳感器206可被布置以感測由燃燒器108支持的火焰109遠(yuǎn)端的狀況，并且可通過第二傳感器信號傳輸通路208被可操作地耦合到電子控制器110。至少一個(gè)第二傳感器206可被布置以感測與加熱體積106的第二部分104中的狀況相對應(yīng)的參數(shù)。例如，對于所述第二部分104包括污染治理區(qū)域的實(shí)施方式，第二傳感器可以感測與加熱體積106的第二部分104中存在的灰粉數(shù)量相對應(yīng)的光透射率。根據(jù)各種實(shí)施方式，第二傳感器206可能包括一個(gè)或多個(gè)透射率傳感器、粒子傳感器、溫度傳感器、離子傳感器、表面涂層傳感器、聲音傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、和氮氧化物傳感器。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第二傳感器206可被配置成檢測未燃燒的燃料。所述至少一個(gè)第二電極116可以被配置成在被驅(qū)動(dòng)時(shí)強(qiáng)制未燃燒的燃料向下并回到加熱體積106的第一部分102。例如,未燃燒的燃料可能帶正電荷。當(dāng)?shù)诙鞲衅?06在第二傳感器信號傳輸通路208上向控制器110傳輸信號時(shí)，控制器可以將第二電極116驅(qū)動(dòng)至帶正電的狀態(tài)以排斥未燃燒的燃料。加熱體積106中的流體流可被由至少一個(gè)第二電極116和/或至少一個(gè)第一電極112形成的電場驅(qū)動(dòng)以指引未燃燒的燃料向下并進(jìn)入第一部分102，在那里未燃燒的燃料可以進(jìn)一步被火焰109氧化，從而提高了燃料經(jīng)濟(jì)性和減少了排放。
[0031]可選擇地，控制器110可以驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)第一電極的第一部分112a和/或所述至少一個(gè)第一電極的第二部分112b，以便與所述至少一個(gè)第二電極116配合工作。根據(jù)一些實(shí)施方式，這樣配合工作可以驅(qū)動(dòng)未燃燒的燃料比由所述至少一個(gè)第二電極116單獨(dú)作用更有效地向下。例如，到達(dá)電極116、112a、112b的一系列脈沖可以使未燃燒的燃料接力式地向下。接力的第一部分可能包括所述至少一個(gè)第二電極116被驅(qū)動(dòng)為正，而所述至少一個(gè)第一電極的第一部分112a被驅(qū)動(dòng)為負(fù)。這樣配置可把帶正電的未燃燒燃料粒子從所述至少一個(gè)第二電極116附近驅(qū)動(dòng)至所述至少一個(gè)第一電極的第一部分112a附近。那么，當(dāng)未燃燒的燃料粒子在所述至少一個(gè)第一電極的第一部分112a附近時(shí)，那部分112a可以被允許懸空，并且所述至少一個(gè)第一電極的第二部分112b可被驅(qū)動(dòng)為負(fù)，因此繼續(xù)推進(jìn)燃料粒子向下并進(jìn)入火焰109。
[0032]控制器110可能包括被配置成接收至少一個(gè)輸入變量的通信接口 210。圖3是控制器Iio的說明性的實(shí)施方式301的方框圖?？刂破?10可驅(qū)動(dòng)第一電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路114a和114b以產(chǎn)生第一電場,所述第一電場的特性被選擇為在第一加熱體積部分102中提供至少一個(gè)第一影響?？刂破骺砂úㄐ伟l(fā)生器304。波形發(fā)生器304可被布置在控制器110的內(nèi)部或可以位于與控制器110的其余部分分開的位置。波形發(fā)生器304中的至少一些部分可以可選擇地分布于電子控制器110的其他部件(比如微處理器306和儲(chǔ)存器電路308)上。可選的傳感器接口 310、通信接口 210、以及安全接口 312能通過計(jì)算機(jī)總線314被可操作地耦合到微控制器306和儲(chǔ)存器電路308。
[0033]邏輯電路，比如微處理器306和儲(chǔ)存器電路308能確定要通過第一電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路114a、114b傳輸?shù)降谝浑姌O的電脈沖或波形的參數(shù)。第一電極反過來產(chǎn)生第一電場。電脈沖或波形的參數(shù)可以被寫進(jìn)波形緩存316。波形緩存中的內(nèi)容能隨后被脈沖發(fā)生器318用來產(chǎn)生對應(yīng)電脈沖序列或波形的低電壓信號322a、322b。例如，微處理器306和/或脈沖發(fā)生器318可以使用直接的數(shù)字合成來合成低電壓信號?？蛇x擇地，微處理器可以向波形緩存316中寫入對應(yīng)波形原始數(shù)據(jù)的變量值。脈沖發(fā)生器318可包括可操作地運(yùn)行把所述變量值結(jié)合進(jìn)數(shù)字輸出的算法的第一源，以及在數(shù)字輸出上執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的第二源。
[0034]一個(gè)或多個(gè)輸出被放大器320a和320b放大。被放大的輸出被可操作地連接到第一電極信號傳輸通路114a、114b。所述放大器可包括可編程的放大器。所述放大器可以根據(jù)出廠設(shè)置、現(xiàn)場設(shè)置、通過通信接口 210接收到的參數(shù)、一個(gè)或多個(gè)操作人員的控制、和/或在算法上被編程。另外地或可選擇地，放大器320a、320b可包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上恒定的增益級，并且低電壓信號322a、322b能被驅(qū)動(dòng)成可變幅度?？蛇x擇地，輸出能被固定并且加熱體積部分102、104能以具有可變增益的電極來驅(qū)動(dòng)。
[0035]在電極信號傳輸通路114a、114b上輸出的脈沖序列或驅(qū)動(dòng)波形可包括直流信號、交流信號、脈沖序列、脈沖寬度調(diào)制信號、脈沖高度調(diào)制信號、斬波信號、數(shù)字信號、離散電平信號、和/或模擬信號。
[0036]根據(jù)實(shí)施方式，在控制器110內(nèi)、在外部源(比如主計(jì)算機(jī)或服務(wù)器)(未示出)中、在傳感器子系統(tǒng)(未示出)中的反饋過程，或分布在控制器110、外部源、傳感器子系統(tǒng)、和/或其他共同運(yùn)行的電路和程序上的反饋過程可以控制第一電極112a、112b和/或第二電極116。例如，所述反饋過程能響應(yīng)于由所述至少一個(gè)第一電極檢測到的增益或由電場驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)率而在所述至少一個(gè)第一電極信號傳輸通路114a、114b上提供可變的幅度或電流信號。
[0037]傳感器接口 310能接收或產(chǎn)生與加熱體積106的第一部分102中的測量情況成正比關(guān)系(或反比關(guān)系、幾何關(guān)系、積分關(guān)系、微分關(guān)系、等等關(guān)系)的傳感器數(shù)據(jù)(未示出)。
[0038]傳感器接口 310可響應(yīng)加熱體積106的第一和第二部分102、104中的物理和化學(xué)狀況從各自的傳感器202、206接收第一和第二輸入變量?？刂破?10可以執(zhí)行反饋或前饋控制算法以確定用于第一和第二驅(qū)動(dòng)脈沖序列的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，例如，所述參數(shù)可以表示為波形緩存316中的值。
[0039]可選擇地，如在下面將被更全面描述的，控制器110可包括流控制信號接口 324。所述流控制信號接口能被用來產(chǎn)生用于控制通過燃燒系統(tǒng)的燃料流和/或空氣流的流速控制信號。
[0040]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在圖4中示出了說明用于維持在傳感器數(shù)據(jù)和低電壓信號322a、322b之間的一個(gè)或多個(gè)說明性關(guān)系的方法401的流程圖。例如，一個(gè)或多個(gè)說明性的關(guān)系可能包括一個(gè)或多個(gè)可編程的關(guān)系。
[0041]在步驟402，從傳感器接口 310接收傳感器數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)可以被暫存在緩存中，或可選擇地被寫入儲(chǔ)存器電路308。傳感器數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)值可以作為參數(shù)陣列404被保存在儲(chǔ)存器電路308的一部分中。進(jìn)行到步驟406，被接收到的傳感器數(shù)據(jù)與參數(shù)陣列404中的一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)值進(jìn)行比較。
[0042]在步驟408，傳感器數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)參數(shù)值之間的至少一個(gè)差值被輸入到波形選擇器，在步驟410中，波形選擇器的輸出被加載到波形緩存316中。
[0043]根據(jù)一些實(shí)施方式，所述第一和第二電場的至少一個(gè)參數(shù)可能是相互依賴的。因此，所述參數(shù)陣列可能加載有傳感器相對于目標(biāo)值的和被相互決定的電場波形的多個(gè)多變量函數(shù)。例如，參照圖3，控制器110能接收來自加熱體積106的至少一個(gè)反應(yīng)值。微處理器306可響應(yīng)于所述至少一個(gè)反應(yīng)值計(jì)算第一電場的至少一個(gè)第一參數(shù)，以及可響應(yīng)于所述至少一個(gè)反應(yīng)值和所述至少一個(gè)第一參數(shù)計(jì)算第二電場的至少一個(gè)第二參數(shù)。
[0044]在其他實(shí)施方式中，在燃燒體積106的第一和第二部分102、104中的第一和第二電場實(shí)質(zhì)上不直接相互作用。在這些情況下(以及在某些實(shí)施方式中，在其他情況下)，參數(shù)陣列404可包括不是相互決定的波形參數(shù)。
[0045]再次參照圖4，參數(shù)陣列404還可包括燃料流速度和/或一個(gè)或多個(gè)作為燃料流速度的函數(shù)被選擇和加載到參數(shù)陣列404中的波形參數(shù)。
[0046]步驟408可包括響應(yīng)于燃料流速度確定第一電場幅度和/或第一電場脈沖寬度，以及響應(yīng)于第一電場幅度和第一電場脈沖寬度中的至少一個(gè)確定第二電場幅度和第二電場脈沖寬度中的至少一個(gè)。
[0047]例如，過程401可按系統(tǒng)時(shí)標(biāo)間隔(tick interval)被重復(fù)。
[0048]控制器110可響應(yīng)于至少一個(gè)輸入變量確定第一和第二電場驅(qū)動(dòng)信號中的至少一個(gè)的至少一個(gè)參數(shù)。例如，所述至少一個(gè)輸入變量可能包括燃料流速度、電需求、蒸汽需求、渦輪需求、和/或燃料類型中的一個(gè)或多個(gè)。
[0049]控制器110還可能被配置成控制到燃燒器108的填充速度。例如，參照圖5，控制器Iio能在空氣填充速度控制信號傳輸通路502上產(chǎn)生空氣填充速度控制信號以變化地驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇或折流板等504。燃燒器從而可以接收更多或更少的、可控制火焰109猛烈程度的氧氣(或其他等效物)。類似地，控制器110能在燃料填充控制信號傳輸通路506上產(chǎn)生燃料填充(速度、混合等)控制信號。燃料填充控制信號傳輸通路506可將控制器110耦合到控制裝置508。例如，控制裝置508可包括用于調(diào)整到燃燒器108的燃料流速度的閥門。
[0050]圖5還根據(jù)其中這些部分中的一個(gè)包括燃料傳送裝置510的實(shí)施方式，說明了被配置成在加熱體積的各自的部分中產(chǎn)生至少兩個(gè)電場的燃燒系統(tǒng)501。嚴(yán)格地說，燃料傳送裝置510不必是在加熱體積的字面意義上被加熱部分104中，但是為了簡化描述，加熱體積將被理解成擴(kuò)展至與燃料傳送裝置510相對應(yīng)的部分104。
[0051]燃料傳送裝置510能被配置成接收來自一個(gè)或多個(gè)電極512的電場，所述一個(gè)或多個(gè)電極512被耦合以通過電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路514接收來自控制器110的相應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)信號。產(chǎn)生的穿過燃料傳送裝置510的電場可以被驅(qū)動(dòng)以恰好在燃燒前“裂化”或活化燃料。為了減少燃料離開燃燒器108之前的再結(jié)合，在相對靠近燃燒器108的地方施加燃料傳送裝置電場可能是有利的。例如，燃料傳送裝置510可能包括填充燃燒器108的陶瓷燃燒器主體。一個(gè)或多個(gè)電極512可包括被埋入陶瓷燃燒主體里的導(dǎo)體；可包括具有穿過陶瓷燃燒器主體的法線的、相對的盤狀物；可包括通過包含被屏蔽的電極傳輸通路的組合裝置懸于燃料流通路上的電極端頭；可包括環(huán)狀物或圓筒狀物；和/或，可包括以可選的單極電暈器(corotron)或雙極電暈器(scorotron)形式的電暈器導(dǎo)線或網(wǎng)格。
[0052]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的，使用多個(gè)控制器部分602、604、606、620來驅(qū)動(dòng)燃燒系統(tǒng)601中的加熱體積106的部分102、104、610、618的各自的反應(yīng)的系統(tǒng)的圖?？刂破鞑糠?02、604、606、620可以被實(shí)際上布置在控制器110內(nèi)?？蛇x擇地，控制器部分602、604、606,620可以是分布式的，例如使得其在它們各自的加熱體積部分102、104、610、618附近。
[0053]控制器部分602、604、606、620中的一些或全部可實(shí)際上包括對應(yīng)于圖3中的框圖301的控制器110的相關(guān)整體。可選擇地，參照圖3，控制器功能中的一些部分能被集成到一個(gè)或多個(gè)共享源中，并且控制器功能的其他部分能被分布在控制器部分602、604、606、620中。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)控制器部分602、604、606、620可包括波形發(fā)生器304,而同時(shí)控制器110的其他部分，比如微處理器306、儲(chǔ)存器電路308、傳感器接口 310、安全接口312、總線314、通信接口 210、以及流控制信號接口 324被布置在控制器110中的公共源中。
[0054]回到圖6，電極112a、112b、以及112c可被控制器部分602通過各自的電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸線114a、114b、114c驅(qū)動(dòng)。電極112a、112b、以及112c可以被布置以在其中有燃燒器108支持的火焰109的加熱體積106的第一部分102中形成被調(diào)整的電場。所述電場可以被驅(qū)動(dòng)以提供渦流和/或以其他方式加速在火焰109內(nèi)部或附近的燃燒。對通過電極112a、112b、以及112c產(chǎn)生的電場的至少一個(gè)反應(yīng)也能被電極202a、202b、202c感測到。電場驅(qū)動(dòng)電極112a也因此可以被稱作電場傳感器202a。類似地，電場驅(qū)動(dòng)電極/傳感器112b、202b以及112c、202c也能被同時(shí)用于電場的驅(qū)動(dòng)和感測。類似地，電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路114a、114b、114c中的至少一些部分還可充當(dāng)各自的傳感器信號傳輸通路204a、204b、204c。
[0055]第二個(gè)控制器部分604能通過電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路118來驅(qū)動(dòng)被布置在加熱體積106的第二部分104中的電極116。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電極116能被配置為在被配置成在熱電偶結(jié)206 (未示出)處的壁，其用來去除從加熱體積106的第一部分102離開的被加熱的且仍離子化的氣體的熱量。傳感器信號傳輸通路208可被耦合到在熱電偶結(jié)206 (未示出)處的熱交換器壁的一部分。例如，來自傳感器信號傳輸通路118的反饋可以被用于控制進(jìn)入熱交換器的水流速度和/或控制到達(dá)火焰109的氣流。
[0056]因此，燃燒器系統(tǒng)601可為被配置成根據(jù)需求以可變速度進(jìn)行加熱的可變輸出鍋爐提供功能。當(dāng)然，為了適于滿足持續(xù)的和/或不斷涌現(xiàn)的需求，燃燒器108可包括多個(gè)燃燒器，其使用被提供給多個(gè)燃燒器108的燃料流。
[0057]第三個(gè)控制器部分606可驅(qū)動(dòng)被布置在加熱體積106的第三部分610的電極608a、608b、608c、608d。第三控制器部分606可通過各自的電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路612a、612b、612c、612d 驅(qū)動(dòng)電極 608a、608b、608c、608d。電極 608a、608b、608c、608d 可被配置為可操作地捕獲灰粉、灰塵、和/或來自通過加熱體積部分610的其他不需要的煙道氣體成分的靜電除塵板。
[0058]可選地,傳感器614能通過傳感器信號傳輸通路616向控制器部分606傳送傳感器信號。傳感器614可被配置成感測從加熱體積部分610回收氣體回到第一加熱體積部分102以進(jìn)一步加熱和燃燒的需求的狀態(tài)指示。例如，傳感器614可包括被配置成檢測加熱體積部分610中的未燃燒燃料存在的波譜儀。
[0059]在通過傳感器信號傳輸通路616接收到來自傳感器614的信號之后，控制器部分606可立刻設(shè)置電極608a、608b、608c、608d的極性以將在加熱體積部分610中存在的離子物質(zhì)向下驅(qū)動(dòng)并回到火焰109附近。在加熱體積部分610中的氣體中存在的氣體粒子和不帶電燃料粒子可被離子物質(zhì)懸浮夾帶。可選擇地，實(shí)質(zhì)上在加熱體積部分610中的所有燃料粒子能保留電荷并被電極608a、608b、608c、608d提供的電場直接驅(qū)動(dòng)。
[0060]如前面所述的加熱體積106的第四部分618，可以被認(rèn)為是在此常規(guī)使用的加熱體積部分，而不是可對應(yīng)燃料填充裝置510的字面意義上的加熱體積部分?？刂破鞑糠?20可通過電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路514驅(qū)動(dòng)被布置在燃料填充裝置510附近的電極512來活化燃料，如前面結(jié)合圖5描述的。
[0061]燃料離子化檢測器622可被布置成感測從燃料傳送裝置510到達(dá)燃燒器108和火焰109的燃料流的離子化程度，并且通過傳感器信號傳輸通路624向控制器部分620傳輸相應(yīng)的傳感器信號。被感測到的信號可用來選擇幅度、頻率、和/或通過電極驅(qū)動(dòng)信號傳輸通路514從控制器部分620傳送到電極512的其他波形特性。
[0062]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要了解的是，前面具體的示例性的過程和/或裝置和/或技術(shù)是本文中其他地方(比如所提交的權(quán)利要求和/或本申請的其他地方)講述的更具通用性的過程和/或裝置和/或技術(shù)的代表。
[0063]雖然已經(jīng)在此公開了多個(gè)方面和多個(gè)實(shí)施方式，其他的方面和實(shí)施方式也能被考慮。在此公開的多個(gè)方面和多個(gè)實(shí)施方式是用于說明目的并且不是旨在進(jìn)行限制，真正的范圍和精神由下面的權(quán)利要求指明。
【權(quán)利要求】
1.一種從燃燒系統(tǒng)選擇兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)的方法，包括: 在包括了燃燒期間產(chǎn)生的帶電物質(zhì)的加熱體積的第一部分中驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)第一電場；以及 在所述加熱體積的第二部分中驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)第二電場。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)第一電場被控制以驅(qū)動(dòng)第一反應(yīng)，并且所述至少一個(gè)第二電場被控制以驅(qū)動(dòng)不同于所述第一反應(yīng)的第二反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述加熱體積的第一部分對應(yīng)于至少一個(gè)燃燒反應(yīng)區(qū)域，并且所述加熱體積的第二部分對應(yīng)于從由熱傳遞區(qū)域、污染治理部分、以及燃料傳送部分組成的組中選擇的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場被驅(qū)動(dòng)以最大化燃燒效率，并且所述第二電場被驅(qū)動(dòng)以執(zhí)行從由選擇熱傳遞通道、清理來自熱傳遞表面的燃燒產(chǎn)物、最大化到達(dá)熱載體的熱傳遞、使灰粉沉淀、最小化氮氧化物輸出、以及回收未燃燒的燃料組成的組中選擇的至少一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一反應(yīng)和所述第二反應(yīng)每個(gè)都包括物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一反應(yīng)包括從由渦流、混合、反應(yīng)物碰撞能量、反應(yīng)物碰撞頻率、發(fā)光度、熱輻射、以及煙道氣體溫度組成的組中選擇的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的 方法，其中所述第二反應(yīng)包括從由引導(dǎo)熱量到達(dá)熱量傳遞表面、沉淀、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生氮氧化物的反應(yīng)達(dá)到最小的反應(yīng)程度、以及燃料粒子回收組成的組中選擇的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 響應(yīng)于檢測到至少一個(gè)輸入變量來改變所述第一電場或第二電場中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述至少一個(gè)輸入變量包括燃料流速度、電需求、蒸汽需求、渦輪需求、燃料類型、碳足跡值、排放配額值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱體積包括對應(yīng)于所述第一部分的燃燒體積，以及對應(yīng)于所述第二部分的熱量傳遞區(qū)域或污染治理部分中的至少一個(gè)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)所述第一電場和所述第二電場包括傳送第一驅(qū)動(dòng)脈沖序列和第二驅(qū)動(dòng)脈沖序列。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括: 從各自的傳感器接收響應(yīng)于所述加熱體積的第一部分和第二部分中的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)的第一輸入變量和第二輸入變量；以及 執(zhí)行各自的反饋或前饋控制算法以確定所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖序列和第二驅(qū)動(dòng)脈沖序列的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)所述第一電場和所述第二電場包括驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的第一驅(qū)動(dòng)波形和第二驅(qū)動(dòng)波形。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)波形包括從由直流信號、交流信號、脈沖序列、脈沖寬度調(diào)制信號、脈沖高度調(diào)制信號、斬波信號、數(shù)字信號、離散電平信號、以及模擬信號組成的組中選擇的至少一個(gè)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:提供被可操作地耦合以驅(qū)動(dòng)所述電場的電子控制器。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 提供被配置成為所述第一電場和所述第二電場中的每一個(gè)選擇至少一個(gè)電場參數(shù)的電子控制器。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 使用在所述加熱體積中各自的至少一個(gè)電極形成第一驅(qū)動(dòng)電場和第二驅(qū)動(dòng)電場；其中所述加熱體積的第一部分包括實(shí)際上大氣壓力的燃燒體積，所述燃燒體積包括至少一個(gè)燃燒器。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場和所述第二電場實(shí)質(zhì)上是不重疊的。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場和所述第二電場被可操作地耦合到鍋爐燃燒體積和煙囪的不同部分。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場和所述第二電場中的至少一個(gè)參數(shù)是相互依賴的。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 接收來自所述加熱體積的至少一個(gè)反應(yīng)值； 計(jì)算響應(yīng)于所述至少一個(gè)反應(yīng)值的、所述第一電場的至少一個(gè)第一參數(shù)；以及計(jì)算響應(yīng)于所述至少一個(gè)反應(yīng)值和所述至少一個(gè)第一參數(shù)的、所述第二電場的至少一個(gè)第二參數(shù)。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 確定對所述加熱體積的第一部分中的至少一個(gè)燃燒器的燃料流速度； 響應(yīng)于所述燃料流速度確定第一電場幅度和第一電場脈沖寬度中的至少一個(gè)；以及響應(yīng)于第一電場幅度和第一電場脈沖寬度中的所述至少一個(gè)確定第二電場幅度和第二電場脈沖寬度中的至少一個(gè)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第二電場被配置成將未燃燒的碳?xì)浠衔锶剂匣厥罩了黾訜狍w積的第一部分中。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場被配置成驅(qū)動(dòng)燃料的燃燒達(dá)到在所述加熱體積的第一部分中支持的火焰中反應(yīng)的程度；并且其中所述第二電場被配置成將來自所述加熱體積的第二部分所包含的煙道的燃料中的未燃燒的粒子回收回所述加熱體積的第一部分以進(jìn)一步燃燒。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電場和所述第二電場實(shí)質(zhì)上不直接相互作用。
26.一種用來控制包括至少一個(gè)支持火焰的燃燒器的燃燒系統(tǒng)中的多個(gè)電場的系統(tǒng)，包括: 電子控制器，其被配置成產(chǎn)生至少第一電極驅(qū)動(dòng)信號和第二電極驅(qū)動(dòng)信號； 至少一個(gè)第一電極，其被布置在燃燒器支持的火焰附近并被可操作地耦合以接收所述第一電極驅(qū)動(dòng)信號；以及 至少一個(gè)第二電極，其被布置在所述燃燒器支持的火焰的相對于所述至少一個(gè)第一電極遠(yuǎn)端處并被可操作地耦合以接收所述第二電極驅(qū)動(dòng)信號。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極中的至少一個(gè)包括至少兩個(gè)電極。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，還包括: 至少一個(gè)第一傳感器，其被布置成用來感測在所述燃燒器支持的火焰附近的狀況并被可操作地耦合到所述電子控制器。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一傳感器被配置成感測所述火焰的燃燒參數(shù)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一傳感器包括從由火焰發(fā)光度傳感器、光電傳感器、紅外線傳感器、燃料流傳感器、溫度傳感器、燃料氣體溫度傳感器、射頻傳感器、以及流傳感器組成的組中選擇的至少一個(gè)。
31.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一傳感器包括位于所述火焰附近的傳感器。
32.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，還包括: 至少一個(gè)第二傳感器，其被布置成用來感測在所述燃燒器支持的火焰的遠(yuǎn)端處的狀況并被可操作地耦合到所述電子控制器。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二傳感器包括位于所述火焰遠(yuǎn)端處的傳感器。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二傳感器包括從由透射率傳感器、粒子傳感器、溫度傳感器、離子傳感器、表面涂層傳感器、聲音傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、以及氮氧化物傳感器組成的組中選擇的至少一個(gè)。`
35.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還包括被配置成接收至少一個(gè)輸入變量的通信接口。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成響應(yīng)于所述至少一個(gè)輸入變量確定所述第一電場驅(qū)動(dòng)信號和所述第二電場驅(qū)動(dòng)信號中的至少一個(gè)的至少一個(gè)參數(shù)。
37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)輸入變量包括從由燃料流速度、電需求、蒸汽需求、渦輪需求、燃料類型、碳足跡模型、以及排放配額值組成的組中選擇的至少一個(gè)。
38.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電子控制器還被配置成產(chǎn)生燃料流控制信號和空氣流控制信號中的至少一個(gè)。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，還包括: 閥門，其被可操作地耦合以接收所述燃料流控制信號并響應(yīng)性地調(diào)整到所述燃燒器的燃料流速度。
40.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，還包括: 鼓風(fēng)機(jī)，其被可操作地耦合以接收所述空氣流控制信號并響應(yīng)性地調(diào)整到火焰的空氣流速度。
41.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電子控制器至少包括被配置成提供所述第一電極驅(qū)動(dòng)信號的第一電子控制器，以及被配置成提供所述第二電極驅(qū)動(dòng)信號的第二電子控制器。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述第一控制器和所述第二控制器被可操作地彼此耦合。
43.一種外部燃燒系統(tǒng),包括: 至少一個(gè)燃燒器，其被配置成支持布置在燃燒室中的至少一個(gè)火焰； 至少一個(gè)第一電極，其被可操作地耦合到所述燃燒室并被配置成施加穿過所述至少一個(gè)火焰或從所述至少一個(gè)火焰附近穿過的第一時(shí)變電場； 至少一個(gè)第二電極，其被可操作地耦合到被配置成接收來自所述燃燒室的至少熱的氣體的熱交換體積；所述至少一個(gè)第二電極被配置成施加穿過所述熱的氣體或從所述熱的氣體附近穿過的第二時(shí)變電場。
44.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，還包括: 至少一個(gè)電極驅(qū)動(dòng)電路，其被配置成驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極以施加各自的第一時(shí)變電場和第二時(shí)變電場。
45.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述第一電場和所述第二電場具有不同的時(shí)間變化。
46.如權(quán)利要求45所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述第一電場的時(shí)間變化被選擇為使燃燒最大化。
47.如權(quán)利要求45所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述至少熱的氣體包括帶電粒子，并且其中所述第二電場的時(shí)間變化被選擇為在至少一個(gè)第一方向上驅(qū)動(dòng)所述帶電粒子。
48.如權(quán)利要求47所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中在所述第一方向上驅(qū)動(dòng)所述帶電粒子也在所述至少一個(gè)第一方向上推動(dòng)了所述熱的氣體中的至少一部分。
49.如權(quán)利要求47所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一方向入射到至少一個(gè)熱傳遞表面上。
50.如權(quán)利要求47所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一方向包括循環(huán)回至所述燃燒室的方向。
51.如權(quán)利要求47所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述第二電場的時(shí)間變化被選擇為在所述至少一個(gè)第一方向上和至少一個(gè)第二方向上相繼地驅(qū)動(dòng)所述帶電粒子。
52.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述至少熱的氣體包括帶電粒子，并且其中所述第二時(shí)變電場被配置成從所述熱的氣體分離所述帶電粒子。
53.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，還包括: 燃料傳送系統(tǒng)，其被配置成向所述至少一個(gè)燃燒器傳送燃料。
54.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，還包括: 熱量傳送系統(tǒng)，其被配置成接收至少來自所述熱的氣體的熱量并向遠(yuǎn)程位置傳送所述熱量。
55.如權(quán)利要求54所述的外部燃燒系統(tǒng)，還包括: 蒸汽渦輪，其被配置成接收在所述遠(yuǎn)程位置的熱量。
56.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，還包括: 氣體渦輪，其被配置成接收所述熱的氣體。
57.如權(quán)利要求43所述的外部燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)燃燒器、所述至少一個(gè)第一電極、以及所述至少一個(gè)第二電極是強(qiáng)制空氣加熱系統(tǒng)的部分；并且還包括: 被配置成向多個(gè)遠(yuǎn)程位置傳送被加熱的空氣的一套空氣管道。
【文檔編號】F23N5/00GK103562638SQ201280017587
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月9日
【發(fā)明者】托馬斯·S·哈特威克, 大衛(wèi)·B·古德森, 克里斯多佛·A·威克洛夫, 約瑟夫·科蘭尼諾 申請人:克利爾賽恩燃燒公司