低NOx離焰燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種燃料燃燒器，通過施加給所述火焰的電壓，將所述火焰錨定于導(dǎo)電性錨定器來(lái)減少由所述燃料燃燒器生成的氮氧化物(NOx)，所述導(dǎo)電性錨定器與燃料噴嘴隔開一個(gè)提升距離而設(shè)置。
【專利說明】低NOx離焰燃燒器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求提交于2012年5月31日的名稱為“LOW NOxLIFTED FLAMEBURNER” (低NOx離焰燃燒器)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/653，722、提交于2012年7月9日的名稱為“LOW NOx BURNER AND METHOD OF OPERATING A LOW NOx BURNER”(低 NOx 燃燒器及低NOx燃燒器的操作方法)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/669，634的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)?jiān)诓慌c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)一個(gè)實(shí)施例，離焰燃燒器包括燃料噴嘴和電極，所述燃料噴嘴被配置成提供燃料，所述電極被配置成承載電壓并在離焰燃燒器工作時(shí)對(duì)燃料支持的火焰施加電壓或相應(yīng)的電荷。電極可以為任何導(dǎo)電介質(zhì)，包括但不限于固體、液體、蒸汽、等離子體、氣態(tài)懸浮物或漿液。導(dǎo)電性火焰錨定器被設(shè)置在由燃料噴嘴噴射的燃料射流附近，且不與電極接觸。施加于火焰的電壓即電荷起到將火焰錨定于導(dǎo)電性火焰錨定器的作用。燃料噴嘴與導(dǎo)電性火焰錨定器之間的提升距離充當(dāng)挾帶空氣或煙氣進(jìn)入、或增強(qiáng)空氣混合、或削弱燃料射流的混合區(qū)，其繼而可以降低火焰溫度和/或提供反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量比，從而減少燃燒器產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)。
[0004]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，低NOx燃燒器的操作方法包括從燃料噴嘴噴射燃料，通過噴射的燃料支持火焰，通過電極向火焰施加電壓即多出電荷，并且通過設(shè)置在燃料噴嘴與電極之間的導(dǎo)電性火焰錨定器錨定火焰。燃料噴嘴與導(dǎo)電性火焰錨定器之間的提升距離提供了將空氣或煙氣與噴射的燃料混合的區(qū)域?？諝饣驘煔馀c噴射的燃料的混合可降低火焰溫度和/或提供反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量比，從而減少燃燒器的NOx輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器的示意圖。
[0006]圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器的細(xì)節(jié)圖，其中火焰錨定器包括設(shè)置在燃料噴嘴軸向和周向的環(huán)。
[0007]圖3為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器的細(xì)節(jié)圖，其中火焰錨定器包括一個(gè)或多個(gè)從燃料噴嘴伸出的突出件。
[0008]圖4為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器的示意圖，其包括火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)，所述火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)用來(lái)在兩種或更多種與燃料噴嘴相隔距離之間致動(dòng)火焰錨定器的位置。
[0009]圖5為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的低氮氧化物(NOx)燃燒器操作方法的流程圖。
[0010]圖6為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例并結(jié)合圖1-5所示的火焰錨定現(xiàn)象的機(jī)制說明示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]在以下【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，否則在附圖中類似的符號(hào)通常表示類似的部件。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)施例并不用來(lái)進(jìn)行限制。在不脫離本文所述主題的精神或范圍的前提下，可采用其他實(shí)施例并且可作出其他改變。
[0012]圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器101的示意圖。離焰燃燒器101包括用來(lái)提供燃料的燃料噴嘴102、用來(lái)承載電壓并被設(shè)置成遠(yuǎn)離燃料噴嘴102的電極104以及定位在燃料噴嘴102與電極104之間的導(dǎo)電性火焰錨定器108。導(dǎo)電性火焰錨定器108通常被支撐成遠(yuǎn)離電極104而不與其接觸。當(dāng)離焰燃燒器101工作時(shí)，電極104至少間歇性地與燃料噴嘴102支持的火焰106接觸。在其他實(shí)施例中，電極104可在火焰106附近，但不與火焰106直接接觸。
[0013]電極104和火焰錨定器108可在結(jié)構(gòu)上相似或者甚至相同，如圖1所示，或者它們可在形狀或結(jié)構(gòu)上具有顯著差異。一般來(lái)講，電極104與火焰錨定器108之間的原則性區(qū)別在于電極104向燃燒流體施加電荷(例如，向火焰106施加電壓)，而火焰錨定器108將電流從火焰106傳導(dǎo)至保持電壓節(jié)點(diǎn)(例如傳導(dǎo)至地)。電極104可被設(shè)置成與火焰106接觸以施加電壓。或者，電極104可被設(shè)置在火焰106的上游，以將供挾帶的電荷輸出到燃料射流110、助燃空氣或煙氣112中，繼而被挾帶進(jìn)火焰106。
[0014]電壓源109用來(lái)向電極104施加電壓。
[0015]燃料噴嘴102可用來(lái)提供氣態(tài)液體燃料或粉狀固體燃料。設(shè)想本文所公開的方法可適用于可通過噴嘴輸送的多種燃料。例如，其他燃料可包括各種烴類氣體，諸如甲烷(天然氣)、乙烷、丙烷和乙炔；液態(tài)烴類燃料，諸如各種等級(jí)的油品、煤油和汽油；和/或固態(tài)烴類燃料，諸如粉煤。部分反應(yīng)的燃料能夠攜帶正電荷，如(舉例來(lái)說)碳正離子將比不能形成離子的燃料更好用。
[0016]燃料噴嘴102被配置成可使燃料射流110流過火焰錨定器108。在至少一些情況下，燃料射流110的速度可大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?。由電極104承載的電壓使火焰106即使在高燃料射流110速度下也可被錨定于導(dǎo)電性火焰錨定器108。在一些實(shí)施例中，火焰錨定器108與地直接導(dǎo)通。根據(jù)其他實(shí)施例，火焰錨定器108通過高阻抗裝置(例如電阻器)與地導(dǎo)通，與地隔離，或被配置成承載與電極104所承載電壓相反的電壓。高阻抗可在0.1兆歐和100兆歐(ΜΩ)之間，或者(特別是，對(duì)于一些實(shí)施例)為具有在約1ΜΩ和約50ΜΩ之間的值的簡(jiǎn)單電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，電阻在6ΜΩ和8ΜΩ之間。
[0017]任選地，反射電極116設(shè)置在燃料噴嘴102周邊并被配置成承載與電極104所承載電壓具有相同極性的電壓。反射電極116用來(lái)減少或防止火焰錨定器108與燃料噴嘴102之間發(fā)生逆燃。
[0018]火焰錨定器108的至少一部分與燃料噴嘴102間隔開。燃料噴嘴102被配置成可使燃料流過火焰錨定器108。燃料噴嘴102與火焰錨定器108的間隔開的部分之間的燃料流110挾帶空氣或煙氣112，以形成燃料與空氣或煙氣112的預(yù)混或稀釋。煙氣112中通常含有約3%的氧氣。如果被挾帶氣體112為煙氣112，則挾帶煙氣112的主要作用在于稀釋燃料或燃料/空氣混合物，其目的通常是降低火焰溫度。空氣中通常含有約21%的氧氣。如果被挾帶氣體112為空氣，則挾帶空氣的主要作用在于預(yù)混合空氣中的氧氣與燃料，從而達(dá)成火焰106更好的均勻性。此外，理想的是在如下情況下燃燒火焰106:在至少部分地由電極104產(chǎn)生的電場(chǎng)存在下，氧化劑與燃料被至少部分地預(yù)混至接近化學(xué)計(jì)量比和/或接近可燃極限。
[0019]離焰燃燒器101的燃料與被挾帶的空氣或煙氣112預(yù)混合的作用在于降低火焰106的溫度。火焰106溫度的降低可使氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生量減少。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃料噴嘴102為預(yù)混合噴嘴，其被配置成在噴射燃料射流110之前將燃料至少部分地與助燃空氣預(yù)混合。
[0021]在離焰燃燒器101中，電極104通常被配置成可將電荷或電壓傳遞至火焰106。電極104由電壓源109激發(fā)。電壓源109可激發(fā)電極104將時(shí)變電壓(諸如交流電壓)傳遞至火焰106。時(shí)變電壓可包括約±2000伏特至±100，000伏特的峰間電壓變化。其他超出此范圍的電壓也可適用于特定應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)最佳電壓范圍往往與燃料射流110的速度或者燃料壓力成比例(其他條件不變):燃料速度或壓力越低，所需的電壓也越低。因此，如果孔口尺寸足夠大或燃料噴嘴102到導(dǎo)電性火焰錨定器108的距離足夠大，即使強(qiáng)放熱應(yīng)用也可通過所示范圍低端的電壓進(jìn)行錨定。燃料射流110的速度與Ι/d和l/χ成比例，其中d為燃料噴嘴102的直徑，X為從燃料噴嘴102起的距離。降低燃料速度(壓力)受到火焰質(zhì)量的限制；低速射流的動(dòng)量低，因此挾帶周圍空氣或流體的效果較差。增加從燃料噴嘴102起的距離受到可燃極限的限制；最終，從燃料噴嘴102起的距離過遠(yuǎn)將使得挾帶過多的煙氣112或空氣，從而混合物不再易燃。已發(fā)現(xiàn)本文所述的實(shí)施例允許在燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間有相當(dāng)大距離的同時(shí)仍得到穩(wěn)定的火焰106，在施加可加快火焰速度和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的電壓時(shí)尤其如此。
[0023]時(shí)變電壓可包括頻率在約I赫茲和約2000赫茲之間的波形，或者(特別是，對(duì)于一些實(shí)施例)頻率在約100赫茲和約1000赫茲之間的波形。時(shí)變電壓的波形可包括正弦形、正方形、三角形、截頂三角形或鋸齒形波形，或是包括上述波形組合的任意波形。非對(duì)稱波形可能最適于一些實(shí)施例。
[0024]火焰錨定器108與地電隔離并且與不為火焰106所承載的電壓電隔離。燃料噴嘴102為導(dǎo)電的，且與地電隔離并且與不為火焰106所承載的電壓電隔離。火焰錨定器108與燃料噴嘴102可彼此電導(dǎo)通；例如，通過電連接114。
[0025]圖2示出了離焰燃燒器的實(shí)施例201，其中火焰錨定器108包括軸向和周向地相對(duì)于燃料噴嘴102設(shè)置的環(huán)。在離焰燃燒器201工作過程中所述環(huán)被設(shè)置在由燃料噴嘴102噴出的燃料射流110的外周邊附近。
[0026]圖3示出了離焰燃燒器的實(shí)施例301，其中火焰錨定器108包括一個(gè)或多個(gè)從燃料噴嘴102伸出的突出件。用于挾帶空氣或煙氣112的燃料射流區(qū)域110與突出件108的高度相當(dāng)。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，火焰錨定器108可設(shè)置在中央。例如，在本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，為燃料噴嘴102排列(包括多個(gè)孔口)所圍繞的設(shè)置在中央的突出件基本上起到了所述作用。
[0028]圖1-3示出了一些可選的火焰錨定器108的實(shí)施例。其他布置方式也落入本說明書和本文權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。例如，火焰錨定器108不必相對(duì)于火焰軸線軸對(duì)稱。此類布置方式的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示。參見圖3，一個(gè)或多個(gè)突出件108可朝向或遠(yuǎn)離燃料射流110或火焰106的中心軸線傾斜。此類實(shí)施例可允許隨操作狀態(tài)的改變而自動(dòng)遷移火焰附接點(diǎn)，任選地，通過邏輯電路諸如火焰錨定器控制器404(如下文所述)或可操作地連接到或嵌入電壓源109的邏輯電路來(lái)同時(shí)改變或不同時(shí)改變操作參數(shù)。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了多個(gè)火焰錨定器108 ;各自設(shè)置在離燃料噴嘴102的不同距離處?；鹧驽^定器控制器404被配置成選擇性地將各個(gè)火焰錨定器108隔離開或連接于(例如)地電位或電壓源109。因此，火焰錨定器控制器404因此可選擇哪個(gè)火焰錨定器108在任何給定的瞬間錨定火焰106，從而可選擇火焰106被錨定位置離燃料噴嘴102的距離。
[0030]圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的離焰燃燒器401，其包括被配置成控制火焰錨定器108與燃料噴嘴102之間距離的火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402?；鹧驽^定器控制器404用來(lái)驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402,以將火焰錨定器108定位于一系列距離范圍內(nèi)?；鹧驽^定器控制器404可根據(jù)火焰106的狀況、燃料流速、火焰錨定器或電極所承載的電壓等來(lái)選擇位置，這些由可操作地連接于火焰錨定器控制器404的傳感器406檢測(cè)。由傳感器406感測(cè)的火焰106的狀況可包括(例如)溫度、亮度和/或大小。
[0031]當(dāng)火焰106的溫度、亮度或大小以表明燃料稀釋過度的方式減小時(shí)，火焰錨定器控制器404可用來(lái)驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402減小燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間的距離。相反，當(dāng)火焰106的溫度、亮度或大小以表明需要更高的燃料稀釋程度的方式增加時(shí)，火焰錨定器控制器404可用來(lái)驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402增大燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間的距離。或者，火焰錨定器控制器404可響應(yīng)與增大的燃料流速相對(duì)應(yīng)的感測(cè)或開閥而驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402來(lái)增大燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間的距離，或可響應(yīng)減小的燃料流速而驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402來(lái)減小燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間的距離。
[0032]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)火焰與燃料噴嘴102的附接距離越近，通常會(huì)越明亮。換句話講，燃料噴嘴102與火焰錨定器108之間更近的間距被發(fā)現(xiàn)可呈現(xiàn)更大的可見輻射從火焰106輸出。因此，亮度可用作附接位置的量度，并且基于火焰亮度的反饋電路可具有優(yōu)勢(shì)特性。
[0033]火焰錨定器控制器404可用來(lái)驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402將火焰錨定器108維持在與施加至電極104的電壓相一致的穩(wěn)定的火焰錨定位置。例如，在燃料以高于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊乃俣攘鬟^火焰錨定器108的實(shí)施例中，電極電壓的損失通?？蓪?dǎo)致火焰熄滅。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402包括帶有彈簧的故障安全裝置，該彈簧被配置成當(dāng)螺線管無(wú)法將火焰錨定器108保持在電極電壓接通位置時(shí)將火焰錨定器108移至對(duì)應(yīng)于較低燃料射流110的速度的位置。失去電極電壓使螺線管斷電，這將故障安全裝置接合以改變火焰錨定器108的位置。除此之外或作為另外一種選擇，火焰錨定器控制器404可被配置成根據(jù)電極電壓的損失來(lái)致動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)402。
[0034]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，火焰錨定器控制器404包括人機(jī)界面，其被配置成接收用于定位火焰錨定器108的手動(dòng)輸入。
[0035]圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的低氮氧化物(NOx)燃燒器操作方法的流程圖501。在步驟502中，燃料由燃料噴嘴噴出。步驟502可包括(例如)以高于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊乃俣葒娚淙剂狭鬟^火焰錨定器。噴射的燃料可以為，例如，氣體、液體或粉狀固體燃料。
[0036]步驟504包括用噴射的燃料支持火焰。設(shè)想本文所公開的方法可適用于可通過噴嘴輸送的基本上任何燃料。例如，可接受的燃料包括各種烴類氣體，諸如甲烷(天然氣)、乙烷和乙炔；液態(tài)烴類燃料，諸如各種等級(jí)的油品、煤油和汽油；和/或固態(tài)烴類燃料，諸如粉煤；以及上述燃料在一定程度上與氫氣混合的任意組合。
[0037]進(jìn)行到步驟506，通過電極向火焰施加電壓即多出電荷。例如，可啟動(dòng)電壓源以向電極提供電壓。
[0038]通過電極向火焰施加電壓即多出電荷可包括向電極施加時(shí)變電壓。例如，時(shí)變電壓可包括交流電壓。交流電壓可具有約±2000伏特至±100,000伏特的振幅。在一些實(shí)施例中，據(jù)發(fā)現(xiàn)±2000伏特至±8，000伏特足以提供離焰錨定。向電極施加時(shí)變電壓可包括施加頻率在約I赫茲和約2000赫茲之間的波形，或(更具體地說)包括施加頻率在約200赫茲和約800赫茲之間的波形。向電極施加時(shí)變電壓和通過電極施加時(shí)變電壓可例如包括向電極施加正弦形、正方形、三角形、截頂三角形、非對(duì)稱波形或鋸齒形波形。
[0039]進(jìn)行到步驟508，向?qū)щ娦曰鹧驽^定器施加選定的電壓狀態(tài)。步驟508可包括提供對(duì)地和對(duì)由火焰接收的電壓之外的電壓的電隔離?；蛘?，步驟508可包括提供導(dǎo)電性火焰錨定器與導(dǎo)電性燃料噴嘴之間的電導(dǎo)通?；鹧驽^定器和燃料噴嘴可對(duì)地和對(duì)由火焰接收的電壓之外的電壓保持電隔離。或者，步驟508可包括保持火焰錨定器與地的電導(dǎo)通或在火焰錨定器上承載與電極所承載電壓不同的電壓。方法501中所用的火焰錨定器可與電極接觸或可不與電極接觸。
[0040]進(jìn)行到步驟510，將火焰錨定于設(shè)置在燃料噴嘴與電極之間的導(dǎo)電性火焰錨定器。例如，火焰錨定器可包括相對(duì)于燃料噴嘴軸向或周邊地設(shè)置的環(huán)。所述環(huán)設(shè)置在從燃料噴嘴噴出的燃料射流的外周邊附近。除此之外或作為另外一種選擇，火焰錨定器可包括從燃料噴嘴延伸出的一個(gè)或多個(gè)突出件。
[0041]步驟510可包括響應(yīng)火焰與火焰錨定器之間的至少間歇性的電流將火焰錨定于火焰錨定器。
[0042]圖6為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的理論示意圖601，其用于解釋結(jié)合圖1-5描述的方法和系統(tǒng)的行為。在圖示601中，電壓V作為時(shí)間t的函數(shù)標(biāo)繪。第一電壓波形602(以接近正弦波的實(shí)線表示)對(duì)應(yīng)于施加至如上所述電極104(如圖1所示)的時(shí)變電壓。當(dāng)火焰錨定器108被允許電氣浮置時(shí)，其電壓用相移波形604描述，以虛線表示。隨著施加于第一電極的第一電壓波形602增加，導(dǎo)體的相移波形604亦隨之增加。
[0043]在系統(tǒng)的第一半周期606期間，通過電極施加于火焰的第一電壓波形602低于由火焰錨定器響應(yīng)而保持的相移波形604。在半周期606期間，電子被從火焰引向火焰錨定器。同理，帶正電物質(zhì)被從火焰錨定器附近引向火焰。因此，火焰錨定器上將積累越來(lái)越多的負(fù)電荷。在半周期606期間朝向火焰錨定器的電子電流產(chǎn)生了本文所述的錨定現(xiàn)象。
[0044]在系統(tǒng)的第二半周期608期間，通過電極施加至火焰的第一電壓波形602高于由火焰錨定器108 (如圖1所示)響應(yīng)而保持的相移波形604。在半周期608期間，電子從火焰錨定器108附近引出并進(jìn)入火焰106，并且?guī)д姷奈镔|(zhì)從火焰106引出并進(jìn)入火焰錨定器108附近。在半周期608期間朝向火焰錨定器的正離子電流或遠(yuǎn)離火焰錨定器的電子電流產(chǎn)生了本文所述的錨定現(xiàn)象。
[0045]據(jù)信，帶電物質(zhì)的朝向或離開導(dǎo)電火焰穩(wěn)定器108的運(yùn)動(dòng)起到引發(fā)燃燒反應(yīng)的作用。例如，帶電物質(zhì)可能易于與燃料或氧氣結(jié)合以形成參與燃燒反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)?；蛘?，帶電物質(zhì)可能易于吸引燃料或氧氣的帶相反電荷物質(zhì)，使剩余的燃料或氧氣成分成為參與燃燒反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)。
[0046]其他理論也可解釋本文所述的效應(yīng)。例如，可能是電荷重組可局部釋放能量，使局部的燃料/氧氣劑混合物部分達(dá)到激活能。或者，交流耦合的帶電物質(zhì)的較大有效直徑可能易于增加反應(yīng)物之間的碰撞，從而有助于引發(fā)反應(yīng)。
[0047]再回到圖5，從步驟510進(jìn)行到步驟512，空氣或煙氣被挾帶進(jìn)噴射燃料。例如，空氣或煙氣被挾帶于燃料噴嘴與火焰錨定器的至少一部分之間。這提供了燃料與空氣或煙氣的預(yù)混合。與不經(jīng)過預(yù)混合的燃料射流所支持的火焰相比，燃料與空氣或煙氣的預(yù)混合通常導(dǎo)致降低的火焰溫度。相比較而言，降低的火焰溫度也使得氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生量減少。此外，增加的火焰內(nèi)部的混合(與對(duì)所引入電壓即電荷的響應(yīng)相對(duì)應(yīng))還可進(jìn)一步使得NOx的產(chǎn)生量減少。
[0048]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，方法501另外包括步驟514和516。在步驟514中，檢測(cè)火焰的狀況，例如，火焰狀態(tài)、燃料流速或電極所承載的電壓。在步驟516中，根據(jù)在步驟514中檢測(cè)到的狀況控制火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)來(lái)定位火焰錨定器。步驟516可包括在兩個(gè)或更多個(gè)離燃料噴嘴的距離之間致動(dòng)火焰錨定器的位置?；鹧驽^定器控制器用來(lái)驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)以定位火焰錨定器。
[0049]步驟514中的狀態(tài)檢測(cè)通過啟動(dòng)傳感器感測(cè)火焰狀態(tài)、燃料流速、電極所承載的電壓等來(lái)實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^傳感器感測(cè)的火焰狀態(tài)包括(例如)火焰溫度、亮度和大小。
[0050]在執(zhí)行方法501的步驟516時(shí)，當(dāng)火焰的溫度、亮度或大小以表明燃料稀釋過度的方式減小時(shí)，火焰錨定器控制器可例如驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)以減小燃料噴嘴與火焰錨定器之間的距離。相反，當(dāng)火焰的溫度、亮度或大小以表明需要更高的燃料稀釋程度的方式增加時(shí)，火焰錨定器控制器可驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)以增大燃料噴嘴與火焰錨定器之間的距離?；蛘?，火焰錨定器控制器可響應(yīng)感測(cè)到燃料流量增加或與燃料射流增加相對(duì)應(yīng)的開閥而驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)來(lái)增大燃料噴嘴與火焰錨定器之間的距離，或者火焰錨定器控制器可響應(yīng)燃料射流減小而驅(qū)動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)來(lái)減小燃料噴嘴與火焰錨定器之間的距離。
[0051]步驟516還可包括當(dāng)施加給電極的電壓減小時(shí)將火焰錨定器移至穩(wěn)定的火焰錨定位置。例如，在燃料以高于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊乃俣攘鬟^火焰錨定器的實(shí)施例中，電極電壓的損失通?？蓪?dǎo)致火焰熄滅?；鹧驽^定器定位機(jī)構(gòu)可包括故障安全裝置，該裝置中的彈簧在螺線管無(wú)法將火焰錨定器保持在電極電壓接通位置時(shí)將火焰錨定器移至對(duì)應(yīng)于較低流速的位置。除此之外或作為另外一種選擇，火焰錨定器控制器可根據(jù)電極電壓的損失來(lái)致動(dòng)火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)。
[0052]方法501還可包括向反射電極施加與電極所承載電壓具有相同符號(hào)的電壓的步驟，所述反射電極設(shè)置在燃料噴嘴的周邊。給反射電極施加電壓可減少或防止火焰錨定器與燃料噴嘴之間的逆燃。
[0053]雖然本文已經(jīng)公開了各個(gè)方面和實(shí)施例，但也可設(shè)想其他方面和實(shí)施例。本文所公開的各個(gè)方面和實(shí)施例出于說明性目的，而并非旨在進(jìn)行限制，其具有由以下權(quán)利要求書所指示的真實(shí)范圍和精神。
【權(quán)利要求】
1.一種離焰燃燒器，包括: 燃料噴嘴，其用來(lái)噴射燃料； 電極，其被定位在從所述燃料噴嘴起的第一距離并被配置成向由所述燃料噴嘴支持的火焰施加電壓；以及 導(dǎo)電性火焰錨定器，其被定位在從所述燃料噴嘴起的第二距離，所述火焰錨定器與所述電極電隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述燃料噴嘴被配置成以高于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊乃俣葒娚淙剂狭鬟^所述火焰錨定器；并且 包括可操作地連接于所述電極并且被配置成通過所述電極對(duì)所述火焰施加電壓的電壓源，所施加的電壓足以使所述火焰錨定于所述導(dǎo)電性火焰錨定器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器的至少一部分與所述燃料噴嘴間隔開； 其中所述燃料噴嘴被配置成噴射燃料流過所述火焰錨定器；并且 其中所述第二距離足以允許所述燃料在通過所述火焰錨定器前由所述燃料挾帶空氣和/或煙氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離焰燃燒器，其中所述預(yù)混合導(dǎo)致降低的火焰溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離焰燃燒器，其中所述的火焰溫度下降使得氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生量減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，還包括: 電壓源，其被配置成向所述電極提供所述電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離焰燃燒器，其中所述電壓源被配置成提供時(shí)變電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離焰燃燒器，其中所述電壓源被配置成提供交流電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離焰燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括在約2000伏特至100千伏范圍內(nèi)的峰間電壓變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離焰燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括頻率在約I赫茲和約2000赫茲之間的波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的離焰燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括頻率在約200赫茲和約800赫茲之間的波形。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離焰燃燒器，其中所述時(shí)變電壓包括正弦波形、正方波形、三角波形、截頂三角波形、鋸齒波形或非對(duì)稱波形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器與地電隔離并與不為所述火焰所承載的電壓電隔離。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述燃料噴嘴為導(dǎo)電的并且與地電隔離并與不為所述火焰所承載的電壓電隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器與所述燃料噴嘴彼此電導(dǎo)通。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器包括相對(duì)于所述燃料噴嘴軸向地且周向地設(shè)置的環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的離焰燃燒器，其中所述環(huán)被設(shè)置在所述離焰燃燒器工作過程中由所述燃料噴嘴噴出的燃料射流的外周邊附近。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器包括從所述燃料噴嘴伸出至所述第二距離的一個(gè)或多個(gè)突出件。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中 所述燃料噴嘴包括多個(gè)燃料孔口 ；并且 其中所述火焰錨定器包括設(shè)置在為所述多個(gè)燃料孔口所對(duì)的區(qū)域內(nèi)的一個(gè)導(dǎo)電性突出件。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器包括多個(gè)導(dǎo)電元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的離焰燃燒器，其中構(gòu)成所述火焰錨定器的所述多個(gè)導(dǎo)電元件被布置在單個(gè)燃料噴嘴附近。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的離焰燃燒器，其中構(gòu)成所述火焰錨定器的所述多個(gè)導(dǎo)電元件分布于多個(gè)燃料噴嘴中間。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器包括相對(duì)于燃料噴嘴軸線傾斜的細(xì)長(zhǎng)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器包括設(shè)置在從所述燃料噴嘴相起的相應(yīng)距離的多個(gè)火焰錨定器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的離焰燃燒器，還包括: 火焰錨定器控制器，其被配置成在所述多個(gè)火焰錨定器之間切換電導(dǎo)通。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述第二距離為從所述燃料噴嘴起的一系列距離，所述燃燒器還包括: 火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)，其被配置成將所述火焰錨定器的位置控制在從所述燃料噴嘴起的所述一系列距離內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的離焰燃燒器，還包括: 火焰錨定器控制器，其被配置成根據(jù)所述燃燒器的狀況來(lái)驅(qū)動(dòng)所述火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)以定位所述火焰錨定器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的離焰燃燒器，其中所述狀況為火焰狀態(tài)、燃料流速或所述電極承載的電壓中的一者。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的離焰燃燒器，其中所述狀況為所述火焰的溫度。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的離焰燃燒器，還包括: 傳感器，其可操作地連接于所述火焰錨定器控制器并且被配置成可感測(cè)所述火焰狀態(tài)、所述燃料流速或所述電極承載的所述電壓中的一者。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)被配置成當(dāng)施加給所述電極的所述電壓減小時(shí)將所述火焰錨定器移至穩(wěn)定的火焰錨定位置。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器與地電導(dǎo)通。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述火焰錨定器被配置成承載與所述電極承載的所述電壓反相的電壓。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離焰燃燒器，其中所述燃料噴嘴包括被配置成在噴射經(jīng)混合的燃料和空氣之前對(duì)燃料和空氣進(jìn)行預(yù)混合的噴嘴。
35.一種低氮氧化物(NOx)燃燒器的操作方法，包括: 從燃料噴嘴噴射燃料； 由所噴射燃料支持火焰； 對(duì)所述火焰施加電壓即多出電荷；以及 通過設(shè)置在所述燃料噴嘴與所述電極之間的導(dǎo)電性火焰錨定器來(lái)錨定所述火焰。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中由所述火焰承載的所述電壓即多出電荷與所述導(dǎo)電性火焰錨定器電連通而導(dǎo)致所述火焰的錨定。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中錨定所述火焰包括: 為所述火焰錨定器維持選定的電壓狀態(tài)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中維持所述選定的電壓狀態(tài)包括: 使所述火焰錨定器與地電隔離并且與為所述火焰所接收的電壓之外的電壓電隔離。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中維持所述選定的電壓狀態(tài)包括提供與導(dǎo)電性燃料噴嘴的電導(dǎo)通；并且 其中所述火焰錨定器和所述燃料噴嘴被保持與地電隔離并且與為所述火焰所接收的電壓之外的電壓電隔離。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中維持所述選定的電壓狀態(tài)包括保持所述火焰錨定器與地的電導(dǎo)通。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中維持所述選定的電壓狀態(tài)包括通過高阻抗電路將所述火焰錨定器電連接于地。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中維持所述選定的電壓狀態(tài)包括為所述火焰錨定器提供與所述電極承載的電壓反相的電壓。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中所述火焰錨定器不與所述電極接觸。
44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中噴射所述燃料包括以高于非電增強(qiáng)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊乃俣葒娚渌鋈剂贤ㄟ^所述火焰錨定器。
45.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中錨定所述火焰包括在所述火焰與所述火焰錨定器之間生成至少間歇性的電流。
46.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 用所述燃料噴嘴與所述火焰錨定器的至少一部分之間的所述燃料挾帶空氣或煙氣以提供所述燃料與包含氧氣的所述空氣或煙氣的預(yù)混合。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中提供預(yù)混合導(dǎo)致降低的火焰溫度。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中所述降低的火焰溫度使得氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生量減少。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 給反射電極施加電壓以減少在預(yù)混合的燃料與空氣中發(fā)生逆燃的幾率或基本上防止在預(yù)混合的燃料與空氣中發(fā)生逆燃。
50.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 將所述燃料與氧化劑預(yù)混合；以及 通過給反射電極施加電壓以減少預(yù)混合的燃料與氧化劑中的逆燃。
51.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中通過電極對(duì)所述火焰施加電壓即多出電荷包括對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓包括對(duì)所述電極施加交流電壓。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓包括施加在約2000伏特和100千伏之間的峰間電壓。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓包括施加頻率在約I赫茲和約2000赫茲之間的波形。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓包括施加頻率在約200赫茲和約800赫茲之間的波形。
56.根據(jù)權(quán)利要求51所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中對(duì)所述電極施加時(shí)變電壓包括對(duì)所述電極施加正弦波形、正方波形、三角波形、截頂三角波形、鋸齒波形或非對(duì)稱波形。
57.根據(jù)權(quán)利要求51所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中選擇所述時(shí)變電壓以提高火焰的均勻性。
58.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中所述火焰錨定器包括相對(duì)于所述燃料噴嘴軸向且周向地設(shè)置的環(huán)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中所述環(huán)被設(shè)置在由所述燃料噴嘴噴出的燃料射流的外周邊附近。
60.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，其中所述火焰錨定器包括從所述燃料噴嘴延伸出的一個(gè)或多個(gè)突出件。
61.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 操作電極控制器以對(duì)所述電極施加所述電壓。
62.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 通過火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)支撐所述火焰錨定器；以及 通過操作所述火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)改變所述火焰錨定器與所述燃料噴嘴之間的距離。
63.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 將所述火焰錨定在與所述燃料噴嘴隔開相應(yīng)距離而設(shè)置的多個(gè)火焰錨定器中的一個(gè)選定火焰錨定器上，其方法是建立所述選定火焰錨定器的電壓狀態(tài)。
64.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 通過操作火焰錨定器控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)所述火焰錨定器定位機(jī)構(gòu)，根據(jù)火焰狀態(tài)、燃料射流速度或所述電極承載的電壓對(duì)所述火焰錨定器進(jìn)行定位。
65.根據(jù)權(quán)利要求35所述的低NOx燃燒器的操作方法，還包括: 當(dāng)施加于所述電極的所述電壓減小時(shí)，將所述火焰錨定器移至穩(wěn)定的火焰錨定位置。
【文檔編號(hào)】F23N5/12GK104350332SQ201380026121
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】約瑟夫·科蘭尼諾, 羅伯特·E·布賴登塔爾, 伊戈·A·克里克塔弗維奇, 克里斯多佛·A·威克洛夫 申請(qǐng)人:克利爾賽恩燃燒公司