具有火焰位置電極排列的燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包括火焰定位機構(gòu)的燃燒器。所述火焰定位機構(gòu)包括火焰充電器、沿著燃料流傳播路徑設于相應距離處的多個電極，以及被配置成將所述多個電極的子集置于與保持電壓電導通的電極開關。所述火焰電荷與所述保持電壓之間的電流將所述火焰錨定至被置于與所述保持電壓電導通的電極。
【專利說明】具有火焰位置電極排列的燃燒器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求提交于2012年5月31日的名稱為“LOW NOx LIFTED FLAMEBURNER” (低NOx離焰燃燒器)的美國臨時專利申請N0.61/653，722和提交于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)的美國臨時專利申請N0.61/669，634的優(yōu)先權(quán)，所述臨時專利申請在不與本文所公開內(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，具有火焰位置電極排列的燃燒器包括被配置成發(fā)射燃料射流的燃料噴嘴、被配置成對燃料射流或由燃料射流支持的火焰充電的火焰充電器、定位在燃料射流所對應區(qū)域附近或其中的多個電極，以及被配置成可選擇性地將所述多個電極中的每一個連接至保持電壓的保持電壓開關。施加至燃料射流或火焰的電荷被選擇為與連接于保持電壓的電極形成電導通并使火焰占據(jù)由連接于保持電壓的電極所限定的區(qū)域。
[0004]根據(jù)另一個實施例，燃燒系統(tǒng)包括被配置成對燃燒流體施加電壓的充電機構(gòu)、被布置在燃燒流體流區(qū)域附近并且被配置成當燃燒系統(tǒng)低于選定工作溫度時選擇性地穩(wěn)定火焰的多個電極、可操作地連接至多個電極并且被配置成選擇性地使所述多個電極中的一個或多個與保持電壓節(jié)點之間導通的電極開關，以及被布置成在燃燒流體通過多個電極后接收燃燒流體流并且當燃燒系統(tǒng)處于選定工作溫度時穩(wěn)定火焰的穿孔的火焰穩(wěn)定器。
[0005]根據(jù)實施例，用于操作燃燒器的方法包括發(fā)射燃料流，向燃料流或由燃料流支持的火焰施加電荷，將沿著且鄰近燃料流設置在相應距離處的多個電極中的至少一個置于與保持電壓電導通，以及在沿著燃料流與被置于與保持電壓電導通的至少一個電極對應的距離處用燃料流支持火焰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是根據(jù)實施例的燃燒器的示意圖。
[0007]圖2是根據(jù)另一個實施例的燃燒器的示意圖。
[0008]圖3是根據(jù)實施例的燃燒系統(tǒng)的示意圖。
[0009]圖4是示出根據(jù)實施例的用于操作燃燒器并使火焰處于選定位置的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0010]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，可采用其他實施例并且可作出其他改變。
[0011]圖1是根據(jù)實施例的燃燒器100的示意圖，其包括被配置成發(fā)射燃料射流104的燃料噴嘴102。燃燒器100包括被配置成對燃料射流104或由燃料射流104支持的火焰108充電的火焰充電器106。燃燒器100包括設置在對應于燃料射流104的區(qū)域附近或其中的多個電極110a，110b, IlOc0燃燒器100包括被配置成將所述多個電極110a，110b, IlOc中的每一個選擇性地連接至保持電壓的保持電壓開關112。根據(jù)實施例，施加至燃料射流104或火焰108的電荷被選擇為與連接于保持電壓的電極形成電導通，并使火焰108占據(jù)由連接于保持電壓的電極所限定的區(qū)域。
[0012]根據(jù)實施例，多個電極110a，110b, IlOc各自包括沿著由燃料射流104軌線限定的方向布置在從燃料噴嘴102起的不同的相應距離的環(huán)形電極。除此之外或作為另一種選擇，多個電極110a，110b, I1c各自包括沿著燃料射流104并且圍繞燃料射流擴展角設置的環(huán)形電極。
[0013]一般而言，燃料射流104從燃料射流104軌線中心以15度立體角(7.5度半角)擴展。該擴展對應于燃料射流104被周圍氣體的稀釋。在典型應用中，燃料射流104會穿過爐膛容積。在非預混合應用中，爐膛容積可通常包括空氣，例如燃料射流104所夾帶的空氣。在預混合應用或非預混合應用中，爐膛容積可以通常包括含有燃燒產(chǎn)物和約2%至3%氧氣的煙氣。
[0014]燃料射流104的稀釋導致燃燒器100比稀釋程度較低的燃料射流104輸出更少量的氮氧化物(NOx)。然而，稀釋程度較高的燃料射流104支持的火焰108也可能比稀釋程度較低的燃料射流104支持的火焰不穩(wěn)定?；鹧娣€(wěn)定性一般隨著爐子升溫而提高。因此，所述多個選擇性切換的電極可用于在啟動期間保持火焰穩(wěn)定性，并且還可使火焰位置隨著爐膛容積升溫而成功移至更高稀釋的燃燒狀態(tài)。在另一個實施例中，所述選擇性切換的電極可用于建立例如隨燃料流量而改變的優(yōu)化火焰位置。
[0015]根據(jù)實施例，各環(huán)形電極的直徑被選擇為使由燃料射流104支持的火焰108與未連接于保持電壓的環(huán)形電極分離。此外，沿著燃料射流104軌線的各環(huán)形電極的距離被選擇為使由燃料射流104支持的火焰108與未連接于保持電壓的環(huán)形電極分離。
[0016]根據(jù)實施例，燃料噴嘴102包括預混合噴嘴，并且燃料射流104包括燃料與空氣的混合射流。除此之外或可作為另一種選擇，燃料噴嘴102可包括部分預混合的噴嘴，并且燃料射流104包括燃料與空氣的部分預混合射流。根據(jù)實施例，燃料射流104包括烴類氣體，例如天然氣和/或丙烷。根據(jù)另一個實施例，燃料射流104包括液態(tài)烴。液態(tài)烴可包括霧化的燃料油。
[0017]根據(jù)另一個實施例，燃料射流104包括含有一氧化碳和氫氣的工藝氣體。
[0018]燃燒器100包括可操作地連接于保持電壓開關112的保持電壓源114。保持電壓源114被配置成輸出與施加至燃料射流104或火焰108的電荷極性相反的保持電壓。根據(jù)實施例，火焰充電器106被配置成向燃料射流104或由燃料射流104支持的火焰108輸出時變的電荷極性。此外，根據(jù)實施例，保持電壓源114被配置成輸出與向燃料射流104或由燃料射流104支持的火焰108輸出的時變電荷的極性基本相反的時變保持電壓。
[0019]根據(jù)實施例，燃燒器100包括被配置成向火焰充電器106輸出火焰充電電壓的充電電壓源116。充電電壓源116和保持電壓源114被同步以輸出周期性變化并且相反的電壓極性。充電電壓源116和保持電壓源114形成為單個電源的兩個部分。
[0020]根據(jù)實施例，火焰充電器106被配置成向燃料射流104或由燃料射流104支持的火焰108輸出恒定的電荷極性。此外，保持電壓源114被配置成輸出與向燃料射流104或由燃料射流104支持的火焰108輸出的電荷極性的極性相反的基本恒定的保持電壓。
[0021 ] 根據(jù)實施例，保持電壓包括接地電壓。
[0022]根據(jù)實施例,燃燒器100包括被配置成向火焰充電器106輸出火焰充電電壓的充電電壓源116?；鹧娉潆娖?06包括被配置成發(fā)射具有與充電電壓源116輸出的電壓極性相同的離子的電暈電極。
[0023]根據(jù)實施例，火焰充電器106被配置成對燃料流充電和/或?qū)鹧?08充電?；鹧娉潆娖?06包括被配置成輸出帶電粒子進入燃燒空氣和/或被配置成輸出帶電粒子進入燃料的離子發(fā)生器。
[0024]帶電粒子可包括例如燃料分子或空氣分子。在一些實施例中，煙氣可能帶電，并且電荷被傳送至燃料射流104或火焰108。煙氣中的帶電粒子可包括例如正水合氫離子或負氫氧根離子。在一些實施例中，負電粒子可包括電子。
[0025]根據(jù)實施例，火焰充電器106包括離子發(fā)生器和介質(zhì)電荷傳遞管。離子發(fā)生器位于火焰108周圍的燃燒體積外側(cè)。介質(zhì)電荷傳遞管被配置成從離子發(fā)生器向火焰108附近區(qū)域或火焰108中傳遞帶電粒子。除此之外或作為另外一種選擇，介質(zhì)電荷傳遞管被配置成從離子發(fā)生器向燃料射流104附近的區(qū)域或燃料射流104中傳遞帶電粒子。
[0026]根據(jù)實施例，燃燒器100包括被配置成控制保持電壓開關112的界面118。界面118包括用于手動控制保持電壓開關112的人機界面。除此之外或作為另外一種選擇，界面118包括可操作地連接至適用于自動控制保持電壓開關112的電子控制器(未示出)的數(shù)據(jù)界面。
[0027]圖2是根據(jù)另一個實施例的燃燒器200的示意圖?；鹧娉潆娖?06包括懸掛在火焰108中的充電桿。保持電壓開關112包括分別可操作地連接至多個電極110a，110b, IlOc的多個開關元件202a, 202b, 202c。
[0028]如圖2所示，可以打開分別連接于電極110a，IlOb的開關元件202a和202b，使電極110a，IlOb浮置于本地電壓。使電極110a，IlOb電浮置導致燃料射流104與電極110a, IlOb之間的零凈電流。零凈電流導致火焰108不附接于電浮置電極110a，110b。另一個開關元件202c可使保持電壓源114與電極IlOc之間導通。施加至火焰108的電荷(作為電壓)和保持電壓之間的電導通使火焰108為電極IlOc所保持。
[0029]根據(jù)實施例，所述開關元件包括磁致動開關、機械致動開關(包括簧片開關)和/或絕緣柵雙極晶體管。
[0030]根據(jù)實施例，保持電壓開關112被配置成用于自動控制。燃燒器200包括可操作地連接于保持電壓開關112的電子控制器204。數(shù)據(jù)通信界面206可操作地連接于電子控制器204。根據(jù)實施例，數(shù)據(jù)通信界面206被連接成可接收來自遠程遙控器(未示出)的主控制信號。
[0031]根據(jù)實施例，傳感器208可操作地連接于電子控制器204，并且被配置成感測對應于火焰108的至少一個參數(shù)。傳感器208包括溫度傳感器。電子控制器204被配置成響應來自傳感器208的數(shù)據(jù)或信號而自動選擇使對應電極與保持電壓源114之間導通的開關元件。
[0032]燃料噴嘴210可操作地連接于接地電壓210。在一些實施例中，保持電壓源114可基本上由接地電壓210構(gòu)成。對于保持電壓源114被實施為接地電壓的實施例，可省略控制器204的控制界面。任選地，可省略控制器204和充電電壓源116之間的控制界面。根據(jù)一些實施例，在控制器204和充電電壓源116之間存在控制界面的情況下，控制功能可限制為打開或關閉。在其他實施例中，控制器204和充電電壓源116可被布置成協(xié)同輸出選定的電荷密度、電荷極性和/或電荷波形。
[0033]圖3是根據(jù)實施例的燃燒系統(tǒng)300的示意圖，其包括被配置成向燃燒流體施加電壓的充電機構(gòu)106。燃燒系統(tǒng)300包括多個電極IlOa至IlOe，這些電極被布置在燃燒流體流區(qū)域附近，并且被配置成當燃燒系統(tǒng)300低于選定工作溫度時選擇性地穩(wěn)定火焰108。燃燒系統(tǒng)300包括保持電壓開關112，其可操作地連接至多個電極IlOa至110e，并且被配置成選擇性地使多個電極IlOa至IlOe中的一個或多個與保持電壓節(jié)點114之間導通。燃燒系統(tǒng)300包括穿孔的火焰穩(wěn)定器302，其被布置成在燃燒流體通過多個電極IlOa至IlOe后接收燃燒流體流，并且當燃燒系統(tǒng)300處于選定工作溫度時穩(wěn)定火焰108。
[0034]根據(jù)實施例，燃燒流體包括火焰108、燃料流、燃燒空氣和/或煙氣。
[0035]根據(jù)實施例，當多個電極IlOa至IlOe周圍的燃燒體積304和穿孔的火焰穩(wěn)定器302低于選定工作溫度時,燃燒系統(tǒng)300低于選定工作溫度。
[0036]當多個電極IlOa至IlOe周圍的燃燒體積304和穿孔的火焰穩(wěn)定器302處于或高于最低溫度時，燃燒系統(tǒng)300處于選定工作溫度。根據(jù)實施例，最低溫度為約1000華氏度或更高。根據(jù)另一個實施例，最低溫度為約1200華氏度或更高。
[0037]根據(jù)實施例，穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰108，該火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約15ppm來輸出氮氧化物(NOx)。根據(jù)另一個實施例，穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰108，該火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約8ppm來輸出氮氧化物(NOx)。根據(jù)另一個實施例，穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰108，該火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約5ppm來輸出氮氧化物(NOx)。根據(jù)另一個實施例，穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰108，該火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約2ppm來輸出氮氧化物(NOx)。根據(jù)另一個實施例，穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰108，該火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約0.5ppm來輸出氮氧化物(NOx)。
[0038]燃燒系統(tǒng)300包括被配置成向充電機構(gòu)106施加電壓的充電電壓源116。根據(jù)實施例，充電電壓源116被配置成向充電機構(gòu)106輸出約15千伏。
[0039]根據(jù)實施例，保持電壓節(jié)點114包括接地電壓。
[0040]根據(jù)實施例，保持電壓開關112包括旋轉(zhuǎn)選擇開關。
[0041 ] 燃燒系統(tǒng)300包括可操作地連接在多個電極I 1a至I 1e與保持電壓開關112之間的電阻器306。電阻器306包括多個電阻器，多個電阻器中的每一個連接在各電極與保持電壓開關112上的節(jié)點之間。根據(jù)實施例，選擇電阻器306來減少多個電極IlOa至IlOe中的每一個與燃燒流體之間的電弧形成。電阻器306包括各具有約4歐姆和10歐姆之間的電阻的多個電阻器。根據(jù)另一個實施例，電阻器306包括各具有6歐姆和8歐姆之間的電阻的多個電阻器?；蛘?，電阻器306可接入在保持電壓開關112與保持電壓節(jié)點114之間。
[0042]圖4是示出根據(jù)實施例的用于操作燃燒器并使火焰處于選定位置的方法400的流程圖。用于操作燃燒器的方法400從步驟402開始，在該步驟中發(fā)射燃料流。步驟402包括發(fā)射烴類氣體和/或與空氣預混合的烴類氣體。根據(jù)另一個實施例，發(fā)射燃料流的步驟402包括發(fā)射烴類液體和/或發(fā)射與空氣預混合的烴類液體。另外，發(fā)射烴類液體可包括霧化所述烴類液體。步驟402可包括發(fā)射空氣與燃料的預混合流、發(fā)射純?nèi)剂虾?或穿過周圍氣體發(fā)射燃料流。根據(jù)實施例，進行至步驟404，燃料流在穿過周圍氣體時由周圍氣體稀釋燃料流。在步驟404中，燃料流穿過周圍氣體時逐漸變得更稀釋。根據(jù)實施例，周圍氣體可包括空氣、燃料流所夾帶的空氣、和/或煙氣。
[0043]根據(jù)實施例，在步驟406中，電荷被施加至燃料流或由燃料流支持的火焰。步驟406可包括向接觸火焰的充電電極施加電壓。步驟406還可包括向電暈電極施加充電電壓，以發(fā)射帶電粒子進入燃料流。
[0044]根據(jù)實施例，步驟406可包括開動離子發(fā)生器以使帶電粒子進入燃料流所夾帶的空氣流中，和/或開動離子發(fā)生器以使帶電粒子進入空氣或燃料流周圍的煙氣中。
[0045]步驟406可包括啟動充電電壓源以產(chǎn)生與施加至燃料流或由燃料流支持的火焰的電荷密度相當?shù)母唠妷?。根?jù)實施例，所述高電壓大于1000伏特量級。根據(jù)另一個實施例，所述高電壓為約15，000伏特量級。
[0046]根據(jù)實施例，步驟406可包括在可操作地連接至燃料流或火焰的充電電極或離子發(fā)生器上施加正極性電壓、施加負極性電壓，和/或施加交變極性電壓。
[0047]根據(jù)實施例，進行至步驟408，至少一個電極被選擇置于與保持電壓電導通。步驟408包括選擇支持火焰的沿著燃料流的距離和/或選擇支持火焰的沿著燃料流的位置，從而保持火焰穩(wěn)定性。所述至少一個被置于與保持電壓電導通的電極對應于至少一個與選定位置對應的燃料流稀釋部分。此外，步驟408包括選擇支持火焰的沿著燃料流的位置，從而使來自火焰的氮氧化物(NOx)的釋放最小化。
[0048]根據(jù)實施例，步驟408可以除此之外或作為另外一種選擇包括選擇與有利于使帶電反應物的濃縮更集中或成為最小的位置對應的沿著燃料流的距離。通過電荷響應行為(對于電極性的相對吸引或排斥)與分子量或分子直徑響應行為(在一個位置上的流動速度)相平衡，可使選定的帶電部分具有相對于被施加電壓的電極的濃度梯度。
[0049]根據(jù)實施例，步驟408包括選擇火焰將移動穿過的位置的序列。例如，在步驟408中，測量對應于火焰的參數(shù)，執(zhí)行算法，訪問數(shù)據(jù)庫，并且讀取查找表(LUT)以選擇至少一個電極。在步驟408中，啟動傳感器以測量燃燒體積參數(shù)，并且將所測量的燃燒體積參數(shù)用于選擇至少一個電極。此外，在步驟408中，確定將火焰移動至穿孔的火焰穩(wěn)定器的動作，并且選擇將火焰移動至穿孔的火焰穩(wěn)定器的電極序列。
[0050]根據(jù)實施例，進行至步驟410，沿著且鄰近燃料流設置在相應距離處的多個電極中的至少一個被置于與保持電壓電導通。步驟410包括將多個電極中的一個置于與保持電壓電導通。除此之外或作為另一種選擇，步驟410包括將多個電極中的兩個置于與保持電壓電導通。
[0051]在將多個電極中的不止一個置于與保持電壓電導通的情況下，火焰通常會附接到被置于與保持電壓電導通的電極中的一個。哪一個電極將充當火焰附接件取決于火焰相對于多個電極的平衡姿態(tài)。對于與多個電極相比平衡火焰位置更鄰近燃料發(fā)射點(例如燃料噴嘴)的情況，火焰將附接到被置于與保持電壓電導通的電極中的最近側(cè)的電極。對于與多個電極相比平衡火焰位置更遠離燃料發(fā)射點的情況，火焰將附接到被置于與保持電壓電導通的電極中的最遠側(cè)的電極。在一個實施例中，可選擇一個電極將其置于與保持電壓電導通，以建立已知的火焰位置?？稍谒查g將兩個電極置于與保持電壓電導通以在這兩個電極之間移動火焰，然后將保持電壓與從其移開火焰的電極之間的電導通切斷。
[0052]根據(jù)實施例，步驟410包括將多個電極中的至少一個置于與接地電壓電導通。除此之外或作為另一種選擇，步驟410可包括將多個電極中的至少一個置于與施加至燃料流或由燃料流支持的火焰的電荷極性相反的電壓電導通。
[0053]根據(jù)實施例，在步驟412中，火焰在對應于被置于與保持電壓電導通的至少一個電極的沿燃料流的一距離處由燃料流支持。
[0054]雖然本文已經(jīng)公開了各個方面和實施例，但也可設想其他方面和實施例。本文所公開的各個方面和實施例出于說明性目的，而并非旨在進行限制，其具有由以下權(quán)利要求書所指示的真實范圍和精神。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器，包括: 燃料噴嘴，其被配置成發(fā)射燃料射流； 火焰充電器，其被配置成對所述燃料射流或由所述燃料射流支持的火焰充電； 多個電極，其被設置在對應于所述燃料射流的區(qū)域附近或其中；以及 保持電壓開關，其被配置成可選擇性地將所述多個電極中的每一個連接至保持電壓； 其中施加至所述燃料射流或火焰的所述電荷被選擇為與連接于所述保持電壓的電極形成電導通并使所述火焰占據(jù)由連接于所述保持電壓的所述電極所限定的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述多個電極各自包括環(huán)形電極，所述環(huán)形電極沿著由燃料射流軌線所限定的方向布置在從所述燃料噴嘴起的不同相應距離處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述多個電極各自包括環(huán)形電極，所述環(huán)形電極沿著所述燃料射流并且圍繞所述燃料射流擴展角設置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其中所述各環(huán)形電極的直徑被選擇為使由所述燃料射流支持的所述火焰與未連接于所述保持電壓的環(huán)形電極分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其中所述各環(huán)形電極沿著燃料射流軌線的所述距離被選擇為使由所述燃料射流支持的所述火焰與未連接于所述保持電壓的環(huán)形電極分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述燃料噴嘴包括預混合噴嘴；以及 其中所述燃料射流包括燃料與空氣的混合射流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述燃料噴嘴包括部分預混合噴嘴；以及 其中所述燃料射流包括燃料與空氣的部分預混合射流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，還包括:可操作地連接于所述保持電壓開關的保持電壓源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其中所述保持電壓源被配置成輸出與施加至所述燃料射流或火焰的所述電荷極性相反的保持電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其中所述火焰充電器被配置成向所述燃料射流或由所述燃料射流支持的所述火焰輸出時變的電荷極性；以及 其中所述保持電壓源被配置成輸出與向所述燃料射流或由所述燃料射流支持的所述火焰輸出的所述時變電荷極性的極性基本相反的時變保持電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，還包括: 被配置成向所述火焰充電器輸出火焰充電電壓的充電電壓源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒器，其中所述充電電壓源和所述保持電壓源被同步以輸出周期性變化并且相反的電壓極性。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒器，其中所述充電電壓源和所述保持電壓源形成為單個電源的兩個部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其中所述火焰充電器被配置成向所述燃料射流或由所述燃料射流支持的所述火焰輸出恒定的電荷極性；以及 其中所述保持電壓源被配置成輸出極性與向所述燃料射流或由所述燃料射流支持的所述火焰輸出的所述電荷極性相反的基本恒定的保持電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述保持電壓包括接地電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，還包括: 被配置成向所述火焰充電器輸出火焰充電電壓的充電電壓源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括電暈電極，所述電暈電極被配置成發(fā)射極性與由所述充電電壓源輸出的所述電壓相同的離子。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器被配置成對所述燃料流充電。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器被配置成對所述火焰充電。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括被配置成輸出帶電粒子進入燃燒空氣的離子發(fā)生器。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括被配置成輸出帶電粒子進入燃料的離子發(fā)生器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括離子發(fā)生器和介質(zhì)電荷傳遞管； 其中所述離子發(fā)生器位于圍繞所述火焰的燃燒體積外側(cè)；以及 其中所述介質(zhì)電荷傳遞管被配置成從所述離子發(fā)生器向所述火焰附近的區(qū)域或所述火焰中的區(qū)域傳遞帶電粒子。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括離子發(fā)生器和介質(zhì)電荷傳遞管； 其中所述離子發(fā)生器位于圍繞所述火焰的燃燒體積外側(cè)；以及 其中所述介質(zhì)電荷傳遞管被配置成從所述離子發(fā)生器向所述燃料射流附近的區(qū)域或所述燃料射流中的區(qū)域傳遞帶電粒子。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，還包括被配置成控制所述保持電壓開關的界面。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃燒器，其中所述界面包括用于手動控制所述保持電壓開關的人機界面。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃燒器，其中所述界面包括可操作地連接至適用于自動控制所述保持電壓開關的電子控制器的數(shù)據(jù)界面。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述火焰充電器包括懸掛在所述火焰中的充電桿。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述保持電壓開關包括分別可操作地連接至所述多個電極的多個開關元件。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中所述電極開關被配置成用于自動控制。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，還包括: 可操作地連接至所述電極開關的電子控制器。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的燃燒器，還包括: 可操作地連接至所述電子控制器并且被配置成感測對應于所述火焰的至少一個參數(shù)的傳感器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的燃燒器，其中所述傳感器包括溫度傳感器。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的燃燒器，其中所述電子控制器被配置成響應來自所述傳感器的數(shù)據(jù)或信號而自動選擇使對應電極與保持電壓源之間導通的開關元件。
34.一種燃燒系統(tǒng),包括: 充電機構(gòu)，其被配置成向燃燒流體施加電壓； 多個電極，其被布置在燃燒流體流區(qū)域附近并且被配置成當所述燃燒系統(tǒng)低于選定工作溫度時選擇性地穩(wěn)定火焰； 電極開關，其可操作地連接至所述多個電極并且被配置成選擇性地使所述多個電極中的一個或多個與保持電壓節(jié)點之間導通；以及 穿孔的火焰穩(wěn)定器，其被布置成在燃燒流體通過所述多個電極后接收所述燃燒流體流并且當所述燃燒系統(tǒng)處于所述選定工作溫度時穩(wěn)定火焰。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒流體包括所述火焰。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒流體包括燃料流。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒流體包括燃燒空氣。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒流體包括煙氣。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中當圍繞所述多個電極和所述穿孔的火焰穩(wěn)定器的燃燒體積低于所述選定工作溫度時，所述燃燒系統(tǒng)低于所述選定工作溫度。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中當圍繞述多個電極和所述穿孔的火焰穩(wěn)定器的燃燒體積處于或高于最低溫度時，所述燃燒系統(tǒng)處于所述選定工作溫度。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述最低溫度為約1000華氏度或更高。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述最低溫度為約1200華氏度或更高。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述穿孔的火焰穩(wěn)定器被配置成支持火焰，所述火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約15卯!II來輸出氮氧化物(勵X〉。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述穿孔的火焰穩(wěn)定器302被配置成支持火焰，所述火焰在煙氣中2%至3%的殘余氧氣濃度下以等于或低于約8卯!II來輸出氮氧化物(勵X〉。
45.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，還包括被配置成向所述充電機構(gòu)施加所述電壓的充電電壓源。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述充電電壓源被配置成向所述充電機構(gòu)輸出約15千伏。
47.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述保持電壓節(jié)點包括接地電壓。
48.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述電極開關包括旋轉(zhuǎn)選擇開關。
49.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，還包括在所述多個電極與所述電極開關之間可操作地連接的電阻器。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述電阻器包括多個電阻器，所述多個電阻器中的每一個連接在各電極與所述電極開關上的節(jié)點之間。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述電阻器被選擇以減少所述多個電極中的每一個與所述燃燒流體之間的電弧形成。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述電阻器包括各具有約4歐姆和10歐姆之間的電阻的多個電阻器。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述電阻器包括各具有6歐姆和8歐姆之間的電阻的多個電阻器。
54.一種用于操作燃燒器的方法，包括: 發(fā)射燃料流； 向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷； 將沿著且鄰近所述燃料流設置在相應距離處的多個電極中的至少一個置于與保持電壓電導通；以及 在沿著所述燃料流的與被置于與所述保持電壓電導通的所述至少一個電極對應的距離處由所述燃料流支持所述火焰。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中發(fā)射燃料流包括發(fā)射空氣與燃料的預混合流。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中發(fā)射燃料流包括發(fā)射純?nèi)剂稀?br> 57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中發(fā)射所述燃料流包括發(fā)射所述燃料流通過周圍氣體；以及 還包括: 當所述燃料流通過所述周圍氣體時用所述周圍氣體稀釋所述燃料流。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述燃料流在通過所述周圍氣體時逐漸變得更稀釋。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的用于操作燃燒器的方法，其中被置于與所述保持電壓電導通的所述至少一個電極對應于至少一個燃料流稀釋部分。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述周圍氣體包括空氣。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述周圍氣體包括所述燃料流所夾帶的空氣。
62.根據(jù)權(quán)利要求57所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述周圍氣體包括煙氣。
63.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括向接觸所述火焰的充電電極施加電壓。
64.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括向電暈電極施加充電電壓以發(fā)射帶電粒子進入所述燃料流。
65.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括開動離子發(fā)生器以使帶電粒子進入所述燃料流所夾帶的空氣流中。
66.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括開動離子發(fā)生器以使帶電粒子進入空氣或所述燃料流周圍的煙氣中。
67.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括啟動充電電壓源以生成與施加至所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰的電荷密度相當?shù)母唠妷骸?br> 68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述高電壓大于1000伏特量級。
69.根據(jù)權(quán)利要求67所述的用于操作燃燒器的方法，其中所述高電壓為約15，000伏特量級。
70.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括在可操作地連接至所述燃料流或火焰的充電電極或離子發(fā)生器上施加正極性電壓。
71.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括在可操作地連接至所述燃料流或火焰的充電電極或離子發(fā)生器上施加負極性電壓。
72.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中向所述燃料流或由所述燃料流支持的火焰施加電荷包括在可操作地連接至所述燃料流或火焰的充電電極或離子發(fā)生器上施加交變極性電壓。
73.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，還包括: 選擇被置于與所述保持電壓電導通的所述至少一個電極。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極包括選擇支持所述火焰的沿著所述燃料流的距離。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極包括選擇支持所述火焰的沿著所述燃料流的位置，從而保持火焰穩(wěn)定性。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極包括選擇支持所述火焰的沿著所述燃料流的位置，從而使來自所述火焰的氮氧化物⑶03的釋放最小化。
77.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極包括選擇由所述火焰移動通過的一系列位置。
78.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極還包括: 測量對應于所述火焰的參數(shù)；以及 執(zhí)行算法以選擇所述至少一個電極。
79.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極還包括: 測量對應于所述火焰的參數(shù)；以及 訪問數(shù)據(jù)庫以選擇所述至少一個電極。
80.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極還包括: 測量對應于所述火焰的參數(shù)；以及 讀取查找表1)以選擇所述至少一個電極。
81.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極還包括: 啟動傳感器以測量燃燒體積參數(shù)；以及 使用所測量的燃燒體積參數(shù)來選擇所述至少一個電極。
82.根據(jù)權(quán)利要求73所述的用于操作燃燒器的方法，其中選擇所述至少一個電極還包括: 確定將所述火焰移動至穿孔的火焰穩(wěn)定器的動作；以及 選擇將所述火焰移動至所述穿孔的火焰穩(wěn)定器的一序列電極。
83.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中將多個電極中的至少一個置于與所述保持電壓電導通包括將所述多個電極中的一個置于與所述保持電壓電導通。
84.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中將多個電極中的至少一個置于與所述保持電壓電導通包括將所述多個電極中的兩個置于與所述保持電壓電導通。
85.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中將所述多個電極中的至少一個置于與所述保持電壓電導通包括將所述多個電極中的至少一個置于與接地電壓電導通。
86.根據(jù)權(quán)利要求54所述的用于操作燃燒器的方法，其中將所述多個電極中的至少一個置于與所述保持電壓電導通包括將所述多個電極中的至少一個置于與施加至所述燃料流或由所述燃料流支持的所述火焰的所述電荷極性相反的電壓電導通。
【文檔編號】F23D14/02GK104334970SQ201380026628
【公開日】2015年2月4日 申請日期: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 申請人:克利爾賽恩燃燒公司