采用多个有孔火焰保持器的燃烧器系统以及操作方法
【专利说明】采用多个有孔火焰保持器的燃烧器系统以及操作方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求提交于2014年8月13日的名称为“DUPLEX INSTANTIAT1NS”(双重示例)的美国临时专利申请N0.62/037，104、提交于2013年9月23日的名称为“PROGRESS ANDRECENT ADVANCES USING ELECTRODYNAMIC COMBUST1N CONTROL”(使用电动燃烧控制的进步和最新进展)的美国临时专利申请N0.61/881，368的优先权，所述临时专利申请中的每一者在不与本文公开内容相矛盾的程度内以引用方式并入。
【背景技术】
[0003]工业燃烧器系统用于各种各样的行业中，以执行多种不同的任务。这些任务包括例如产生蒸汽来驱动涡轮以用于发电，用于在大型运输诸如轮船中提供动力，以及用于驱动工业过程。燃烧器系统还用于铸造厂、冶炼系统、熔炉、精炼厂、化工厂中以用于加热工作流体，为吸热反应提供动力等。
【发明内容】
[0004]根据实施例，提供了一种燃烧器系统，所述燃烧器系统包括多个喷嘴，所述喷嘴被定位和配置成将相应的燃料流发射到燃烧室中；以及多个火焰保持器，所述火焰保持器各自包括在其第一面和第二面之间延伸的多个孔，并且各自定位在燃烧室中，以接收来自多个喷嘴中的相应一个的燃料流。多个火焰保持器中的每个被配置成在火焰保持器中的相应一个的加热操作期间将火焰基本上保持在该火焰保持器的第一面和第二面之间。
[0005]根据实施例，燃烧室具有圆柱形形状，带有以圆形构型定位的多个热交换管，所述热交换管基本上与圆柱形形状的燃烧室同心并且围绕多个火焰保持器。根据替代实施例，热交换管被布置在各个火焰保持器之间以及周围。
[0006]根据实施例，主燃料阀被耦接到多个喷嘴中的每个并且被配置成单独地调节燃料到喷嘴中的每个的流。主阀可为具有用于每个喷嘴的单独耦接器和控制元件的单个部件，或者其可包括多个单独的阀部件，每个阀部件耦接到喷嘴中的相应一个。
[0007]根据实施例，提供了一种控制器，该控制器被配置成控制主燃料阀的操作。控制器被配置成响应于锅炉系统的检测参数控制燃料到喷嘴中的每个的流。检测参数可为例如如下中的一项或多项:燃烧器系统内的压力、流体温度、经过系统的流体体积，以及预期的热需求。
[0008]根据实施例，燃烧器系统包括流体输入室，该流体输入室与多个热交换管中的每个的第一端部流体连通并且被配置成提供工作流体到多个热交换管中的每个的流动。燃烧器系统还包括流体输出室，该流体输出室与多个热交换管中的每个的第二端部流体连通并且被配置成接收来自多个热交换管中的每个的工作流体的流动。
[0009]根据实施例，燃烧器系统还包括多个流体返回管，所述流体返回管在流体输入室和流体输出室之间延伸并且被配置成将工作流体从流体输出室传递到流体输入室。
[0010]根据实施例，提供了一种操作燃烧器系统的方法，该方法包括将燃料流从多个燃料喷嘴中的一个朝向定位在燃烧室内的多个火焰保持器中的相应一个发射。该方法还包括将火焰基本上保持在多个火焰保持器中的相应一个的每个的第一面和第二面之间以及将由火焰产生的热量传递到热接收结构。将火焰保持在多个火焰保持器中的相应一个的第一面和第二面之间包括将火焰基本上保持在多个孔内，所述孔在火焰保持器中的每个的第一面和第二面之间延伸。
[0011 ]根据实施例，该方法包括选择性地控制燃料到多个燃料喷嘴中的每个的流，并且可包括根据燃烧器系统中待生成的热量的量选择多个燃料喷嘴的数目，从所述燃料喷嘴发射燃料流。
[0012]根据实施例，该方法包括根据燃烧器系统的检测参数选择多个燃料喷嘴的数目，从所述燃料喷嘴发射燃料流。检测参数可为如下中的一项或多项:系统内的压力、系统内的流体温度、以及经过系统的流体体积。另外，可根据检测参数的改变速率，和/或根据检测参数与参数目标值之间的差异的大小和极性来选择发射燃料流的燃料喷嘴的数目。
【附图说明】
[0013]图1为根据实施例的包括有孔火焰保持器的燃烧器系统的细节的简化透视图。
[0014]图2为根据实施例的图1的燃烧器系统的简化侧面剖视图。
[0015]图3为根据实施例的处于操作的预热模式中的包括有孔火焰保持器的燃烧器的图解视图。
[0016]图4为处于操作的加热模式中的图3的燃烧器的图解视图。
[0017]图5为根据实施例的燃烧器系统的部分的透视图，该燃烧器系统包括多个燃烧器。
[0018]图6为根据实施例的采用多个有孔火焰保持器的工业燃烧器系统的简化剖面图。
[0019]图7为根据实施例的图6的系统的燃烧室部分的俯视平面图，示出了燃烧体积内的元件布置。
[0020]图8为根据实施例的燃烧器系统的一部分的俯视平面图。
[0021]图9为示出根据实施例的多燃烧器系统(例如，图5-图8的燃烧器系统中的任一个)的操作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]在以下【具体实施方式】中，参考形成本文一部分的附图。除非在上下文中另外指明，否则在附图中类似的符号通常表示类似的部件。在【具体实施方式】、附图和权利要求中所述的示例性实施例并不用来进行限制。在不脱离本文所述主题的精神或范围的前提下，可采用其他实施例并且可作出其他改变。
[0023]图1为根据实施例的包括有孔火焰保持器102的燃烧器系统100的细节的简化透视图。图2为根据实施例的图1的燃烧器系统100的简化侧面剖视图。参见图1和图2，燃烧器系统100包括燃料和氧化剂源110，该燃料和氧化剂源被设置成将燃料和氧化剂输出到燃烧体积108中以形成燃料和氧化剂混合物112。有孔火焰保持器102被设置在燃烧体积108中。有孔火焰保持器102包括有孔火焰保持器主体114，该有孔火焰保持器主体限定多个孔116，所述多个孔116对齐以接收来自燃料和氧化剂源110的燃料和氧化剂混合物112。孔116被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物112支撑的燃烧反应202。
[0024]有孔火焰保持器102也可称为有孔火焰保持器或简称为火焰保持器。
[0025]燃烧体积108由基本上在横向和上方包封燃烧体积108的侧壁的基部表面132和内部表面206限定。
[0026]燃料可包括例如烃类气体或汽化的烃类液体。燃料可为单一种类或者可包括气体和蒸汽的混合物。例如，在过程加热器应用中，燃料可包括燃料气体或来自该过程的副产物，该副产物包括一氧化碳(CO)、氢(H2)和甲烷(CH4)。在另一种应用中，燃料可包括天然气(主要是CH4)或丙烷。在另一种应用中，燃料可包括2号燃料油或6号燃料油。发明人类似地构思到双燃料应用和灵活燃料应用。氧化剂可包括由空气携带的氧和/或可包括另一种氧化剂，该氧化剂为纯的或由载体气体携带。
[0027]通常，由有孔反应保持器102保持的燃烧反应202表示一种气相氧化反应。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以用其他反应物和反应替代。除非另外指明，否则在本文中可与术语燃烧反应互换使用的术语火焰被理解为具有与术语燃烧反应相同的范围。
[0028]根据实施例，有孔火焰保持器主体114由被设置成接收燃料和氧化剂混合物112的输入面118、面向远离燃料和氧化剂源110的输出面120、和限定有孔火焰保持器102的横向范围的外周表面122界定。由有孔火焰保持器主体114限定的多个孔116从输入面118延伸到输出面120。
[0029]根据实施例，有孔火焰保持器102被配置成将大部分的燃烧反应202保持在孔116内。例如，根据实施例，由燃料和氧化剂源110输出到燃烧体积108中的燃料分子的一半以上被转化为在有孔火焰保持器102的输入面118和输出面120之间的燃烧产物。根据可供选择的实施例，由燃烧反应202产生的热量的一半以上是在有孔火焰保持器102的输入面118和输出面120之间产生的。根据实施例，在标