具有穿孔反应稳定器的燃料燃烧系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有穿孔反应稳定器的燃料燃烧系统相关申请的交叉引用本申请要求2013年2月14日提交的、名称为“PerforatedFlameHolderAndBurnerIncludingAPerforatedFlameHolder(穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器)”的美国临时专利申请第61/765,022号；以及2014年1月24日提交的、名称为“LowNOxFireTubeBoiler(低NOx火管锅炉)”的美国临时专利申请第61/931,407号的优先权；这些申请在不与本文公开的内容冲突的情况下全文以引用方式并入本文中。本申请与2014年2月14日提交的、名称为“PERFORATEDFLAMEHOLDERANDBURNERINCLUDINGAPERFORATEDFLAMEHOLDER(穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器)”的代理人案件第2651-172-04号；2014年2月14日提交的、名称为“STARTUPMETHODANDMECHANISMFORABURNERHAVINGAPERFORATEDFLAMEHOLDER(用于具有穿孔火焰稳定器的燃烧器的...
【技术保护点】
一种燃烧器系统，所述燃烧器系统包括：燃料和氧化剂源，所述燃料和氧化剂源被设置为将燃料和氧化剂输出至燃烧空间中以形成燃料和氧化剂混合物；和穿孔反应稳定器，所述穿孔反应稳定器被设置于所述燃烧空间中，所述穿孔反应稳定器包括穿孔反应稳定器主体，所述穿孔反应稳定器主体限定匹配为接收来自所述燃料和氧化剂源的所述燃料和氧化剂混合物的多个穿孔；其中所述穿孔被配置为共同保持由所述燃料和氧化剂混合物支持的燃烧反应。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.14 US 61/765,022;2014.01.24 US 61/931,4071.一种燃烧器系统，所述燃烧器系统包括：燃料和氧化剂源，所述燃料和氧化剂源被设置为将燃料和氧化剂输出至燃烧空间中以形成燃料和氧化剂混合物；和穿孔反应稳定器，所述穿孔反应稳定器被设置于所述燃烧空间中，所述穿孔反应稳定器包括穿孔反应稳定器主体，所述穿孔反应稳定器主体限定匹配为接收来自所述燃料和氧化剂源的所述燃料和氧化剂混合物的多个穿孔；其中所述穿孔被配置为共同保持由所述燃料和氧化剂混合物支持的燃烧反应；并且其中所述穿孔各自具有等于或大于所述燃料的熄火距离的横向尺寸D。2.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述燃料包括烃气体。3.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述燃料包括气化的烃液体。4.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述氧化剂包括由空气携带的氧气。5.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为将所述燃烧反应基本上保持在所述穿孔反应稳定器主体内。6.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体由被设置为接收所述燃料和氧化剂混合物的输入表面、背向所述燃料和氧化剂源的输出表面以及限定所述穿孔反应稳定器的横向延伸的周向表面所界定；且其中由所述穿孔反应稳定器主体限定的所述多个穿孔从所述输入表面延伸至所述输出表面。7.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为使所述燃烧反应基本上保持在所述穿孔反应稳定器主体内以使所述燃烧反应的大部分发生在所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面之间。8.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为使所述燃烧反应基本上保持在所述穿孔反应稳定器主体内以使所述燃烧反应的至少80％发生在所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面之间。9.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为接收来自所述燃烧反应的热量并以热辐射形式输出所接收的热量的一部分至所述燃烧空间中的或邻近所述燃烧空间的热量接收结构。10.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为从所述燃烧反应接收热量；以热辐射形式输出所接收的热量的一部分；以及输出所接收的热量的另一部分至在所述穿孔反应稳定器的输入表面处接收的所述燃料和氧化剂混合物。11.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器具有的周向表面的相对侧之间的宽度尺寸WRH至少是所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面之间的厚度尺寸TRH的两倍。12.根据权利要求11所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器具有的所述周向表面的相对侧之间的宽度尺寸WRH至少是所述输入表面和所述输出表面之间的厚度尺寸TRH的三倍。13.根据权利要求11所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器具有的所述周向表面的相对侧之间的宽度尺寸WRH至少是所述输入表面和所述输出表面之间的厚度尺寸TRH的六倍。14.根据权利要求11所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器具有的所述周向表面的相对侧之间的宽度尺寸WRH至少是所述输入表面和所述输出表面之间的厚度尺寸TRH的九倍。15.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器具有的宽度尺寸WRH小于所述燃烧空间的宽度W。16.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器由耐火材料形成。17.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器由硅酸铝材料形成。18.根据权利要求17所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器由莫来石或堇青石形成。19.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述燃料和氧化剂源还包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴被配置为输出燃料；以及氧化剂源，所述氧化剂源被配置为输出包括所述氧化剂的流体。20.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述燃料喷嘴被配置为输出纯燃料。21.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述氧化剂源被配置为输出包括所述氧化剂的所述流体，所述氧化剂不包含燃料。22.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述氧化剂源被配置为输出空气。23.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述燃料喷嘴被配置为发出燃料射流，所述燃料射流被选择为在所述燃料射流和氧化剂穿过在所述燃料喷嘴和所述穿孔反应稳定器之间的稀释距离DD时挟带所述氧化剂以形成所述燃料和氧化剂混合物。24.根据权利要求23所述的燃烧器系统，其中所述燃料喷嘴被配置为发出燃料射流，所述燃料射流被选择为在所述燃料射流穿过在所述燃料喷嘴和所述穿孔反应稳定器的输入表面之间的稀释距离DD时挟带所述氧化剂并挟带烟道气。25.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被设置为距所述燃料喷嘴一距离DD。26.根据权利要求19所述的燃烧器系统，其中所述燃料喷嘴被配置为通过尺寸为DO的燃料孔发出所述燃料；以及其中所述穿孔反应稳定器被设置为在距所述燃料喷嘴的距离DD处接收所述燃料和氧化剂混合物，所述距离DD大于所述燃料孔的尺寸DO的20倍。27.根据权利要求26所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被设置为在距所述燃料喷嘴的距离DD处接收所述燃料和氧化剂混合物，所述距离DD大于或等于所述燃料孔的尺寸DO的100倍。28.根据权利要求26所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被设置为在距所述燃料喷嘴的距离DD处接收所述燃料和氧化剂混合物，所述距离DD等于所述燃料孔的尺寸DO的约245倍。29.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器包括单一穿孔反应稳定器主体。30.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器包括多个相邻穿孔反应稳定器部分。31.根据权利要求30所述的燃烧器系统，其中所述多个相邻穿孔反应稳定器部分提供平铺的穿孔反应稳定器。32.根据权利要求30所述的燃烧器系统，所述燃烧器系统还包括：穿孔反应稳定器多孔砖支撑结构，所述穿孔反应稳定器多孔砖支撑结构被配置为支撑所述多个相邻穿孔反应稳定器部分。33.根据权利要求32所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器多孔砖支撑结构包括金属超级合金。34.根据权利要求30所述的燃烧器系统，其中所述多个相邻穿孔反应稳定器部分采用纤维强化耐火粘固剂接合。35.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体是不连续的；并且其中所述穿孔反应稳定器主体限定穿孔，所述穿孔被所述穿孔反应稳定器主体彼此隔开；其中所述穿孔反应稳定器主体包括堆叠的材料薄板，每个薄板具有与下面的或上覆的薄板中的至少一个的开口对准的开口。36.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体是连续的；并且其中所述穿孔反应稳定器主体限定穿孔，所述穿孔被所述穿孔反应稳定器主体彼此隔开。37.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体限定多个穿孔，所述多个穿孔被配置为传输所述燃料和氧化剂并保持由所述燃料和氧化剂支持的所述燃烧反应，所述穿孔反应稳定器主体还被配置为从所述穿孔中的所述燃烧反应接收热量、保持所述热量以及将所述热量输出至进入所述穿孔的所述燃料和氧化剂。38.根据权利要求37所述的燃烧器系统，其中与所述穿孔外维持的燃烧反应相比，所述穿孔维持更贫瘠的燃料和氧化剂的混合物的燃烧反应。39.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为在相邻穿孔之间传输热量。40.根据权利要求39所述的燃烧器系统，其中在相邻穿孔之间传输的所述热量被选择为使从一穿孔中的燃烧反应部分输出的热量为相邻穿孔中的燃烧反应部分提供热量以使其稳定。41.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器包括由面对所述燃料和氧化剂源的输入表面和背向所述燃料和氧化剂源的输出表面限定的范围；并且其中所述穿孔反应稳定器主体限定多个穿孔，所述多个穿孔形成为从所述输入表面至所述输出表面延伸的多个细长孔。42.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为接收来自所述燃烧反应的热量并输出足够热量至所述燃料和氧化剂混合物以维持所述穿孔中的所述燃烧反应。43.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为接收来自所述燃烧反应的热量并以热辐射形式输出所接收的热量的一部分至所述燃烧空间的壁。44.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔的每一个界定所述燃料的燃烧反应的相应有限部分。45.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔各自由以下表征：长度L，所述长度L被定义为在所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面之间的反应流体的传播路径长度；其中所述反应流体包括：所述燃料和氧化剂混合物；反应中间产物；以及反应产物。46.根据权利要求45所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔各自由相对壁之间的横向尺寸D表征；并且其中各个穿孔的所述长度L是所述穿孔的横向尺寸D的至少8倍。47.根据权利要求46所述的燃烧器系统，其中所述长度L是所述横向尺寸D的至少十二倍。48.根据权利要求46所述的燃烧器系统，其中所述长度L是所述横向尺寸D的至少十六倍。49.根据权利要求46所述的燃烧器系统，其中所述长度L是所述横向尺寸D的至少二十四倍。50.根据权利要求46所述的燃烧器系统，其中所述长度L足够长以使在流动穿过所述穿孔的反应流体中邻近于所述壁形成的热边界层会聚于所述穿孔内。51.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器被配置为使所述燃料的燃烧反应发生在邻近于所述穿孔的壁形成的热边界层内。52.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括耐火材料。53.根据权利要求52所述的燃烧器系统，其中所述耐火材料包括堇青石或莫来石。54.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体限定蜂窝结构。55.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括金属超级合金。56.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔相互平行且与所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面垂直。57.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔相互平行；并且其中所述穿孔相对于所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面成一角度形成。58.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔相互不平行。59.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔相互不平行且不相交。60.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔相对于所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面成一角度形成。61.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔各自相对于所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面成一角度形成；并且其中所述穿孔共同成角度以在离开所述穿孔反应稳定器的燃烧流体中产生流向涡。62.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中限定所述穿孔的所述穿孔反应稳定器主体被配置为至少在穿孔壁的热量接收区域中从所述燃烧反应接收热量。63.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中限定所述穿孔的所述穿孔反应稳定器主体由热容量表征；并且其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为以对应于所述热容量的量保持来自所述燃烧反应的热量。64.根据权利要求62所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为将热量从所述穿孔壁的热量接收区域转移到热量输出区域。65.根据权利要求64所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为将热量经由热辐射从所述穿孔壁的热量接收区域转移到所述热量输出区域。66.根据权利要求64所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为将热量经由热传导路径从所述穿孔壁的热量接收区域转移到所述热量输出区域。67.根据权利要求64所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为将热量转移至工作流体；并且其中所述工作流体被配置为将热量从所述穿孔壁的热量接收区域附近的所述穿孔反应稳定器主体的一部分转移到所述穿孔壁的热量输出区域附近的所述穿孔反应稳定器主体的一部分。68.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为至少在穿孔壁的热量输出区域中将热量输出到的热边界层。69.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为至少在穿孔壁的热量输出区域中将热量输出至所述燃料和氧化剂混合物。70.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为从所述燃料的燃烧反应接收热量并输出辐射热能以维持所述穿孔反应稳定器主体的温度低于所述燃料的燃烧反应的绝热火焰温度。71.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体被配置为从所述燃料的燃烧反应接收热量以使所述燃料的燃烧反应冷却至低于NOx形成温度的温度。72.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔包括多个细长方孔。73.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔包括多个细长六角孔。74.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔的横向尺寸D在0.05英寸和1.0英寸之间。75.根据权利要求74所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔的横向尺寸D在0.1英寸和0.5英寸之间。76.根据权利要求74所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔的横向尺寸D为0.2至0.4英寸。77.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔与所述穿孔反应稳定器的输入表面和输出表面基本上垂直。78.根据权利要求77所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔包括多个中空圆柱。79.根据权利要求77所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括纤维强化的铸造耐火材料；并且其中所述多个穿孔由钻穿所述纤维强化的铸造耐火材料形成。80.根据权利要求77所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器的空隙率为约0.30。81.根据权利要求77所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体限定中心孔、相对于所述中心孔具有选定间距和尺寸的呈同心排列的第一组孔和相对于所述中心孔具有不同选定间距和尺寸的呈同心排列的第二组孔；并且其中所述穿孔反应稳定器被配置为保持所述燃料的燃烧反应。82.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器的空隙率在0.10和0.90之间。83.根据权利要求82所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器的空隙率在0.30和0.70之间。84.根据权利要求82所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器的空隙率为约0.70。85.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体是不连续的。86.根据权利要求85所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体限定相互分支的穿孔；其中所述穿孔反应稳定器主体包括堆叠的材料薄板，每个薄板具有与下面的或上覆的薄板的开口不对准的开口。87.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括纤维。88.根据权利要求87所述的燃烧器系统，其中所述纤维包括网状纤维。89.根据权利要求87所述的燃烧器系统，其中所述纤维限定围绕和穿过所述纤维交织的分支的穿孔。90.根据权利要求87所述的燃烧器系统，其中所述纤维包括硅酸铝。91.根据权利要求90所述的燃烧器系统，其中所述纤维由挤出的莫来石或堇青石形成。92.根据权利要求87所述的燃烧器系统，其中所述纤维包括金属。93.根据权利要求92所述的燃烧器系统，其中所述纤维包括不锈钢。94.根据权利要求92所述的燃烧器系统，其中所述纤维包括金属超级合金。95.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体是连续的；并且其中所述穿孔反应稳定器主体限定相互分支的穿孔。96.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括多个柱状物；并且其中所述多个穿孔包括所述多个柱状物之间的空间。97.根据权利要求96所述的燃烧器系统，所述燃烧器系统还包括：可操作地连接至所述多个柱状物的底板。98.根据权利要求97所述的燃烧器系统，其中所述底板限定多个孔，所述多个孔被配置为允许氧化流体流入所述柱状物之间的所述穿孔。99.根据权利要求97所述的燃烧器系统，其中所述底板包括穿孔金属薄板，所述穿孔金属薄板包括被选择为允许氧化流体流入所述柱状物之间的所述穿孔的开口。100.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述穿孔反应稳定器主体包括捆束在一起的多个管。101.根据权利要求100所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔包括在所述多个管内部的中空圆柱。102.根据权利要求100所述的燃烧器系统，其中所述多个穿孔包括在所捆束的管之间的间隙。103.根据权利要求100所述的燃烧器系统，其中所述多个管包括陶瓷管；并且还包括在所述多个管周边的金属张力构件，所述金属张力构件被设置为将所述多个管保持在一起。104.根据权利要求103所述的燃烧器系统，其中所述金属张力构件包括不锈钢。105.根据权利要求103所述的燃烧器系统，其中所述金属张力构件包括超级合金金属线。106.根据权利要求103所述的燃烧器系统，其中所述金属张力构件包括超级合金金属带。10...
【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·W·卡尔科夫，罗伯特·E·布赖登塔尔，约瑟夫·科兰尼诺，克里斯多佛·A·威克洛夫，
申请(专利权)人：克利尔赛恩燃烧公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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