用于低NOX燃烧的多孔火焰保持器制造技术

本发明专利技术公开了一种燃烧器，所述燃烧器包括多孔火焰保持器，所述多孔火焰保持器被构造为支持燃烧反应以实现氮氧化物(NOx)的非常低的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于低NOx燃烧的多孔火焰保持器 相关专利申请的交叉引用 本专利申请要求提交于2013年10月7日的名称为"POROUS FLAME HOLDER FOR LOW NOx COMBUSTION"（用于低NOx燃烧的多孔火焰保持器）的美国临时专利申请No . 61 /887， 741、提交于2013年9 月 23 日的名称为 "PROGRESS AND RECENT ADVANCES USING ELECTRODYNAMIC COMBUSTION⑶NTROL(ECC)"（使用电动燃烧控制（ECC)的发展和最新进 展）的美国临时专利申请No. 61/881，368、和提交于2014年2月14日的名称为"FUEL COMBUSTION SYSTEM WITH A PERFORATED REACTION HOLDER"（具有有孔反应保持器的燃料 燃烧系统）的PCT专利申请No. PCT/US2014/01663 2的优先权，所述专利申请中的每个在不与 本文公开内容相矛盾的程度内以引用方式并入。
技术介绍
NOx是由EPA管制的污染物和燃烧器性能的关键度量。严格的新NOx管理条例正在 国家的若干地区(包括德克萨斯州和加利福尼亚州）中实施。加利福尼亚州的南海岸空气质 量管理区的第1146条规定在不晚于2014年7月的期限内燃烧器产生小于9ppm的NOx。产业集 团预计在一些区域中这些限制将很快进一步降低到低至5ppm，该国家的剩余区域将同样遵 循这些限制。 为了应对该挑战，一些燃烧器和燃烧系统制造商已能够开发出可实现NOx目标的 系统，但固有的设计折衷赋予能量效率高成本，所述高成本在这些非常低的排放水平下变 得令人望而却步，即使对于历史上低价的天然气也是如此。 与现有技术的低NOx和超低NOx燃烧器相关联的最大成本是所导致的能量效率的 显著损失。该损失直接起源于再循环烟道气和增加过量空气以冷却燃烧反应的组合效果连 同由于火焰不稳定性所造成的下调损失，并且可导致燃料消耗的显著增加以及最高至so-so % 的寄生功率损失。 市场已经长期优选低NOx和超低NOx燃烧器作为成本更高的燃烧后处理的替代，诸 如选择性催化还原(SCR)系统，该系统安装成本更高、操作复杂并且消耗相当多数量的有害 物质，诸如无水氨。
技术实现思路
实施例使用基于熔炉中的多孔火焰保持器的原型燃烧器展示出NOx排放减少95% (降至小于2ppm)，该燃烧器在温度为约1600 7，02浓度在2.5%至3.2%范围内并且几乎没 有C0的情况下操作。 实施例实现在没有高成本的FGR或SCR系统的情况下NOx降低至2ppm。此外，火焰长 度减小最多至80%。并且，不同于其他低NOx系统，燃烧器将氧气保持在正常操作水平（1-3%)下，并且可在整个较宽操作范围内维持稳定的燃烧反应。由于这些特征，与传统低NOx 和超低NOx燃烧器相比，该燃烧器在燃料效率和工艺产量中实现显著优点。 许多传统低NOx燃烧器利用增加的火焰长度和减小的动量来减少NOx，但是所得贫 "火焰图案"可导致燃烧反应冲击和焦化。精炼工艺加热器对于该问题特别敏感，这是由于 因燃烧率必须被节流以避免设备损坏所造成的对产品产量和工厂收入的直接负面影响。根 据我们的分析，由于贫火焰图案所造成的燃烧容量的3%至7%损失每年在损失的工艺产量 中可花费数百万美元。对于每个工厂而言，消除该瓶颈可提高每年1200和2800万美元之间 的工厂盈利。这是特别高的价值，因为其通过增加容量来利用如此多的工厂资本。 根据实施例，燃烧器包括燃料喷嘴组件，燃料喷嘴组件被构造为输出包括燃料和 氧化剂的气体混合物；以及多孔火焰保持器，该多孔火焰保持器限定被对准以接收气体混 合物的多个气体通道，每个气体通道具有等于或大于燃料淬熄距离的最小尺寸，该气体通 道被构造为经过由气体混合物支持的燃烧反应。气体通道各自包括壁，该壁被构造为接收 来自气体混合物的反应部分的热量，朝向气体混合物的未反应部分辐射和/或传导热量，以 及输出与气体混合物的未反应部分相邻的热量以加热气体混合物。多孔火焰保持器维持气 体通道内的稳定燃烧。提供给气体通道中的混合物的热量可保持燃烧反应稳定，即使燃料/ 氧化剂混合物处于或低于在传统燃烧器中将为稳定的贫可燃极限。 根据实施例，降低燃烧NOx的方法包括将燃料和氧化剂输出到燃烧器，允许一定的 时间以使混合物发展到更好的混合状态，以及然后燃烧多孔火焰保持器内的混合物。多孔 火焰保持器被构造为接收来自多孔火焰保持器内的多个气体通道中的每个中的燃烧反应 的热量，并且将热量充分传导到混合物以使稳定的燃烧在多孔火焰保持器内得到支持。 根据实施例，稀释燃料燃烧器包括燃料喷嘴组件，该燃料喷嘴组件被构造为输出 包括燃料和氧化剂的气体混合物;多孔火焰保持器，该多孔火焰保持器限定被对准以接收 气体混合物的气体通道，该气体通道被构造为承载由气体混合物支持的燃烧反应；以及多 孔火焰保持器支撑结构，该多孔火焰保持器支撑结构被构造为将多孔火焰保持器保持在远 离燃料喷嘴组件的一定稀释距离处，该稀释距离被选择为允许气体混合物的稀释。【附图说明】 图1A为根据实施例的燃烧器的剖面图。 图1B为根据另一个实施例的燃烧器的示意图。 图2为根据实施例的包括在图1的燃烧器的多孔火焰保持器部分中的多个气体通 道的侧剖面图。 图3为根据实施例的燃烧器N0X和C0排放性能的性能曲线图。 图4为根据实施例的用于制备气体混合物的燃料和燃烧空气混合的示意图。 图5为流程图，其示出了根据实施例的用于使用图1A、图1B和图2所示的装置的方 法。【具体实施方式】 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。 图1A为根据实施例的燃烧器100的示意图。图1B为根据另一个实施例的燃烧器101 的示意图。参见图1A和图IB，燃烧器100、101包括燃料喷嘴组件102，该燃料喷嘴组件102被 构造为输出包括燃料和氧化剂的气体混合物104。多孔火焰保持器106被对准以在上游表面 108处接收气体混合物104。多孔火焰保持器106限定多个气体通道110,气体通道110中的每 个被构造为承载由气体混合物104支持的燃烧反应。在一些实施例中，气体通道110中的每 个可具有等于或大于火焰淬熄距离的最小横向尺寸。图2为根据实施例的包括在图1A和图1B的燃烧器100、101的多孔火焰保持器106部 分中的多个气体通道11 〇的侧剖面图200。示出了最小横向尺寸Dl。火焰淬熄距离是指火焰 将不会穿过的横向尺寸。存在两种意义，其中气体通道106具有大于淬熄距离的尺寸D。在两 种意义上，火焰在每个气体通道内保持在点火状态中并且被允许自由穿过所述气体通道 (尽管下文所述的热和空气动力效应通常基本上在气体通道110内、在多孔火焰保持器106 的上游表面108和下游表面112之间限制燃烧反应发生）。在传统意义上，淬熄距离是表列值，该表列值在化学计量条件下确定。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器，所述燃烧器包括：燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件被构造为输出包括燃料和氧化剂的气体混合物；以及多孔火焰保持器，所述多孔火焰保持器限定被对准以接收所述气体混合物的气体通道，每个气体通道具有等于或大于燃料淬熄距离的最小尺寸，所述气体通道被构造为经过由所述气体混合物支持的燃烧反应；其中所述气体通道包括壁，所述壁被构造为接收来自所述气体混合物的反应部分的热量，朝向所述气体混合物的未反应部分辐射所述热量，以及接收与所述气体混合物的所述未反应部分相邻的所述辐射热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·W·卡尔科夫，约瑟夫·科兰尼诺，罗伯特·E·布赖登塔尔，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