高输出多孔砖瓦燃烧器制造技术

本发明专利技术提供了一种操作燃烧器系统的方法，所述方法包括将燃料流引入有孔火焰保持器中，燃烧所述燃料流，其中大部分燃烧发生在所述火焰保持器的输入面与输出面之间，并且从所述燃烧产生至少1.5kBTU/H/in2的热输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本专利申请要求2014年2月14日提交的名称为“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/US2014/016632(代理人案卷号2651-188-04)的优先权权益，并且根据35 USC 120本专利申请为该PCT专利申请的部分继续申请；该PCT专利申请在不抵触本文的公开内容的程度上以引用方式并入。
技术介绍
具有一定孔隙度的陶瓷砖瓦燃烧器可以在多种应用中用作火焰保持器和辐射热源。通常情况下，将包含燃料组分和氧化剂组分的燃料流在从陶瓷砖瓦燃烧器的输入面引入，由此燃料流流入陶瓷砖瓦的通道或孔。现有技术提出，根据陶瓷砖瓦燃烧器的表面热负荷，燃料流可以在多孔砖瓦内开始燃烧，或者可以在流出多孔砖瓦的输出面时燃烧。例如，授予Sarkisian的美国专利No.4919605中解释：“在低表面热负荷下，陶瓷砖瓦充当辐射燃烧器。气态反应物的燃烧......发生在陶瓷砖瓦内，并且砖瓦成为辐射点。进入的反应物的点火由陶瓷[砖瓦]的高温引起。”增加表面热负荷会导致燃料流的速度加快。根据Sarkisian所述，“在适度的表面热负荷率下，燃烧发生在陶瓷砖瓦处或上方，并且进入的反应物会使陶瓷砖瓦冷却。在这个原则下，陶瓷砖瓦充当...热屏障和火焰保持器。砖瓦的孔之间的区段引起湍流再循环区的形成，而热气体的这一再循环会在燃烧反应物离开砖瓦时将其点燃...当使用低孔隙度的砖瓦时，增加陶瓷砖瓦燃烧器的...表面热负荷...会产生非常高速度的反应物流...对于高孔隙度的陶瓷砖瓦，其通道壁的厚度较小。这将对下游再循环区域的形成产生不利影响。出于这个原因，砖瓦的火焰保持能力较差，从而导致不稳定的燃烧。”因此，Sarkisian提出了一种具有丝网的砖瓦燃烧器，所述丝网设置在输出面上方以充当火焰保持器。在具有70％孔隙度的砖瓦燃烧器中采用这种构造时，Sarkisian报导表面负荷率高达6500BTU/H/in2(0.94MBTU/H/ft２)。附图说明图1为示出根据一个实施例的用于操作燃烧器的方法的流程图，该燃烧器包括有孔火焰保持器。图2为根据一个实施例的燃烧器系统的简化透视图，该燃烧器系统包括有孔火焰保持器。图3为根据一个实施例的图2有孔火焰保持器的一部分的侧面剖视图。图4为示出根据一个实施例的用于操作燃烧器系统的方法的流程图，该燃烧器系统包括图2和图3的有孔火焰保持器。图5为根据一个实施例的图2燃烧器系统的简化侧面剖视图。图6示出了根据一个实施例的图5燃烧器系统的细节，如图5中6所示。图7和图8为根据一个实施例处于相应操作模式期间的燃烧器系统的图解视图。图9至图12为根据相应实施例的操作燃烧器系统的方法的流程图。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非旨在进行限制。在不脱离本文所述主题的实质或范围的前提下，可采用其他实施例并且可作出其他改变。在本文中根据公认的惯例使用各种单位和单位符号以指示相应的值。双撇号(″)用于表示长度或距离，单位为英寸。英寸和英尺也可以分别缩写为“in”和“ft”。“BTU/H”是指每小时以英制热量单位表示的值。因此，“BTU/H/ft2”表示每小时每平方英尺以英制热量单位表示的值。
“W/cm2”表示瓦每平方厘米。(BTU/H≈W×3.412，in＝cm×2.54)。1W/cm2约等于22BTU/H/in2。单位符号前带有“K”(千)或“M”(兆)的任何值应分别乘以1×103或1×106。字母“℃”和“°F”分别用来表示以摄氏度和华氏度(°F＝℃×9/5+32)为单位的温度。图1为示出根据一个实施例的用于操作燃烧器的方法100的流程图，该燃烧器包括有孔火焰保持器(例如，参见图2-3，102)。从步骤104开始，将有孔火焰保持器支承在燃烧体积内并与燃料喷嘴相距一段稀释距离(DD)，如下所述。在步骤106中，将有孔火焰保持器预热至操作温度。预热有孔火焰保持器后，将燃料和氧化剂混合物提供至有孔火焰保持器，如步骤108所示。燃料和氧化剂燃烧，并且可以进一步加热有孔火焰保持器。初始燃烧率可以任选地为低至中等，但不高。继续进行至步骤110，燃料和氧化剂混合物的流动速率增加至所需的热量输出水平。如步骤112中所示，有孔火焰保持器将支持燃烧反应，该燃烧反应的热量输出为至少216千BTU每小时每平方英尺。如下面的图2所示，有孔火焰保持器102具有输入面212和输出面214。输出面214(和/或输入面212)的面积是本文所述热量输出速率中涉及的面积。尽管在步骤108中初始提供至有孔火焰保持器的燃料流可以相对低速，但专利技术人已发现，在启动过程期间，可以增加燃料流率，有孔火焰保持器102将以高燃料和氧化剂混合物流速可靠地支持燃烧，并且燃烧热量输出率等于或大于1百万BTU每小时每平方英尺有孔火焰保持器输出面积。图2为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器102的燃烧器系统200的简化示意图，该有孔火焰保持器被配置成能够保持燃烧反应。如本文所用，除非提供了另外的定义，否则术语有孔火焰保持器、有孔反应保持器、多孔火焰保持器和多孔反应保持器应被视为是同义的。由专利技术人进行的实验已经表明，本文所述的有孔火焰保持器102可以支持非常纯净的燃烧。具体地讲，在从试验规模到全规模的系统200的实验性应用中，测得在堆叠处氮氧化物(NOx)输出中的NOx浓度在从低至无法检出(低于1ppm)到低单位数的份每百万份(ppm)的范围内。这些显著结果在工业炉应用的典型堆叠温度(1400-1600°F)下，并且在3％(干)氧(O2)浓度以及无法检出的一氧化碳(CO)下测得。此外，这些结果不需要任何特殊措施，诸如选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、水/蒸汽注入、外部
烟道气再循环(FGR)或使用传统燃烧器达到这种纯净燃烧可能需要的其他极端措施。根据实施例，燃烧器系统200包括燃料和氧化剂源202，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204中以形成燃料和氧化剂混合物206。如本文所用，除非提供了另外的定义，否则术语燃烧体积、燃烧腔室、炉体积等应被视为是同义的。有孔火焰保持器102被设置于燃烧体积204中并且被布置为接收燃料和氧化剂混合物206。图3为根据一个实施例的图2有孔火焰保持器102的一部分的侧面剖视图300。参见图2和图3，有孔火焰保持器102包括有孔火焰保持器主体208，该有孔火焰保持器主体限定多个穿孔210，所述多个穿孔被对齐以接收来自燃料和氧化剂源202的燃料和氧化剂混合物206。如本文所用，除非提供了另外的定义，否则在有孔火焰保持器102的上下文中，术语穿孔、孔、隙缝、细长孔等应被视为是同义的。穿孔210被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物206支持的燃烧反应302。该燃料可包括氢、烃类气体、气化的烃类液体、雾化的烃类液体或者粉状或粉碎的固体。燃料可以是单一种类，或者可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：使燃料流流入有孔火焰保持器中，所述有孔火焰保持器具有输入面、输出面和多个穿孔，所述多个穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸；以及燃烧所述燃料流，所述燃烧的大部分发生在所述火焰保持器的所述输入面和所述输出面之间；以及从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2的热输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.14 US PCT/US2014/0166321.一种方法，包括：使燃料流流入有孔火焰保持器中，所述有孔火焰保持器具有输入面、输出面和多个穿孔，所述多个穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸；以及燃烧所述燃料流，所述燃烧的大部分发生在所述火焰保持器的所述输入面和所述输出面之间；以及从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2(793W/m2)的热输出。2.根据权利要求1所述的方法，包括在进行所述燃料流的所述燃烧之前，预热所述有孔火焰保持器。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预热所述有孔火焰保持器包括将所述火焰保持器的至少一部分预热至超过所述燃料流的燃料组分的自燃温度的温度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧所述燃料流包括在所述火焰保持器的所述输入面和所述输出面之间完成所述燃料流燃烧的至少80％。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2(793W/m2)的热输出包括从所述燃烧产生至少432kBTU/H/ft2(1586W/m2)的热输出。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2(793W/m2)的热输出包括从所述燃烧产生至少1MBTU/H/ft2(3672W/m2)的热输出。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2(793W/m2)的热输出包括从所述燃烧产生至少3MBTU/H/ft2(11,017W/m2)的热输出。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述从所述燃烧产生至少216kBTU/H/ft2(793W/m2)的热输出包括从所述燃烧产生至少5MBTU/H/ft2(18,362W/m2)的热输出。9.一种操作方法，包括：使燃料流流入有孔火焰保持器中；在所述火焰保持器处燃烧所述燃料流；以及从所述燃烧产生至少1MBTU/H/ft2(3672W/m2)的热输出。10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述火焰保持器处进行所述燃烧所述燃料流之前，预热所述有孔火焰保持器。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预热所述有孔火焰保持器包括将所述火焰保持器的至少一部分预热至超过所述燃料流的燃料组分的自燃温度的温度。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述在所述火焰保持器处燃烧所述燃料流包括在所述火焰保持器的输入面和输出面之间燃烧所述燃料流的燃料组分的大部分。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述在所述火焰保持器的输入面和输出面之间燃烧所述燃料流的燃料组分的大部分包括在所述火焰保持器的所述输入面和所述输出面之间燃烧所述燃料流的所述燃料组分的至少80％。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述在所述火焰保持器的输入面和输出面之间燃烧所述燃料流的燃料组分的大部分包括在所述火焰保持器的所述输入面和所述输出面之间延伸的孔内燃烧所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·科兰尼诺，道格拉斯·W·卡尔科夫，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