穿孔火焰保持器和包括对研磨燃料或腐蚀性燃料的防护的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种燃烧器系统，所述燃烧器系统采用穿孔火焰保持器并被配置成燃烧粉末状固体燃料，所述燃烧器系统包括被配置成保护所述穿孔火焰保持器不受所述固体燃料的颗粒造成的侵蚀的结构。

A system of perforated flame holder and protection for abrasive fuel or corrosive fuel

The invention provides a burner system, the burner system with perforated flame holder and configured to powder solid fuel combustion, the burner system includes is configured to protect the flame holder without perforation caused by the solid fuel particles erosion structure.

【技术实现步骤摘要】
穿孔火焰保持器和包括对研磨燃料或腐蚀性燃料的防护的系统相关专利申请的交叉引用本申请要求2016年7月29日提交的标题为“PERFORATEDFLAMEHOLDERANDSYSTEMINCLUDINGPROTECTIONFROMABRASIVEFUEL”(穿孔火焰保持器和包括对研磨燃料的防护的系统)的美国临时专利申请62/368,439(代理人案卷号2651-314-03)的优先权权益；该申请在不与本文的公开内容相悖的程度上以引用方式并入。
技术实现思路
根据实施方案，燃烧器被配置成支持固体燃料的燃烧。该燃烧器包括固体燃料源和穿孔火焰保持器，该固体燃料源被配置成输出至少固体燃料颗粒流，该穿孔火焰保持器包括耐磨结构和耐火结构。火焰保持器被对准以使固体燃料颗粒流冲击在耐磨结构表面上而不冲击在耐火结构上。耐火结构被配置成保持由固体燃料支持的燃烧反应。耐磨结构可以被配置成抵抗固体燃料颗粒的冲击造成的侵蚀。除此之外或另选地，耐磨结构可以被配置作为牺牲结构，该牺牲结构被对准以保护耐火结构。根据实施方案，燃烧系统包括穿孔火焰保持器，该穿孔火焰保持器具有：输入面；输出面，该输出面位于与输入面相反的一侧上并且(任选地)基本上平行于输入面；以及多个穿孔，该多个穿孔在输入面和输出面之间延伸。该穿孔火焰保持器还包括耐磨表面，该耐磨表面被设置成与输入面相邻并被配置成保护穿孔火焰保持器不受侵蚀性或腐蚀性燃料的侵蚀。根据实施方案，耐磨表面与输入面接触。根据实施方案，耐磨表面与输入面间隔开。根据实施方案，耐磨表面可以保护穿孔火焰保持器不受具有微粒的液体燃料、烟灰颗粒、载有微粒的空气或与燃烧环境相关联的其他研磨条件的侵蚀。根据实施方案，穿孔火焰保持器包括：多个火焰保持器区段，每个火焰保持器区段具有从其中延伸穿过的相应多个穿孔，该多个火焰保持器区段被布置成叠堆，其中多个火焰保持器区段中的每一个火焰保持器区段的多个穿孔被对准以便于形成延伸穿过整个火焰保持器区段叠堆的单独多个穿孔。根据实施方案，制造方法包括形成穿孔火焰保持器，该穿孔火焰保持器具有：输入面；输出面，该输出面位于火焰保持器的与输入面相反的一侧上；以及多个穿孔，该多个穿孔在输入面和输出面之间延伸。在实施方案中，可通过挤出模具来挤出穿孔火焰保持器，并且挤出区段切断挤出模头。该方法还包括形成防蚀遮蔽件，该防蚀遮蔽件定位成输入面相邻并被配置成保护穿孔火焰保持器不受侵蚀。根据实施方案，方法包括：从燃料喷嘴发射包括夹带固体燃料颗粒的燃料流；将燃料流接收到穿孔火焰保持器的输入面中在延伸穿过穿孔火焰保持器的穿孔内燃烧固体燃料颗粒；以及限制固体燃料颗粒对穿孔火焰保持器的侵蚀。附图说明图1为根据实施方案的包括穿孔火焰保持器的燃烧器的示意图，该穿孔火焰保持器被配置成支持固体燃料的燃烧。图2为根据实施方案的包括穿孔火焰保持器的燃烧器系统的简化透视图。图3为根据一个实施方案的图2穿孔火焰保持器的一部分的侧面剖视图。图4为示出根据实施方案的用于操作包括图2和图3的穿孔火焰保持器的燃烧器系统的方法的流程图。图5A-图5D为根据相应的实施方案的穿孔火焰保持器的一小部分的图解剖视图。图6为根据实施方案的包括联接至电压源的导电耐磨结构的燃烧系统的示意图。图7为根据实施方案的包括具有多个电极构件的导电耐磨结构的燃烧系统的示意图，这些电极构件延伸到穿孔火焰保持器中。图8为根据一个实施方案的被配置作为导电滤网的耐磨结构的俯视图，该导电滤网被配置成定位在穿孔火焰保持器上或其附近。图9为根据一个实施方案的包括导电耐磨结构的穿孔火焰保持器的穿孔的放大侧视图，该导电耐磨结构定位在穿孔底部处。图10为根据一个实施方案的包括控制电路、图像捕获设备、电压源和联接至电压源的导电耐磨结构的燃烧系统的示意图。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方案并非旨在进行限制。在不脱离本文所述主题的实质或范围的前提下，可采用其他实施方案并且可作出其他改变。图1为根据实施方案的被配置成支持固体燃料的燃烧的燃烧器100的示意图。固体燃料源104被配置成输出至少固体燃料颗粒流。包括耐磨结构106和耐火结构108的火焰保持器102被对准以使固体燃料颗粒流冲击在耐磨结构106上而不冲击在耐火结构108上。耐火结构108被配置成保持由固体燃料支持的燃烧反应。在实施方案中，耐磨结构106可以被配置成抵抗固体燃料颗粒的冲击造成的侵蚀。在另一个实施方案中，耐磨结构106被配置作为牺牲结构，该牺牲结构被对准以保护耐火结构108。在实施方案中，耐火结构108形成穿孔火焰保持器结构，该穿孔火焰保持器结构被配置成保持多个单独伸长孔内的由固体燃料支持的燃烧反应，该多个单独伸长孔被布置成平行于固体燃料颗粒流的主导方向。在实施方案中，耐火结构108是穿孔火焰保持器结构，该穿孔火焰保持器结构被对准以接收固体燃料颗粒流并保持多个穿孔内的燃烧，该多个穿孔被对准成平行于来自固体燃料源104的流。多个穿孔中的每个穿孔可以与多个穿孔中的其他穿孔由具有被布置成横向于固体燃料流的第一端的壁分开，使得在受到固体燃料颗粒冲击的情况下，该第一端将共同地经受侵蚀。耐磨结构106可形成为网格，该网格被布置成保护壁的处于火焰保持器102远离主导固体燃料流方向的背风侧上的第一端。例如，壁的多个第一端和耐磨结构106可相互形成全等形状。在实施方案中，耐磨结构106被配置成抵抗固体燃料颗粒的冲击造成的侵蚀。例如，耐磨结构106可由耐高温钢和/或超级合金形成。在另一个实施方案中，耐磨结构106被配置作为牺牲结构，该牺牲结构被对准以保护耐火结构108。固体燃料源104可形成为燃料和燃烧空气组件110。固体燃料颗粒可至少部分地被燃烧空气夹带。以另一方式看固体燃料源104，固体燃料源104和燃烧空气源112可以是一体式固体燃料和燃烧空气组件110。根据实施方案，耐磨结构106可以包括热障涂层，该热障涂层被施加于耐火结构108的输入面。通过将热障涂层以等离子体方式喷涂到输入面上，可以将热障涂层施加于耐火结构108的输入面。热障涂层可以被选择为具有与耐火结构108的热学特性匹配的热学特性。图2为根据实施方案的燃烧器系统200的简化图，该燃烧器系统包括被配置成保持燃烧反应的穿孔火焰保持器102。如本文所用，除非提供另外的定义，否则术语穿孔火焰保持器、穿孔反应保持器、多孔火焰保持器和多孔反应保持器应被认为是同义的。专利技术人进行的实验显示本文所述的穿孔火焰保持器102可支持非常洁净的燃烧。具体地讲，在系统200的从中试到全尺寸规模的实验性使用中，氮氧化物(NOx)的输出经测量为从低的个位数百万分数(ppm)下降至叠堆处的NOx的检测不到(少于1ppm)浓度。在工业炉应用的典型叠堆温度(1400°F-1600°F)下，在3％(干燥)氧气(O2)浓度和检测不到的一氧化碳(CO)下测得这些显著的结果。此外，这些结果不需要任何特别的举措，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)或常规燃烧器甚至为了接近此类洁净燃烧而可能需要的其他极端条件。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧系统，包括：穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器包括：输入面，输出面，所述输出面位于与所述输入面相反的一侧上并且基本上平行于所述输入面，和多个孔，所述多个孔在所述输入面和所述输出面之间延伸；和耐磨表面，所述耐磨表面与所述输入面相邻并被配置成保护所述穿孔火焰保持器不受侵蚀。

【技术特征摘要】
2016.07.29 US 62/368,439;2017.06.29 US 15/637,8201.一种燃烧系统，包括：穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器包括：输入面，输出面，所述输出面位于与所述输入面相反的一侧上并且基本上平行于所述输入面，和多个孔，所述多个孔在所述输入面和所述输出面之间延伸；和耐磨表面，所述耐磨表面与所述输入面相邻并被配置成保护所述穿孔火焰保持器不受侵蚀。2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面与所述穿孔火焰保持器是一体的，并对应于所述输入面。3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器和所述耐磨表面是同时形成的。4.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器和所述耐磨表面是由一起放在模具中的相应的材料组合物形成的。5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器和所述耐磨表面是以单独的过程形成的。6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面形成在所述穿孔火焰保持器的所述输入面上方。7.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器和所述耐磨表面是单独形成的，并随后被联接在一起。8.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面与所述穿孔火焰保持器的所述输入面物理接触。9.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面与所述穿孔火焰保持器的所述输入面间隔开。10.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的形状被配置成以空气动力学的方式将燃料流引向所述输入面中的所述多个孔的开口。11.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面包括陶瓷材料。12.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面包括金属合金。13.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的材料是基于所述材料的耐研磨性来选择的。14.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的有效面积大于所述穿孔火焰保持器的所述输入面的有效面积。15.根据权利要求14所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的所述有效面积是所述耐磨表面的面积乘以所述耐磨表面的放电系数。16.根据权利要求15所述的燃烧系统，其中所述输入面的所述有效面积是所述输入面的面积乘以所述输入面的放电系数。17.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的所述材料是基于所述材料的硬度来选择的。18.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的所述材料是基于所述材料的弹性来选择的。19.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的所述材料是基于所述材料的热学特性来选择的。20.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面的所述材料是基于所述材料的断裂韧度来选择的。21.根据权利要求1所述的燃烧系统，包括喷嘴，所述喷嘴被定位和配置成朝向所述穿孔火焰保持器的所述输入面发射燃料流，在所述燃料流中，固体燃料颗粒夹带在流体流中。22.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述多个孔沿着相应轴线从所述输入面延伸到所述输出面，所述轴线各自基本上垂直于由所述穿孔火焰保持器的所述输入面限定的平面。23.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述多个孔沿着相应轴线从所述输入面延伸到所述输出面，所述轴线大致在交点处相交，所述交点距所述穿孔火焰保持器的所述输入面一定距离。24.根据权利要求23所述的燃烧系统，包括喷嘴，所述喷嘴被定位和配置成朝向所述穿孔火焰保持器的所述输入面发射燃料流，并且其中所述交点位于所述喷嘴的纵向轴线上。25.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述交点处于对应于所述喷嘴的输出孔口的位置。26.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括电压源，所述电压源可通信地联接至所述耐磨表面。27.根据权利要求26所述的燃烧系统，还包括对电极，所述对电极被定位成与所述输出面相邻并可通信地联接至所述电压源。28.根据权利要求27所述的燃烧系统，其中所述电压源被配置成将电压施加在所述耐磨表面和所述对电极之间。29.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述电压源、所述耐磨表面和所述对电极被配置成当所述电压源在所述耐磨表面和所述对电极之间施加所述电压时在所述穿孔火焰保持器内生成等离子体。30.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述电压是DC电压。31.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述电压是AC电压。32.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述电压大于1000伏特。33.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述电压为至少10,000伏特。34.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面是导电耐火金属。35.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面是金属滤网。36.根据权利要求35所述的燃烧系统，其中所述金属滤网与所述穿孔火焰保持器接触。37.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面包括设置在所述穿孔火焰保持器的所述输入面上的导电材料。38.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面包括至少部分地设置在所述穿孔火焰保持器内的导体。39.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述耐磨表面包括不锈钢网格。40.一种穿孔火焰保持器，包括：火焰保持器主体，所述火焰保持器主体具有输入面和与所述输入面相反的输出面；和多个孔，所述多个孔在所述输入面和所述输出面之间沿着相应平行轴线延伸穿过所述火焰保持器主体。41.根据权利要求40所述的火焰保持器，包括防蚀遮蔽件，所述防蚀遮蔽件定位成保护所述输入面不受从大致位于单个点处的源朝向所述火焰保持器流动的颗粒影响。42.根据权利要求41所述的火焰保持器，其中所述防蚀遮蔽件与所述火焰保持器主体是一体的。43.根据权利要求41所述的火焰保持器，其中所述防蚀遮蔽件定位成与所述火焰保持器主体的所述输入面直接接触。44.根据权利要求41所述的火焰保持器，其中所述防蚀遮蔽件与所述火焰保持器主体的所述输入面隔开。45.一种制造方法，包括：形成穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器具有：输入面，输出面，所述输出面位于所述火焰保持器的与所述输入面相反的一侧上并且基本上平行于所述输入面，和多个孔，所述多个孔在所述输入面和所述输出面之间延伸；以及形成防蚀遮蔽件，所述防蚀遮蔽件定位成与所述输入面相邻并被配置成保护所述穿孔火焰保持器不受侵蚀。46.根据权利要求45所述的方法，其中所述形成穿孔火焰保持器包括：将具有第一组成的第一陶瓷模制化合物引入模具中；以及固化所述模具内的所述第一陶瓷模制化合物。47.根据权利要求46所述的方法，其中所述形成防蚀遮...

【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，詹姆士·K·丹西，杰西·杜马斯，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