CN104395673B - 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低NOx燃烧器，所述低NOx燃烧器被配置成在选定燃料混合物下通过响应于由火焰和导电火焰锚固器带有的电荷之间的电流将所述火焰锚固在所述导电火焰锚固器处来支持燃烧反应。

Description

低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2012年7月9日提交的名称为“LOW NOX BURNER AND METHOD OFOPERATING A LOW NOX BURNER”(低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法)的美国临时专利申请No.61/669,634和2012年5月31日提交的名称为“LOW NO_X LIFTED FLAME BURNER”(低NOx离焰燃烧器)的美国临时专利申请No.61/653,722的优先权，所述临时专利申请在不与本文公开内容相矛盾的程度内以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法。

背景技术

各种氮氧化物统称为NOx，并且通常主要以单氧化物形式NO存在，其形成包含有毒的光化学烟雾的空气污染的主要成分。NOx通常在空气中的氮和氧在燃料燃烧过程的高温下结合时产生，所述燃烧过程发生在如下装置中：内燃机；燃气涡轮；工业、商业和住宅燃烧器；工业、商业和住宅锅炉；和/或其他燃烧应用装置。

已经开发出了低NOx燃烧器，但其可能存在相对较高的复杂性和成本的缺点。低NOx燃烧器可能还存在火焰稳定性相对较差并且火焰易于吹熄的缺点。为了克服发生火焰吹熄的倾向，低NOx燃烧器通常可在相对较窄的调节比范围内运行。由于减小的调节比的影响，低NOx燃烧器通常可相对于可以表示为BTU/小时的功率输出或热量输出在相对有限的动态范围内运行。

发明内容

所需要的是相比于之前的低NOx燃烧器更简单和/或成本更低的低NOx燃烧器。除此之外或作为另外一种选择，所需要的是具有改善的火焰稳定性和/或适于在相对较宽的动态范围运行以便提供负载匹配的低NOx燃烧器。

根据实施例，减少得自燃烧反应的氮氧化物(NOx)的形成的方法包括通过在燃料稀释极限附近运行来降低燃烧温度。

根据实施例，低NOx燃烧器包括导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在发散燃料流附近沿着发散燃料流的一定距离处，所述距离对应于所需的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合。电荷源被配置成传递给由导电火焰稳定器保持的火焰表面一定的电荷浓度。所传递的电荷浓度可被选择成保持火焰点燃并且与导电火焰稳定器接触。

其中所述位置可包括从燃料喷嘴起的距离加上从所述燃料喷嘴到上游一点的距离。

其中所述位置基本上可对应于所述发散燃料流中的所述燃料的贫燃极限。

其中所述发散燃料流可以以大致15度的立体角发散。

其中所述发散燃料流可以以偏离燃料输送轴线7.5°的角度发散。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上；以及

可调节支撑件，所述可调节支撑件被配置成可根据燃料的贫燃极限或其他操作参数的变化而改变所述导电火焰稳定器被支撑处所在的所述位置。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上；以及

电子控制模块，所述电子控制模块被配置成可选择所述导电火焰稳定器被支撑处所在的沿所述发散燃料流的所述位置。

其中所述导电火焰稳定器被成形为可限定对应于至少接近于所述位置处的燃料流直径的孔。

其中所述导电火焰稳定器可包括环形张力导电结构。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括复合材料组件，所述复合材料组件被配置成可使所述导电火焰稳定器的形状适配于选定的对应发散燃料流直径；以及电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括多个导电火焰稳定器，所述多个导电火焰稳定器的尺寸被确定为与对应于所述发散燃料流的各个选定直径相对应；以及

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上。

其中所述导电火焰稳定器可包括尖电极。

其中所述导电火焰稳定器可以为大致钝的电极。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

节点，所述节点可操作地联接到所述导电火焰稳定器或形成所述导电火焰稳定器的一部分并且具有选定电压状态；电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上，所述电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

其中所述节点的所述选定电压状态可包括不同于施加至电极的电压的电压。

其中所述节点的所述选定电压状态可包括给所述导电火焰稳定器的导电表面的第二随时间变化电压，所述第二随时间变化电压可与施加给所述电荷源的第一随时间变化电压符号相反。

其中所述节点的所述选定电压状态可包括基本上为接地电压。

其中所述节点的所述选定电压状态可包括与地电隔离和与不同于传递到所述火焰上的所述电荷的对应电压的电压电隔离。

所述低NOx燃烧器还可包括：被配置成将电压施加给所述电荷源的电压源；其中所述电荷源可被配置成根据所施加电压传递所述电荷浓度。

其中所述电压源可被配置成将随时间变化电压施加给所述电荷源。

其中所述随时间变化电压可包括具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形。

其中所述随时间变化电压可包括具有200赫兹至800赫兹频率的周期性电压波形。

其中所述随时间变化电压可包括方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形。

其中所述随时间变化电压可包括具有±1000伏特至±115,000伏特振幅的波形。

其中所述随时间变化电压可包括具有±8000伏特至±40,000伏特振幅的波形。

其中所述电荷源可包括尖电极。

其中所述电荷源可包括大致钝的电极。

其中所述电荷源可包括被配置成从所述火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。

其中所述电荷源可包括被配置成将多数电荷施加给所述火焰的电荷添加装置。

本发明还提供了一种低氮氧化物NOx燃烧器，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括：

导电火焰保持表面，和

导电火焰稳定器支撑件，所述导电火焰稳定器支撑件机械联接于所述导电火焰保持表面并且被构造成与另一个表面机械联接；以及

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上，所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

所述低NOx燃烧器还可包括：燃料喷嘴；其中所述导电火焰稳定器支撑件可被机械联接于所述燃料喷嘴。

其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴可被机械联接而形成燃料喷嘴与导电火焰稳定器的一体件。

其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴可通过一个或多个选自下列的至少一者接合：多个螺纹紧固件、一个或多个铆钉、一个或多个焊接件、一个或多个铜焊配件、一个或多个相互固定面、一个或多个冷弯接头、一个或多个压制角形件、一个或多个共模压对接件、一个或多个烧结成型物以及一个或多个模铸零件。

其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴可被形成为单个部件。

其中所述燃料喷嘴可以为导电的。

根据实施例，操作低NOx燃烧器的方法包括将导电火焰稳定器支撑在发散燃料流附近且沿着发散燃料流的一定距离处，并将电荷传递到由导电火焰稳定器保持并由发散燃料流支持的火焰上。发散燃料流由喷嘴提供。火焰稳定和火焰点火随着火焰上的传递电荷和导电火焰稳定器之间的共同作用而得到维持。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：提供所述发散燃料流。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：随着所述火焰上的传递电荷和所述导电火焰稳定器之间的共同作用来维持火焰稳定和火焰点火。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：将来自所述火焰的热量施加到受热面。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：选择所述位置。

其中确定所述选定位置还可包括：接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号；计算或查找沿所述燃料流的位置，所述位置与对应于所述燃料状态的贫燃极限有关；以及输出对应于所述位置的所述位置数据或对应于所述位置的信号，以将导电火焰稳定器支撑件驱动至所述位置或在仪器上输出所述位置的指示值供用户查看。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：驱动致动器以将所述导电火焰稳定器支撑在沿所述发散燃料流的所述选定位置处。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：将电压施加给所述电荷源；其中所述电荷源根据所施加电压传递所述电荷浓度。

其中将电压施加给所述电荷源可包括将随时间变化电压施加给所述电荷源。

其中将电压施加给所述电荷源可包括施加具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形。

其中将电压施加给所述电荷源可包括施加具有200赫兹至800赫兹频率的周期性电压波形。

其中将电压施加给所述电荷源可包括施加方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形。

其中将电压施加给所述电荷源可包括施加具有±1000伏特至±115,000伏特振幅的波形。

其中将电压施加给所述电荷源可包括施加具有±8000伏特至±40,000伏特振幅的波形。

其中传递电荷可包括将电压施加给邻近所述火焰的尖电极。

其中传递电荷可包括将电压施加给邻近所述火焰的大致钝的电极。

其中传递电荷可包括将电压施加给被配置成从所述火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。

其中传递电荷可包括将电压施加给被配置成将多数电荷施加给所述火焰的电荷添加装置。

所述操作低NOx燃烧器的方法还可包括：将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器。

其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器可包括施加不同于施加给电荷源的电压的电压，所述电荷源可将所述电荷传递到所述火焰上。

其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器可包括将第二随时间变化电压施加至所述导电火焰稳定器的导电表面，所述第二随时间变化电压可与传递到所述火焰上的所述电荷符号相反。

其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器可包括维持基本上为接地电压。

其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器包括维持与地电隔离并与不同于对应于传递到所述火焰上的所述电荷的电压的那些电压电隔离。

本发明还提供了一种确定用于支撑导电火焰稳定器的沿燃料流的位置的方法，包括：

接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号；

计算或查找沿所述燃料流的位置的位置数据，所述位置与对应于所述燃料状态的贫燃极限有关；以及

输出对应于所述位置的所述位置数据或对应于所述位置的信号，以将导电火焰稳定器支撑件驱动至所述位置或在仪器上输出所述位置的指示值供用户查看。

其中所述传递的电荷浓度可被选择成使所述火焰保持点燃并且可与所述导电火焰稳定器接触。

其中所述传递的电荷浓度可被选择成使所述火焰保持点燃并且可与所述导电火焰稳定器接触。

其中所述传递的电荷浓度可被选择成使所述火焰保持点燃并且可与所述导电火焰稳定器接触。

其中所述传递的电荷浓度可被选择成使所述火焰保持点燃并且可与所述导电火焰稳定器接触。

根据实施例，在低NOx燃烧器中，导电火焰稳定器被支撑在距发射发散燃料流的燃料喷嘴的一定距离处。所述距离可被选择成对应于燃料/空气混合物的所需特性，例如混合物的可燃性极限。将电荷传递给火焰表面的电荷源与导电火焰稳定器协同操作，以使火焰保持点燃并且与导电火焰稳定器接触。这允许使用较稀薄的燃料/空气混合物，从而降低火焰温度并减少NOx生成。可增加燃料和空气的混合，从而进一步减少NOx生成。任选地，使用传感器来监测火焰状态。任选地，自动或手动调节导电火焰稳定器的位置或构型以维持所需的火焰状态。

附图说明

图1是根据实施例的低氮氧化物(NOx)燃烧器的示意图。

图2是根据实施例的示出了通过稀释剂的燃料流的发散的示意图。

图3是根据实施例的一体化导电火焰稳定器的透视图。

图4是根据实施例的示出了用于操作低NOx燃烧器的方法的流程图。

图5是根据实施例的示出了用于结合图1至图4所述的火焰稳定现象的机制说明示意图。

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。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可采用其他实施例和/或可进行其他更改。

图1是根据实施例的低氮氧化物(NOx)燃烧器101的一部分的剖面图。低NOx燃烧器101包括导电火焰稳定器102，其被支撑在发散燃料流104附近沿着发散燃料流104的距离X处。该距离X对应于所需的燃料浓度、氧气浓度、燃料和氧气化学计量或它们的组合。电荷源106被配置成可将一定的电荷浓度传递到由导电火焰稳定器102保持的火焰表面108上。所传递的电荷浓度被选择成可使火焰保持点燃并且与导电火焰稳定器102接触。

根据实施例，燃料流104可从燃料喷嘴110以基本上恒定的角度发散。料流区域的扩展对应于由周围流体的挟带造成的燃料的稀释。例如，周围流体可包括空气和/或被重复循环的烟道气。如果周围流体为空气，则例如被挟带流体为约21％氧气、78％氮气以及少量的其他气体。如果周围流体包括烟道气循环，则例如被挟带流体可包括约2％至5％氧气、约78％氮气以及燃烧产物(例如存在于烟道气中的二氧化碳、水蒸气以及其他燃烧产物)。

随燃料流104挟带的再循环烟道气可因此导致与燃料混合的较低浓度的氧气。从支持具有相对较低温度的火焰的燃烧器可以输出较少的NOx。在贫燃极限附近燃烧的火焰108可具有比燃烧更旺的火焰更低的温度，并且可因此输出比燃烧更旺的火焰更少的NOx。在较低的氧气浓度中燃烧的火焰108可输出比在较高的氧气浓度中燃烧的火焰更少的NOx。此外，充分混合的火焰108倾向于比混合得差的火焰输出更少的NOx。

根据实施例，距离X被选择为在操作条件下对应于处于或略高于燃料的贫燃极限。已经发现，通过火焰电荷源106向火焰108施加电荷可改善火焰混合。这些效应使燃烧器101表现出低NOx输出。

根据实施例，沿发散燃料流104的轴线的距离X包括从点112到燃料喷嘴110的距离x₀加上从燃料喷嘴110起的距离X_E＝X-x₀。距离x₀为燃料喷嘴110中孔111的尺寸D₀的函数，燃料流104从该孔111射出。可将点112视为发散燃料流104的虚拟原点。

图2为示出了燃料流104从燃料喷嘴110中以基本上恒定的角度θ发散的示意图，所述燃料喷嘴110具有直径D₀。由于空气或其他周围流体被发散燃料流104挟带，所以发散燃料流104的直径D随从燃料喷嘴110起的距离而增加。如果X_E为沿发散燃料流104的中心轴线的从燃料喷嘴110起的距离，已经发现，在距离X_E处的燃料流的直径D遵照以下关系：

$\frac{D}{D_0}=2\left(\frac{X_E}{D_0}\right)tan\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)+1$

在从燃料喷嘴110发出发散燃料流104时，由于挟带周围空气、烟道气或其他流体，燃料变得越来越稀。换句话讲，燃料混合物随着从燃料喷嘴110起的距离的增加变得越来越贫乏。如果燃料/氧化剂混合物变得如此贫乏以至于几乎不能支持燃烧，则可以说已达到贫燃极限。

再次参见图1，根据实施例，距离X包括从燃料喷嘴110起的距离X_E加上从燃料喷嘴孔111上溯至虚拟原点112的距离x₀。距离X可例如基本上对应于发散燃料流104中的燃料的贫燃极限。燃料流104的发散角度为大致15度的立体角，或者称为距燃料输送轴线大致7.5度的发散角度。

根据实施例，燃烧器101可任选地还包括可调节支撑件(未示出)，所述支撑件被构造成可改变导电火焰稳定器102被支撑的距离X，所述距离X根据燃烧器101的贫燃极限或其他操作参数的变化而改变。电子控制模块(未示出)可被配置成可选择沿发散燃料流104的导电火焰稳定器102被支撑的距离X。

根据实施例，导电火焰稳定器102被成形为可限定对应于至少接近于距离X处的燃料流直径的孔。导电火焰稳定器102包括导电环。导电火焰稳定器102可另外包括或替代性地包括环形张力导电结构。导电火焰稳定器102可包括复合材料组件，该复合材料组件被配置成使导电火焰稳定器102的形状适配于选定的对应发散燃料流104直径。导电火焰稳定器102可包括多个导电火焰稳定器，所述多个导电火焰稳定器的尺寸被确定为与对应于发散燃料流104的各个选定直径相对应。任选地，导电火焰稳定器102可包括尖电极。任选地，导电火焰稳定器102可包括大致钝的电极。

根据实施例，低NOx燃烧器101包括具有选定电压状态的节点114，所述节点114可操作地联接到导电火焰稳定器102或形成导电火焰稳定器102的一部分。节点114的选定电压状态包括不同于由电荷源106施加至火焰108的电压的电压。节点114的选定电压状态可包括对应于导电表面的第二随时间变化电压，第二随时间变化电压与施加至电荷源106的第一随时间变化电压符号相反。或者，节点114的选定电压状态可包括基本上为接地电压。或者，节点114的选定电压状态可包括与地电隔离以及与不同于对应于由电荷源106传递到火焰108上的电荷的电压的那些电压电隔离。

根据实施例，电压源116被配置成将电压施加至电荷源106。电荷源106被配置成根据被施加的电压将电荷浓度传递给火焰108。电压源116可配置成将基本恒定的电压施加给电荷源106。除此之外或作为另外一种选择，电压源116可配置成将随时间变化电压施加给电荷源106。随时间变化电压可包括具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形。例如，随时间变化电压可包括具有200Hz至800Hz频率的周期性电压波形。随时间变化电压可包括例如方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形。随时间变化电压可包括具有±1,000伏特至±115,000伏特振幅的波形。例如，随时间变化电压可包括具有±8,000伏特至±40,000伏特振幅的波形。

根据实施例，电荷源106可包括尖电极，例如被配置成将电荷喷射到火焰108附近的电介质区域中的电极。可将电荷喷射电极称为例如电晕电极。电荷源可另外包括或替代性地包括大致钝的电极。电荷源106可包括被配置成从火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。或者，电荷源106可包括被配置成将多数电荷施加至火焰的电荷添加装置。

图3是根据实施例的一体化导电火焰稳定器301的视图。一体化导电火焰稳定器301包括导电火焰保持表面102和导电火焰稳定器支撑件302，该导电火焰稳定器支撑件302机械联接于导电火焰保持表面102并且被构造成与另一个表面机械联接。例如，导电火焰稳定器支撑件302可机械联接于燃料喷嘴110，如图3所示。导电火焰稳定器102和燃料喷嘴110可机械联接而形成燃料喷嘴与导电火焰稳定器的一体件301。

导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过多种联接方式接合。各种联接方式可以组合。例如，导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过螺纹紧固件接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个铆钉接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个焊接件接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个铜焊配件接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个相互固定面接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个冷弯接头接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个压制角形件接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个共模压对接件接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可由一个或多个烧结成型物形成或可通过一个或多个烧结成型物接合。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和/或燃料喷嘴110可通过一个或多个模铸零件接合。除此之外或作为另外一种选择，导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和燃料喷嘴110可被形成为单个部件。燃料喷嘴110可为导电的。导电火焰稳定器102、火焰稳定器支撑件302和燃料喷嘴110可被对准，使得燃料喷嘴110中的燃料孔111对中，以使发散燃料流(未示出)基本上沿共同中心线穿过燃料孔111和由导电火焰稳定器102形成的孔。

图4是根据实施例的示出了用于操作低NOx燃烧器的方法401的流程图。在步骤402中，发散燃料流被形成。在步骤406中，导电火焰稳定器被支撑在发散燃料流附近沿发散燃料流的选定距离处。进行到步骤408，电荷被传递到由导电火焰稳定器保持并由发散燃料流支持的火焰上。在步骤412中，随着火焰上的传递电荷和导电火焰稳定器之间的共同作用来维持火焰稳定和火焰点火。

进行到步骤414，来自火焰的热量被施加到受热面。例如，将热量施加到受热面可包括在熔炉中、锅炉中、燃气涡轮中或处理材料加热器中提供热量。

在步骤406中，沿发散燃料流的选定距离可(例如)基本上对应于燃料的可燃性极限。

任选地，方法401包括步骤404，在步骤404中所述选定距离被确定。根据实施例，确定所述选定距离包括(例如)接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号。计算或查找沿燃料流的距离X。例如，距离X与对应于燃料状态的贫燃极限有关。距离X、对应于距离X的数据或对应于距离X的信号被输出。该输出将导电火焰稳定器支撑件驱动至距离X，或可在仪器上输出距离X的指示值供用户(例如，操作工程师)查看以手动调节距离X。

方法401可任选地包括驱动致动器以在沿发散燃料流(未示出)的选定距离处支撑导电火焰稳定器。

方法401还包括将电压施加至电荷源。电荷源根据被施加的电压传递电荷浓度。将电压施加至电荷源可任选地包括将随时间变化电压施加至电荷源。将电压施加至电荷源可包括施加具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形。例如，将电压施加至电荷源可包括施加具有200赫兹至800赫兹频率的周期性电压波形。将电压施加至电荷源可包括施加方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形。将电压施加至电荷源可包括施加具有±1000伏特至±115,000伏特振幅的波形。例如，将电压施加至电荷源可包括施加具有±8000伏特至±40,000伏特振幅的波形。

在步骤408中，传递电荷可包括将电压施加至邻近火焰的尖电极。或者，传递电荷可包括将电压施加至邻近火焰的大致钝的电极上。传递电荷可任选地包括将电压施加至被配置成从火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。除此之外或作为另外一种选择，传递电荷可包括将电压施加到被配置成将多数电荷施加至火焰的电荷添加装置上。

方法401包括步骤410，其中根据实施例将电压状态施加在导电火焰稳定器上或维持导电火焰稳定器上的电压状态。将电压状态施加到或维持于导电火焰稳定器包括施加不同于施加至电荷源的电压的电压，该电荷源将电荷施加至火焰上。除此之外或作为另外一种选择，将电压状态施加在导电火焰稳定器上或维持导电火焰稳定器上的电压状态可包括将第二随时间变化电压施加至导电表面，第二随时间变化电压与施加到火焰上的随时间变化电荷符号相反。或者，将电压状态施加到或维持于导电火焰稳定器可包括保持基本上为接地电压的状态。除此之外或作为另外一种选择，将电压状态施加到或维持于导电火焰稳定器可包括保持与地面电隔离以及与不同于对应于传递到火焰上的电荷的电压的那些电压电隔离。

图5为根据示例性实施例的说明对结合图1至图4描述的方法和***的行为进行解释的理论的示意图501。在示意图501中，电压V作为时间t的函数标绘。第一电压波形502(以接近正弦波的实线示出)对应于上述施加至电荷源106的随时间变化电压。当允许导电火焰稳定器102浮置时，可通过相偏移的波形504(以虚线示出)来描述其电压。当施加至电荷源106的第一电压波形502增加时，导电火焰稳定器102的电压504随之增加。

根据实施例，在***的第一半周期506期间，由电荷源106施加至火焰的电压502低于由导电火焰稳定器102响应而保持的电压504。在第一半周期506期间，电子被从火焰的至少一部分向导电火焰稳定器102吸引。相似地，带正电的物质被从导电火焰稳定器102附近向火焰吸引。对应于朝向导电火焰稳定器102的电子流的电流，(在第一半周期506期间)与将火焰向导电火焰稳定器102的保持相一致。

在***的第二半周期508期间，由电荷源106施加至火焰的电压502高于由导电火焰稳定器102响应而保持的电压504。在第二半周期508期间，电子被从导电火焰稳定器102附近吸引而进入火焰，并且带正电物质被从火焰吸引至而进入导电火焰稳定器102附近。对应于朝向导电火焰稳定器102的阳离子流(或离开导电火焰稳定器102的电子流)的电流，(在第二半周期508期间)与将火焰向导电火焰稳定器102的保持相一致。

根据实施例，带电物质的朝向或离开导电火焰稳定器102的运动起到引发燃烧反应的作用。例如，带电物质倾向于与燃料或氧气结合而形成参与燃烧反应的反应性物质。或者，带电物质倾向于从燃料或氧气吸引带相反电荷的物质，其中其余的燃料或氧气部分为参与燃烧反应的反应性物质。

适于支撑导电火焰保持器的沿燃料流的距离X的确定方法可包括：接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号，计算或查找沿燃料流的距离X，该距离X与对应于燃料状态的贫燃极限有关，以及输出距离X、对应于距离X的数据或对应于距离X的信号以将导电火焰稳定器支撑件驱动至距离X，或在仪器上输出距离X的指示值供用户查看。

根据实施例，非瞬时性计算机可读介质载有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被编制成使电子控制模块执行包括以下步骤的方法：接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号，计算或查找沿燃料流的距离，该距离与对应于燃料状态的贫燃极限有关。计算机可读介质可以另外载有用于输出距离、输出对应于该距离的数据或输出对应于该距离的信号以将导电火焰稳定器支撑件驱动至该距离的计算机可执行指令。除此之外或作为另外一种选择，计算机可读介质可以另外载有用于在仪器上输出距离指示值供用户查看的计算机可执行指令。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但也可设想其他方面和实施例。本文所公开的各个方面和实施例出于说明性目的，而并非旨在进行限制，其具有由权利要求书所指示的真实范围和精神。

Claims (63)

1.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；以及

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上，所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

2.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述位置包括从燃料喷嘴起的距离加上从所述燃料喷嘴到上游一点的距离。

3.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述位置基本上对应于所述发散燃料流中的所述燃料的贫燃极限。

4.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述发散燃料流以大致15度的立体角发散。

5.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述发散燃料流以偏离燃料输送轴线7.5°的角度发散。

6.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器被成形为可限定对应于至少接近于所述位置处的燃料流直径的孔。

7.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器包括环形张力导电结构。

8.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器包括尖电极。

9.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器为大致钝的电极。

10.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，还包括：

被配置成将电压施加给所述电荷源的电压源；

其中所述电荷源被配置成根据所施加电压传递所述电荷浓度。

11.根据权利要求10所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述电压源被配置成将随时间变化电压施加给所述电荷源。

12.根据权利要求11所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述随时间变化电压的波形包括具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形。

13.根据权利要求11所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述随时间变化电压的波形包括具有200赫兹至800赫兹频率的周期性电压波形。

14.根据权利要求11所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述随时间变化电压的波形包括方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形。

15.根据权利要求11所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述随时间变化电压的波形包括具有±1000伏特至±115,000伏特振幅的波形。

16.根据权利要求15所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述随时间变化电压的波形包括具有±8000伏特至±40,000伏特振幅的波形。

17.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述电荷源包括尖电极。

18.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述电荷源包括大致钝的电极。

19.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述电荷源包括被配置成从所述火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。

20.根据权利要求1所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述电荷源包括被配置成将多数电荷施加给所述火焰的电荷添加装置。

21.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上；以及

可调节支撑件，所述可调节支撑件被配置成可根据燃料的贫燃极限或其他操作参数的变化而改变所述导电火焰稳定器被支撑处所在的所述位置。

22.根据权利要求21所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

23.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上；以及

电子控制模块，所述电子控制模块被配置成可选择所述导电火焰稳定器被支撑处所在的沿所述发散燃料流的所述位置。

24.根据权利要求23所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

25.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括复合材料组件，所述复合材料组件被配置成可使所述导电火焰稳定器的形状适配于选定的对应发散燃料流直径；以及电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上。

26.根据权利要求25所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

27.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括多个导电火焰稳定器，所述多个导电火焰稳定器的尺寸被确定为与对应于所述发散燃料流的各个选定直径相对应；以及

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上。

28.根据权利要求27所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

29.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合；

节点，所述节点可操作地联接到所述导电火焰稳定器或形成所述导电火焰稳定器的一部分并且具有选定电压状态；电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上，所述电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

30.根据权利要求29所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述节点的所述选定电压状态包括不同于施加至电极的电压的电压。

31.根据权利要求29所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述节点的所述选定电压状态包括给所述导电火焰稳定器的导电表面的第二随时间变化电压，所述第二随时间变化电压与施加给所述电荷源的第一随时间变化电压符号相反。

32.根据权利要求29所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述节点的所述选定电压状态包括基本上为接地电压。

33.根据权利要求29所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述节点的所述选定电压状态包括与地电隔离和与不同于传递到所述火焰上的所述电荷的对应电压的电压电隔离。

34.一种低氮氧化物NOx燃烧器，其特征在于，包括：

导电火焰稳定器，所述导电火焰稳定器被支撑在喷嘴附近沿着发散燃料流的一位置处，所述喷嘴被配置成产生所述发散燃料流，所述位置对应于选定的燃料浓度、氧气浓度、燃料/氧气化学计量或其组合，所述导电火焰稳定器包括：

导电火焰保持表面，和

导电火焰稳定器支撑件，所述导电火焰稳定器支撑件机械联接于所述导电火焰保持表面并且被构造成与另一个表面机械联接；以及

电荷源，所述电荷源被配置成将一定的电荷浓度传递到由所述导电火焰稳定器保持的火焰的表面上，所述传递的电荷浓度被选择成使所述火焰保持点燃并且与所述导电火焰稳定器接触。

35.根据权利要求34所述的低氮氧化物NOx燃烧器，还包括：

燃料喷嘴；

其中所述导电火焰稳定器支撑件被机械联接于所述燃料喷嘴。

36.根据权利要求35所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴被机械联接而形成燃料喷嘴与导电火焰稳定器的一体件。

37.根据权利要求36所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴通过一个或多个选自下列的至少一者接合：多个螺纹紧固件、一个或多个铆钉、一个或多个焊接件、一个或多个铜焊配件、一个或多个相互固定面、一个或多个冷弯接头、一个或多个压制角形件、一个或多个共模压对接件、一个或多个烧结成型物以及一个或多个模铸零件。

38.根据权利要求36所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述导电火焰稳定器和所述燃料喷嘴被形成为单个部件。

39.根据权利要求35所述的低氮氧化物NOx燃烧器，其中所述燃料喷嘴为导电的。

40.一种操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其特征在于，包括：

在发散燃料流附近沿着所述发散燃料流的一位置处支撑导电火焰稳定器，所述位置基本上对应于所述燃料的可燃性极限；以及

将电荷从电荷源传递到由所述导电火焰稳定器保持并由所述发散燃料流支持的火焰上。

41.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

提供所述发散燃料流。

42.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

随着所述火焰上的传递电荷和所述导电火焰稳定器之间的共同作用来维持火焰稳定和火焰点火。

43.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

将来自所述火焰的热量施加到受热面。

44.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

选择所述位置。

45.根据权利要求44所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中确定所述选定位置还包括：

接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号；

计算或查找沿所述燃料流的位置，所述位置与对应于所述燃料状态的贫燃极限有关；以及

输出对应于所述位置的所述位置数据或对应于所述位置的信号，以将导电火焰稳定器支撑件驱动至所述位置或在仪器上输出所述位置的指示值供用户查看。

46.根据权利要求44所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

驱动致动器以将所述导电火焰稳定器支撑在沿所述发散燃料流的所述选定位置处。

47.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

将电压施加给所述电荷源；

其中所述电荷源根据所施加电压传递所述电荷浓度。

48.根据权利要求47所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括将随时间变化电压施加给所述电荷源。

49.根据权利要求48所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括施加其波形包括具有50赫兹至10,000赫兹频率的周期性电压波形的所述电压。

50.根据权利要求48所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括施加其波形包括具有200赫兹至800赫兹频率的周期性电压波形的所述电压。

51.根据权利要求48所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括施加其波形包括方波形、正弦波形、三角波形、截顶的三角波形、锯齿波形、对数波形或指数波形的所述电压。

52.根据权利要求48所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括施加其波形包括具有±1000伏特至±115,000伏特振幅的波形的所述电压。

53.根据权利要求52所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压施加给所述电荷源包括施加其波形包括具有±8000伏特至±40,000伏特振幅的波形的所述电压。

54.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中传递电荷包括将电压施加给邻近所述火焰的尖电极。

55.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中传递电荷包括将电压施加给邻近所述火焰的大致钝的电极。

56.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中传递电荷包括将电压施加给被配置成从所述火焰耗尽具有非多数电荷符号的离子或电子的耗尽电极。

57.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中传递电荷包括将电压施加给被配置成将多数电荷施加给所述火焰的电荷添加装置。

58.根据权利要求40所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，还包括：

将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器。

59.根据权利要求58所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器包括施加不同于施加给电荷源的电压的电压，所述电荷源将所述电荷传递到所述火焰上。

60.根据权利要求58所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器包括将第二随时间变化电压施加至所述导电火焰稳定器的导电表面，所述第二随时间变化电压与传递到所述火焰上的所述电荷符号相反。

61.根据权利要求58所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器包括维持基本上为接地电压。

62.根据权利要求58所述的操作低氮氧化物NOx燃烧器的方法，其中将电压状态施加到或维持于所述导电火焰稳定器包括维持与地电隔离并与不同于对应于传递到所述火焰上的所述电荷的电压的那些电压电隔离。

63.一种确定用于支撑导电火焰稳定器的沿燃料流的位置的方法，其特征在于，包括：

接收信号或启动传感器以产生指示燃料状态的信号；

计算或查找沿所述燃料流的位置的位置数据，所述位置与对应于所述燃料状态的贫燃极限有关；以及

输出对应于所述位置的所述位置数据或对应于所述位置的信号，以将导电火焰稳定器支撑件驱动至所述位置或在仪器上输出所述位置的指示值供用户查看。