CN103562638B - 燃烧系统中的两个或更多个反应的电场控制 - Google Patents

Abstract

一种燃烧系统，其可包括多个加热体积部分。多个加热体积部分中的至少两个可包括各自对应的电极。所述电极可被驱动以在它们各自的体积中产生各自的电场。所述电场可被配置成驱动各自需要的反应。

Description

燃烧系统中的两个或更多个反应的电场控制

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35条第§119(e)款，要求2011年2月9日提交的，由ThomasS.Hartwick、DavidB.Goodson、以及ChristopherA.Wiklof发明的题目为“ELECTRICFIELDCONTROLOFTWOORMORERESPONSESINACOMBUSTIONSYSTEM”且序列号为61/441,229的美国临时申请的优先权利益；该申请在本申请提交之时同本申请一同审查，并且对于该申请中和在此公开内容不一致的范围以引用的方式被并入。

技术领域

本发明涉及燃烧系统中两个或更多个反应的电场控制。

背景技术

已知燃烧反应受电场的应用的影响。

发明内容

根据实施方式，在燃烧系统的加热体积中，至少一个第一电场能受控制以驱动第一反应，并且至少一个第二电场能受控制以驱动第二反应。所述反应可能是化学反应或物理反应。加热体积的第一部分可能对应至少一个燃烧反应区域。加热体积的第二部分可能对应热传递区域、污染治理部分、和/或燃料传送部分。

至少一个第一电场和至少一个第二电场可包括一个或多个直流电场、一个或多个交流电场、一个或多个脉冲序列、一个或多个时变波形、一个或多个数字合成波形、和/或一个或多个模拟波形。

可以布置一个或多个传感器来感测对电场的一个或多个反应。例如，第一电场可被驱动以最大化燃烧效率。另外地或可选择地，第一反应可包括涡流、混合、反应物碰撞能量、反应物碰撞频率、发光度、热辐射、以及烟道气体温度。第二电场可被驱动以产生和第一反应不同的第二反应。例如，第二反应可选择热传递通道、清理来自热传递表面的燃烧产物、最大化到达热载体的热传递、使灰粉沉淀、最小化氮氧化物输出、和/或回收未燃烧的燃料。因此第二反应可包括对着或沿着或远离一个或多个热传递表面驱动热的气体、使灰粉沉淀、驱动制氮氧化反应以最小化反应程度、活化燃料、和/或引导燃料颗粒。

控制器可响应于至少一个输入变量和/或检测到至少一个接收到的传感器数据来改变第一电场或第二电场中的至少一个。例如，所述至少一个输入变量包括燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、和/或燃料类型。

根据实施例，一种从燃烧系统选择两个或更多个反应的方法，包括在包括了燃烧期间产生的带电物质的加热体积的第一部分中驱动至少一个第一电场；以及在所述加热体积的第二部分中驱动至少一个第二电场。所述至少一个第一电场可以被控制以驱动第一反应，并且所述至少一个第二电场可以被控制以驱动不同于所述第一反应的第二反应。

所述加热体积的第一部分可以对应于至少一个燃烧反应区域，并且所述加热体积的第二部分对应于从由热传递区域、污染治理部分、和/或燃料传送部分组成的组中选择的至少一个。

所述第一电场可以被驱动以最大化燃烧效率，并且所述第二电场可以被驱动以执行，例如，从由选择热传递通道、清理来自热传递表面的燃烧产物、最大化到达热载体的热传递、使灰粉沉淀、最小化氮氧化物输出、和/或回收未燃烧的燃料组成的组中选择的至少一个。

所述至少一个第一电场可以被控制以驱动第一反应，并且所述至少一个第二电场可以被控制以驱动不同于所述第一反应的第二反应。所述第一反应和所述第二反应每个都可包括物理反应或化学反应。所述第一反应可包括，例如，从由涡流、混合、反应物碰撞能量、反应物碰撞频率、发光度、热辐射、和/或烟道气体温度组成的组中选择的至少一个。所述第二反应可包括，例如，从由引导热量到达热量传递表面、沉淀、驱动产生氮氧化物的反应达到最小的反应程度、和/或燃料粒子回收组成的组中选择的至少一个。

所述方法还可包括：响应于检测到至少一个输入变量来改变所述第一电场或第二电场中的至少一个。所述至少一个输入变量可包括，例如，燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、燃料类型、碳足迹值、和/或排放配额值。

所述加热体积可包括对应于所述第一部分的燃烧体积，以及对应于所述第二部分的热量传递区域或污染治理部分中的至少一个。

驱动所述第一电场和所述第二电场可包括传送第一驱动脉冲序列和第二驱动脉冲序列。传送第一驱动脉冲序列和第二驱动脉冲序列，可包括，从各自的传感器接收响应于所述加热体积的第一部分和第二部分中的物理状态或化学状态的第一输入变量和第二输入变量；以及执行各自的反馈或前馈控制算法以确定所述第一驱动脉冲序列和第二驱动脉冲序列的一个或多个参数。

驱动所述第一电场和所述第二电场可包括驱动相应的第一驱动波形和第二驱动波形。所述第一驱动波形和所述第二驱动波形可包括，例如，从由直流信号、交流信号、脉冲序列、脉冲宽度调制信号、脉冲高度调制信号、斩波信号、数字信号、离散电平信号、和/或模拟信号组成的组中选择的至少一个。

所述方法还可包括，提供被可操作地耦合以驱动所述第一电场和所述第二电场的电子控制器。所述电子控制器可被配置为选择所述第一电场和所述第二电场中的每一个的至少一个电场参数。

所述方法还可包括，使用在所述加热体积中各自的至少一个电极形成第一驱动电场和第二驱动电场。所述加热体积的第一部分可包括实际上大气压力的燃烧体积，所述燃烧体积包括至少一个燃烧器。所述第一电场和所述第二电场实质上可以是不重叠的。所述第一电场和所述第二电场可以被可操作地耦合到锅炉燃烧体积和烟囱的不同部分。所述第一电场和所述第二电场中的至少一个参数可以是相互依赖的。

所述方法还可包括，接收来自所述加热体积的至少一个反应值；计算响应于所述至少一个反应值的、所述第一电场的至少一个第一参数；以及计算响应于所述至少一个反应值和所述至少一个第一参数的、所述第二电场的至少一个第二参数。

所述方法还可包括，确定对所述加热体积的第一部分中的至少一个燃烧器的燃料流速度；响应于所述燃料流速度确定第一电场幅度和第一电场脉冲宽度中的至少一个；以及响应于第一电场幅度和第一电场脉冲宽度中的所述至少一个确定第二电场幅度和第二电场脉冲宽度中的至少一个。所述第二电场可以被配置成，例如，将未燃烧的碳氢化合物燃料回收至所述加热体积的第一部分中。

所述第一电场可被配置成驱动燃料的燃烧达到在所述加热体积的第一部分中支持的火焰中反应的程度。所述第二电场可被配置成将来自所述加热体积的第二部分所包含的烟道的燃料中的未燃烧的粒子回收回所述加热体积的第一部分以进一步燃烧。所述第一电场和所述第二电场实质上不直接相互作用。

根据实施例，一种用来控制包括至少一个支持火焰的燃烧器的燃烧系统中的多个电场的系统，包括，电子控制器，其被配置成产生至少第一电极驱动信号和第二电极驱动信号。至少一个第一电极，其被布置在燃烧器支持的火焰附近并被可操作地耦合以接收所述第一电极驱动信号。至少一个第二电极，其被布置在所述燃烧器支持的火焰的相对于所述至少一个第一电极远端处并被可操作地耦合以接收所述第二电极驱动信号。所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极中的至少一个可包括至少两个电极。

所述系统还可包括，至少一个第一传感器，其被布置成用来感测在所述燃烧器支持的火焰附近的状况并被可操作地耦合到所述电子控制器。所述至少一个第一传感器可被配置成感测所述火焰的燃烧参数。所述至少一个第一传感器可包括，例如，从由火焰发光度传感器、光电传感器、红外线传感器、燃料流传感器、温度传感器、燃料气体温度传感器、射频传感器、和/或流传感器组成的组中选择的至少一个。此外，或可选地，所述至少一个第一传感器包括位于所述火焰附近的传感器。

所述系统还可包括，至少一个第二传感器，其被布置成用来感测在所述燃烧器支持的火焰的远端处的状况并被可操作地耦合到所述电子控制器。所述至少一个第二传感器可包括位于所述火焰远端处的传感器。所述至少一个第二传感器可包括，例如，从由透射率传感器、粒子传感器、温度传感器、离子传感器、表面涂层传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、和/或氮氧化物传感器组成的组中选择的至少一个。

所述电子控制器还可包括被配置成接收至少一个输入变量的通信接口。所述电子控制器还可被配置成响应于所述至少一个输入变量确定所述第一电极驱动信号和所述第二电极驱动信号中的至少一个的至少一个参数。所述至少一个输入变量可包括，例如，从由燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、燃料类型、碳足迹模型、和/或排放配额值组成的组中选择的至少一个。

所述电子控制器还可被配置成产生燃料流控制信号和空气流控制信号中的至少一个。所述系统还可包括，阀门，其被可操作地耦合以接收所述燃料流控制信号并响应性地调整到所述燃烧器的燃料流速度。所述系统还可包括，鼓风机，其被可操作地耦合以接收所述空气流控制信号并响应性地调整到火焰的空气流速度。

所述电子控制器至少可包括被配置成提供所述第一电极驱动信号的第一电子控制器，以及被配置成提供所述第二电极驱动信号的第二电子控制器。所述第一电子控制器和所述第二电子控制器可以被可操作地彼此耦合。

根据实施例，一种外部燃烧系统包括，至少一个燃烧器，其被配置成支持布置在燃烧室中的至少一个火焰；至少一个第一电极，其被可操作地耦合到所述燃烧室并被配置成施加穿过所述至少一个火焰或从所述至少一个火焰附近穿过的第一时变电场；至少一个第二电极，其被可操作地耦合到被配置成接收来自所述燃烧室的热的气体的热交换体积；所述至少一个第二电极被配置成施加穿过所述热的气体或从所述热的气体附近穿过的第二时变电场。

所述外部燃烧系统还可包括，至少一个电极驱动电路，其被配置成驱动所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极以施加各自的第一时变电场和第二时变电场。所述第一时变电场和所述第二时变电场可具有不同的时间变化。所述第一时变电场的时间变化可被选择为使燃烧最大化。

在实施例中，所述热的气体可包括带电粒子，并且其中所述第二时变电场的时间变化可被选择为在至少一个第一方向上驱动所述带电粒子。在所述第一方向上驱动所述带电粒子也可在所述至少一个第一方向上推动所述热的气体中的至少一部分。

所述至少一个第一方向可入射到至少一个热传递表面上。所述至少一个第一方向可包括循环回至所述燃烧室。所述第二时变电场的时间变化可被选择为在所述至少一个第一方向上和至少一个第二方向上相继地驱动所述带电粒子。

在另一实施例中，所述热的气体可包括带电粒子，并且所述第二时变电场可被配置成从所述热的气体分离所述带电粒子。

所述外部燃烧系统还可包括，燃料传送系统，其被配置成向所述至少一个燃烧器传送燃料；热量传送系统，其被配置成接收来自所述热的气体的热量并向远程位置传送所述热量。在实施例中，可包括蒸汽涡轮，其可被配置成接收在所述远程位置的热量。在另一实施例中，可包括气体涡轮，其被配置成接收所述热的气体。

所述外部燃烧系统，其中所述至少一个燃烧器、所述至少一个第一电极、以及所述至少一个第二电极是强制空气加热系统的部分，还可包括被配置成向多个远程位置传送被加热的空气的一套空气管道。

附图说明

图1是根据一个实施方式的、说明被配置成从使用电场的加热体积的各自的部分选择两个或多个反应的燃烧系统的图；

图2是根据另一个实施方式的、说明被配置成从使用电场的加热体积的各自的部分选择两个或多个反应的燃烧系统的图；

图3是根据一个实施方式的、用于图1和图2中的系统的控制器的框图；

图4是根据一个实施方式的、示出用于保持在传感器反馈数据和电极输出信号之间的一个或多个可编程的说明性关系的方法的流程图；

图5是根据一个实施方式的、包括用来控制燃料、气流、以及在加热体积的各自的部分产生出的至少两个电场的控制器的燃烧系统的框图；

图6是根据一个实施方式的、使用多个控制器部分驱动来自燃烧系统部分的各自的反应的系统的图。

具体实施方式

在下面的详细的说明书中，对附图作出了参考，这些附图构成了本说明书的一部分。在附图中，除非在文中另作规定，否则相似的符号通常标识相同的部件。在详细的说明书、附图、以及权利要求中描述的说明性的实施方式不是旨在进行限制。可以使用不背离在此公开的主题的精神和范围的其他的实施方式，以及做出不背离在此公开的主题的精神和范围的其他的改变。

图1是根据一个实施方式的、说明被配置成从使用电场的加热体积106的各自的部分102、104选择两个或多个反应的燃烧系统101的图。

布置在加热体积106的第一部分102中的燃烧器108可被配置成支持火焰109。电子控制器110被配置成至少产生第一电极驱动信号和第二电极驱动信号。加热体积106的第一部分102可包括实际上大气压力的燃烧体积，该燃烧体积中包括一个或多于一个的燃烧器108。第一和第二电场以及加热体积106的第一和第二部分102、104可能是实际上非重叠的。例如，第一和第二电场可以分别在锅炉燃烧体积和烟囱中产生。根据其他的实施方式，加热体积106的第一和第二部分102、104可至少部分地重叠。

至少一个第一电极112可以被布置在由燃烧器108支持的火焰109的附近，并且被可选择地耦合到电子控制器110以通过第一电极驱动信号传输通路114接收第一电极驱动信号。第一电极驱动信号可以被配置成至少在加热体积106的第一部分102中产生第一电场配置。第一电场配置可以被选择为产生来自系统101的第一反应。

所述至少一个第一电极可包括许多物理配置。例如，燃烧器108可以被电绝缘并被驱动以形成至少一个第一电极。另外地或可选择地，所述至少一个第一电极112可能包括如图1中的图示说明的环状物或圆筒状物。

根据另一个实施方式，所述至少一个第一电极112可能包括保持横向于或垂直于由燃烧器108限定的流动区域的充电杆(比如由304型不锈钢制成的外直径为1/4英寸的管状物)。相对所述至少一个第一电极布置的一个或多个第二特征物(未示出)可能以在所述第一电极和所述一个或多个第二特征物之间形成的第一电场配置被可选择地保持在地电压或偏置电压上。可选地，至少一个第一电极可能包括至少两个第一电极，并且第一电场配置可能在至少两个第一电极之间形成。

不超出在此公开的限制，电场配置可能包括静态电场、脉冲电场、旋转电场、多轴电场、交流电场、直流电场、周期性电场、非周期性电场、重复电场、随机电场、或伪随机电场。

至少一个第二电极116可被布置在相对于所述至少一个第一电极112的、由燃烧器108支持的火焰109的远端处。所述至少一个第二电极116可以被可选择地连接到电子控制器110以通过第二电极驱动信号传输通路118接收第二电极驱动信号。第二电极驱动信号可以被配置成在加热体积106的第二部分104中产生第二电场配置。第二电场配置可以被选择用来产生来自系统101的第二反应。

第一反应可能被限制为在加热体积106的第一部分102中发生的反应，而第二反应可能被限制为在加热体积106的第二部分104中发生的反应。第一和第二反应可能与加热体积106的第一和第二部分102、104中存在的第一和第二种类的离子物质的各自的反应有关。

例如，至少一个第一电极112可以被驱动以产生加热体积106的第一部分102中的第一电场，该第一电场被选择用来驱动火焰109内部和其附近的燃烧达到比没有电场时能达到的反应程度更强烈的反应程度。例如，至少一个第二电极116可以被驱动以在加热体积106的第二部分104中产生第二电场，该第二电场被选择用来驱动来自加热体积的热量传递达到比没有电场时能达到的热量传递的量更高的量。

图2是根据另一个实施方式的、说明被配置成从使用电场的加热体积106的各自的部分102、104选择两个或更多个反应的燃烧系统201的图。

图1和图2中的系统实施方式可以被配置成使得第一电极和第二电极中的至少一个包括至少两个电极。例如，在图2中示出的系统201中，加热体积106的第一部分102的电极可包括被配置为环形电极的第一电极部分112a，以及被配置为燃烧器电极的第二电极部分112b。电极部分112a、112b可以通过各自的第一电极驱动信号传输通路114a、114b驱动。

至少一个第一传感器202可以被布置以感测由燃烧器108支持的火焰109附近的状况。第一传感器202可通过第一传感器信号传输通路204被可操作地耦合到电子控制器。第一传感器202可被配置成感测火焰109的燃烧参数。例如，第一传感器202可能包括一个或多个火焰发光度传感器、光电传感器、红外线传感器、燃料流传感器、温度传感器、燃料气体温度传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、射频传感器、和/或气流传感器。

至少一个第二传感器206可被布置以感测由燃烧器108支持的火焰109远端的状况，并且可通过第二传感器信号传输通路208被可操作地耦合到电子控制器110。至少一个第二传感器206可被布置以感测与加热体积106的第二部分104中的状况相对应的参数。例如，对于所述第二部分104包括污染治理区域的实施方式，第二传感器可以感测与加热体积106的第二部分104中存在的灰粉数量相对应的光透射率。根据各种实施方式，第二传感器206可能包括一个或多个透射率传感器、粒子传感器、温度传感器、离子传感器、表面涂层传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、和氮氧化物传感器。

根据一个实施方式，第二传感器206可被配置成检测未燃烧的燃料。所述至少一个第二电极116可以被配置成在被驱动时强制未燃烧的燃料向下并回到加热体积106的第一部分102。例如，未燃烧的燃料可能带正电荷。当第二传感器206在第二传感器信号传输通路208上向控制器110传输信号时，控制器可以将第二电极116驱动至带正电的状态以排斥未燃烧的燃料。加热体积106中的流体流可被由至少一个第二电极116和/或至少一个第一电极112形成的电场驱动以指引未燃烧的燃料向下并进入第一部分102，在那里未燃烧的燃料可以进一步被火焰109氧化，从而提高了燃料经济性和减少了排放。

可选择地，控制器110可以驱动所述至少一个第一电极的第一部分112a和/或所述至少一个第一电极的第二部分112b，以便与所述至少一个第二电极116配合工作。根据一些实施方式，这样配合工作可以驱动未燃烧的燃料比由所述至少一个第二电极116单独作用更有效地向下。例如，到达电极116、112a、112b的一系列脉冲可以使未燃烧的燃料接力式地向下。接力的第一部分可能包括所述至少一个第二电极116被驱动为正，而所述至少一个第一电极的第一部分112a被驱动为负。这样配置可把带正电的未燃烧燃料粒子从所述至少一个第二电极116附近驱动至所述至少一个第一电极的第一部分112a附近。那么，当未燃烧的燃料粒子在所述至少一个第一电极的第一部分112a附近时，那部分112a可以被允许悬空，并且所述至少一个第一电极的第二部分112b可被驱动为负，因此继续推进燃料粒子向下并进入火焰109。

控制器110可能包括被配置成接收至少一个输入变量的通信接口210。图3是控制器110的说明性的实施方式301的方框图。控制器110可驱动第一电极驱动信号传输通路114a和114b以产生第一电场，所述第一电场的特性被选择为在第一加热体积部分102中提供至少一个第一影响。控制器可包括波形发生器304。波形发生器304可被布置在控制器110的内部或可以位于与控制器110的其余部分分开的位置。波形发生器304中的至少一些部分可以可选择地分布于电子控制器110的其他部件(比如微处理器306和储存器电路308)上。可选的传感器接口310、通信接口210、以及安全接口312能通过计算机总线314被可操作地耦合到微控制器306和储存器电路308。

逻辑电路，比如微处理器306和储存器电路308能确定要通过第一电极驱动信号传输通路114a、114b传输到第一电极的电脉冲或波形的参数。第一电极反过来产生第一电场。电脉冲或波形的参数可以被写进波形缓存316。波形缓存中的内容能随后被脉冲发生器318用来产生对应电脉冲序列或波形的低电压信号322a、322b。例如，微处理器306和/或脉冲发生器318可以使用直接的数字合成来合成低电压信号。可选择地，微处理器可以向波形缓存316中写入对应波形原始数据的变量值。脉冲发生器318可包括可操作地运行把所述变量值结合进数字输出的算法的第一源，以及在数字输出上执行数模转换的第二源。

一个或多个输出被放大器320a和320b放大。被放大的输出被可操作地连接到第一电极信号传输通路114a、114b。所述放大器可包括可编程的放大器。所述放大器可以根据出厂设置、现场设置、通过通信接口210接收到的参数、一个或多个操作人员的控制、和/或在算法上被编程。另外地或可选择地，放大器320a、320b可包括一个或多个实质上恒定的增益级，并且低电压信号322a、322b能被驱动成可变幅度。可选择地，输出能被固定并且加热体积部分102、104能以具有可变增益的电极来驱动。

在电极信号传输通路114a、114b上输出的脉冲序列或驱动波形可包括直流信号、交流信号、脉冲序列、脉冲宽度调制信号、脉冲高度调制信号、斩波信号、数字信号、离散电平信号、和/或模拟信号。

根据实施方式，在控制器110内、在外部源(比如主计算机或服务器)(未示出)中、在传感器子系统(未示出)中的反馈过程，或分布在控制器110、外部源、传感器子系统、和/或其他共同运行的电路和程序上的反馈过程可以控制第一电极112a、112b和/或第二电极116。例如，所述反馈过程能响应于由所述至少一个第一电极检测到的增益或由电场驱动的反应率而在所述至少一个第一电极信号传输通路114a、114b上提供可变的幅度或电流信号。

传感器接口310能接收或产生与加热体积106的第一部分102中的测量情况成正比关系(或反比关系、几何关系、积分关系、微分关系、等等关系)的传感器数据(未示出)。

传感器接口310可响应加热体积106的第一和第二部分102、104中的物理和化学状况从各自的传感器202、206接收第一和第二输入变量。控制器110可以执行反馈或前馈控制算法以确定用于第一和第二驱动脉冲序列的一个或多个参数，例如，所述参数可以表示为波形缓存316中的值。

可选择地，如在下面将被更全面描述的，控制器110可包括流控制信号接口324。所述流控制信号接口能被用来产生用于控制通过燃烧系统的燃料流和/或空气流的流速控制信号。

根据一个实施方式，在图4中示出了说明用于维持在传感器数据和低电压信号322a、322b之间的一个或多个说明性关系的方法401的流程图。例如，一个或多个说明性的关系可能包括一个或多个可编程的关系。

在步骤402，从传感器接口310接收传感器数据。传感器数据可以被暂存在缓存中，或可选择地被写入储存器电路308。传感器数据的一个或多个目标值可以作为参数阵列404被保存在储存器电路308的一部分中。进行到步骤406，被接收到的传感器数据与参数阵列404中的一个或多个对应值进行比较。

在步骤408，传感器数据和一个或多个对应参数值之间的至少一个差值被输入到波形选择器，在步骤410中，波形选择器的输出被加载到波形缓存316中。

根据一些实施方式，所述第一和第二电场的至少一个参数可能是相互依赖的。因此，所述参数阵列可能加载有传感器相对于目标值的和被相互决定的电场波形的多个多变量函数。例如，参照图3，控制器110能接收来自加热体积106的至少一个反应值。微处理器306可响应于所述至少一个反应值计算第一电场的至少一个第一参数，以及可响应于所述至少一个反应值和所述至少一个第一参数计算第二电场的至少一个第二参数。

在其他实施方式中，在燃烧体积106的第一和第二部分102、104中的第一和第二电场实质上不直接相互作用。在这些情况下(以及在某些实施方式中，在其他情况下)，参数阵列404可包括不是相互决定的波形参数。

再次参照图4，参数阵列404还可包括燃料流速度和/或一个或多个作为燃料流速度的函数被选择和加载到参数阵列404中的波形参数。

步骤408可包括响应于燃料流速度确定第一电场幅度和/或第一电场脉冲宽度，以及响应于第一电场幅度和第一电场脉冲宽度中的至少一个确定第二电场幅度和第二电场脉冲宽度中的至少一个。

例如，过程401可按系统时标间隔(tickinterval)被重复。

控制器110可响应于至少一个输入变量确定第一和第二电场驱动信号中的至少一个的至少一个参数。例如，所述至少一个输入变量可能包括燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、和/或燃料类型中的一个或多个。

控制器110还可能被配置成控制到燃烧器108的填充速度。例如，参照图5，控制器110能在空气填充速度控制信号传输通路502上产生空气填充速度控制信号以变化地驱动风扇或折流板等504。燃烧器从而可以接收更多或更少的、可控制火焰109猛烈程度的氧气(或其他等效物)。类似地，控制器110能在燃料填充控制信号传输通路506上产生燃料填充(速度、混合等)控制信号。燃料填充控制信号传输通路506可将控制器110耦合到控制装置508。例如，控制装置508可包括用于调整到燃烧器108的燃料流速度的阀门。

图5还根据其中这些部分中的一个包括燃料传送装置510的实施方式，说明了被配置成在加热体积的各自的部分中产生至少两个电场的燃烧系统501。严格地说，燃料传送装置510不必是在加热体积的字面意义上被加热部分104中，但是为了简化描述，加热体积将被理解成扩展至与燃料传送装置510相对应的部分104。

燃料传送装置510能被配置成接收来自一个或多个电极512的电场，所述一个或多个电极512被耦合以通过电极驱动信号传输通路514接收来自控制器110的相应电极驱动信号。产生的穿过燃料传送装置510的电场可以被驱动以恰好在燃烧前“裂化”或活化燃料。为了减少燃料离开燃烧器108之前的再结合，在相对靠近燃烧器108的地方施加燃料传送装置电场可能是有利的。例如，燃料传送装置510可能包括填充燃烧器108的陶瓷燃烧器主体。一个或多个电极512可包括被埋入陶瓷燃烧主体里的导体；可包括具有穿过陶瓷燃烧器主体的法线的、相对的盘状物；可包括通过包含被屏蔽的电极传输通路的组合装置悬于燃料流通路上的电极端头；可包括环状物或圆筒状物；和/或，可包括以可选的单极电晕器(corotron)或双极电晕器(scorotron)形式的电晕器导线或网格。

图6是根据一个实施方式的，使用多个控制器部分602、604、606、620来驱动燃烧系统601中的加热体积106的部分102、104、610、618的各自的反应的系统的图。控制器部分602、604、606、620可以被实际上布置在控制器110内。可选择地，控制器部分602、604、606、620可以是分布式的，例如使得其在它们各自的加热体积部分102、104、610、618附近。

控制器部分602、604、606、620中的一些或全部可实际上包括对应于图3中的框图301的控制器110的相关整体。可选择地，参照图3，控制器功能中的一些部分能被集成到一个或多个共享源中，并且控制器功能的其他部分能被分布在控制器部分602、604、606、620中。例如，根据一个实施方式，每个控制器部分602、604、606、620可包括波形发生器304，而同时控制器110的其他部分，比如微处理器306、储存器电路308、传感器接口310、安全接口312、总线314、通信接口210、以及流控制信号接口324被布置在控制器110中的公共源中。

回到图6，电极112a、112b、以及112c可被控制器部分602通过各自的电极驱动信号传输线114a、114b、114c驱动。电极112a、112b、以及112c可以被布置以在其中有燃烧器108支持的火焰109的加热体积106的第一部分102中形成被调整的电场。所述电场可以被驱动以提供涡流和/或以其他方式加速在火焰109内部或附近的燃烧。对通过电极112a、112b、以及112c产生的电场的至少一个反应也能被电极202a、202b、202c感测到。电场驱动电极112a也因此可以被称作电场传感器202a。类似地，电场驱动电极/传感器112b、202b以及112c、202c也能被同时用于电场的驱动和感测。类似地，电极驱动信号传输通路114a、114b、114c中的至少一些部分还可充当各自的传感器信号传输通路204a、204b、204c。

第二个控制器部分604能通过电极驱动信号传输通路118来驱动被布置在加热体积106的第二部分104中的电极116。根据一个实施方式，电极116能被配置为在被配置成在热电偶结206(未示出)处的壁，其用来去除从加热体积106的第一部分102离开的被加热的且仍离子化的气体的热量。传感器信号传输通路208可被耦合到在热电偶结206(未示出)处的热交换器壁的一部分。例如，来自传感器信号传输通路118的反馈可以被用于控制进入热交换器的水流速度和/或控制到达火焰109的气流。

因此，燃烧器系统601可为被配置成根据需求以可变速度进行加热的可变输出锅炉提供功能。当然，为了适于满足持续的和/或不断涌现的需求，燃烧器108可包括多个燃烧器，其使用被提供给多个燃烧器108的燃料流。

第三个控制器部分606可驱动被布置在加热体积106的第三部分610的电极608a、608b、608c、608d。第三控制器部分606可通过各自的电极驱动信号传输通路612a、612b、612c、612d驱动电极608a、608b、608c、608d。电极608a、608b、608c、608d可被配置为可操作地捕获灰粉、灰尘、和/或来自通过加热体积部分610的其他不需要的烟道气体成分的静电除尘板。

可选地，传感器614能通过传感器信号传输通路616向控制器部分606传送传感器信号。传感器614可被配置成感测从加热体积部分610回收气体回到第一加热体积部分102以进一步加热和燃烧的需求的状态指示。例如，传感器614可包括被配置成检测加热体积部分610中的未燃烧燃料存在的波谱仪。

在通过传感器信号传输通路616接收到来自传感器614的信号之后，控制器部分606可立刻设置电极608a、608b、608c、608d的极性以将在加热体积部分610中存在的离子物质向下驱动并回到火焰109附近。在加热体积部分610中的气体中存在的气体粒子和不带电燃料粒子可被离子物质悬浮夹带。可选择地，实质上在加热体积部分610中的所有燃料粒子能保留电荷并被电极608a、608b、608c、608d提供的电场直接驱动。

如前面所述的加热体积106的第四部分618，可以被认为是在此常规使用的加热体积部分，而不是可对应燃料填充装置510的字面意义上的加热体积部分。控制器部分620可通过电极驱动信号传输通路514驱动被布置在燃料填充装置510附近的电极512来活化燃料，如前面结合图5描述的。

燃料离子化检测器622可被布置成感测从燃料传送装置510到达燃烧器108和火焰109的燃料流的离子化程度，并且通过传感器信号传输通路624向控制器部分620传输相应的传感器信号。被感测到的信号可用来选择幅度、频率、和/或通过电极驱动信号传输通路514从控制器部分620传送到电极512的其他波形特性。

本领域的技术人员将要了解的是，前面具体的示例性的过程和/或装置和/或技术是本文中其他地方(比如所提交的权利要求和/或本申请的其他地方)讲述的更具通用性的过程和/或装置和/或技术的代表。

虽然已经在此公开了多个方面和多个实施方式，其他的方面和实施方式也能被考虑。在此公开的多个方面和多个实施方式是用于说明目的并且不是旨在进行限制，真正的范围和精神由下面的权利要求指明。

Claims (56)

1.一种从燃烧系统选择两个或更多个反应的方法，包括：

在包括了燃烧期间产生的带电物质的加热体积的第一部分中驱动至少一个第一电场；以及

在所述加热体积的第二部分中驱动至少一个第二电场；以及

其中所述至少一个第一电场被控制以驱动第一反应，并且所述至少一个第二电场被控制以驱动不同于所述第一反应的第二反应。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述加热体积的第一部分对应于至少一个燃烧反应区域，并且所述加热体积的第二部分对应于从由热传递区域、污染治理部分、以及燃料传送部分组成的组中选择的至少一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场被驱动以最大化燃烧效率，并且所述第二电场被驱动以执行从由选择热传递通道、清理来自热传递表面的燃烧产物、最大化到达热载体的热传递、使灰粉沉淀、最小化氮氧化物输出、以及回收未燃烧的燃料组成的组中选择的至少一个。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一反应和所述第二反应每个都包括物理反应或化学反应。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一反应包括从由涡流、混合、反应物碰撞能量、反应物碰撞频率、发光度、热辐射、以及烟道气体温度组成的组中选择的至少一个。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二反应包括从由引导热量到达热量传递表面、沉淀、驱动产生氮氧化物的反应达到最小的反应程度、以及燃料粒子回收组成的组中选择的至少一个。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

响应于检测到至少一个输入变量来改变所述第一电场或第二电场中的至少一个。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述至少一个输入变量包括燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、燃料类型、碳足迹值和排放配额值。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述加热体积包括对应于所述第一部分的燃烧体积，以及对应于所述第二部分的热量传递区域或污染治理部分中的至少一个。

10.如权利要求1所述的方法，其中驱动所述第一电场和所述第二电场包括传送第一驱动脉冲序列和第二驱动脉冲序列。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

从各自的传感器接收响应于所述加热体积的第一部分和第二部分中的物理状态或化学状态的第一输入变量和第二输入变量；以及

执行各自的反馈或前馈控制算法以确定所述第一驱动脉冲序列和第二驱动脉冲序列的一个或多个参数。

12.如权利要求1所述的方法，其中驱动所述第一电场和所述第二电场包括驱动相应的第一驱动波形和第二驱动波形。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一驱动波形和所述第二驱动波形包括从由直流信号、交流信号、脉冲序列、脉冲宽度调制信号、脉冲高度调制信号、斩波信号、数字信号、离散电平信号、以及模拟信号组成的组中选择的至少一个。

14.如权利要求1所述的方法，还包括：

提供被可操作地耦合以驱动所述第一电场和所述第二电场的电子控制器。

15.如权利要求1所述的方法，还包括：

提供被配置成为所述第一电场和所述第二电场中的每一个选择至少一个电场参数的电子控制器。

16.如权利要求1所述的方法，还包括：

使用在所述加热体积中各自的至少一个电极形成第一驱动电场和第二驱动电场；

其中所述加热体积的第一部分包括实质上大气压力的燃烧体积，所述燃烧体积包括至少一个燃烧器。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场和所述第二电场实质上是不重叠的。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场和所述第二电场被可操作地耦合到锅炉燃烧体积和烟囱的不同部分。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场和所述第二电场中的至少一个参数是相互依赖的。

20.如权利要求1所述的方法，还包括：

接收来自所述加热体积的至少一个反应值；

计算响应于所述至少一个反应值的、所述第一电场的至少一个第一参数；以及

计算响应于所述至少一个反应值和所述至少一个第一参数的、所述第二电场的至少一个第二参数。

21.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定对所述加热体积的第一部分中的至少一个燃烧器的燃料流速度；

响应于所述燃料流速度确定第一电场幅度和第一电场脉冲宽度中的至少一个；以及

响应于第一电场幅度和第一电场脉冲宽度中的所述至少一个确定第二电场幅度和第二电场脉冲宽度中的至少一个。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述第二电场被配置成将未燃烧的碳氢化合物燃料回收至所述加热体积的第一部分中。

23.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场被配置成驱动燃料的燃烧达到在所述加热体积的第一部分中支持的火焰中反应的程度；并且其中所述第二电场被配置成将来自所述加热体积的第二部分所包含的烟道的燃料中的未燃烧的粒子回收回所述加热体积的第一部分以进一步燃烧。

24.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电场和所述第二电场实质上不直接相互作用。

25.一种用来控制包括至少一个支持火焰的燃烧器的燃烧系统中的多个电场的系统，包括：

电子控制器，其被配置成产生至少第一电极驱动信号和第二电极驱动信号；

至少一个第一电极，其被布置在燃烧器支持的火焰附近并被可操作地耦合以接收所述第一电极驱动信号；以及

至少一个第二电极，其被布置在所述燃烧器支持的火焰的相对于所述至少一个第一电极远端处并被可操作地耦合以接收所述第二电极驱动信号。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极中的至少一个包括至少两个电极。

27.如权利要求25所述的系统，还包括：

至少一个第一传感器，其被布置成用来感测在所述燃烧器支持的火焰附近的状况并被可操作地耦合到所述电子控制器。

28.如权利要求27所述的系统，其中所述至少一个第一传感器被配置成感测所述火焰的燃烧参数。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述至少一个第一传感器包括从由火焰发光度传感器、光电传感器、红外线传感器、燃料流传感器、温度传感器、燃料气体温度传感器、射频传感器、以及流传感器组成的组中选择的至少一个。

30.如权利要求27所述的系统，其中所述至少一个第一传感器包括位于所述火焰附近的传感器。

31.如权利要求25所述的系统，还包括：

至少一个第二传感器，其被布置成用来感测在所述燃烧器支持的火焰的远端处的状况并被可操作地耦合到所述电子控制器。

32.如权利要求31所述的系统，其中所述至少一个第二传感器包括位于所述火焰远端处的传感器。

33.如权利要求31所述的系统，其中所述至少一个第二传感器包括从由透射率传感器、粒子传感器、温度传感器、离子传感器、表面涂层传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、以及氮氧化物传感器组成的组中选择的至少一个。

34.如权利要求25所述的系统，其中所述电子控制器还包括被配置成接收至少一个输入变量的通信接口。

35.如权利要求34所述的系统，其中所述电子控制器还被配置成响应于所述至少一个输入变量确定所述第一电极驱动信号和所述第二电极驱动信号中的至少一个的至少一个参数。

36.如权利要求35所述的系统，其中所述至少一个输入变量包括从由燃料流速度、电需求、蒸汽需求、涡轮需求、燃料类型、碳足迹模型、以及排放配额值组成的组中选择的至少一个。

37.如权利要求25所述的系统，其中所述电子控制器还被配置成产生燃料流控制信号和空气流控制信号中的至少一个。

38.如权利要求37所述的系统，还包括：

阀门，其被可操作地耦合以接收所述燃料流控制信号并响应性地调整到所述燃烧器的燃料流速度。

39.如权利要求37所述的系统，还包括：

鼓风机，其被可操作地耦合以接收所述空气流控制信号并响应性地调整到火焰的空气流速度。

40.如权利要求25所述的系统，其中所述电子控制器至少包括被配置成提供所述第一电极驱动信号的第一电子控制器，以及被配置成提供所述第二电极驱动信号的第二电子控制器。

41.如权利要求40所述的系统，其中所述第一电子控制器和所述第二电子控制器被可操作地彼此耦合。

42.一种外部燃烧系统，包括：

至少一个燃烧器，其被配置成支持布置在燃烧室中的至少一个火焰；

至少一个第一电极，其被可操作地耦合到所述燃烧室并被配置成施加穿过所述至少一个火焰或从所述至少一个火焰附近穿过的第一时变电场；

至少一个第二电极，其被可操作地耦合到被配置成接收来自所述燃烧室的热的气体的热交换体积；所述至少一个第二电极被配置成施加穿过所述热的气体或从所述热的气体附近穿过的第二时变电场。

43.如权利要求42所述的外部燃烧系统，还包括：

至少一个电极驱动电路，其被配置成驱动所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极以施加各自的第一时变电场和第二时变电场。

44.如权利要求42所述的外部燃烧系统，其中所述第一时变电场和所述第二时变电场具有不同的时间变化。

45.如权利要求44所述的外部燃烧系统，其中所述第一时变电场的时间变化被选择为使燃烧最大化。

46.如权利要求44所述的外部燃烧系统，其中所述热的气体包括带电粒子，并且其中所述第二时变电场的时间变化被选择为在至少一个第一方向上驱动所述带电粒子。

47.如权利要求46所述的外部燃烧系统，其中在所述第一方向上驱动所述带电粒子也在所述至少一个第一方向上推动了所述热的气体中的至少一部分。

48.如权利要求46所述的外部燃烧系统，其中所述至少一个第一方向入射到至少一个热传递表面上。

49.如权利要求46所述的外部燃烧系统，其中所述至少一个第一方向包括循环回至所述燃烧室的方向。

50.如权利要求46所述的外部燃烧系统，其中所述第二时变电场的时间变化被选择为在所述至少一个第一方向上和至少一个第二方向上相继地驱动所述带电粒子。

51.如权利要求42所述的外部燃烧系统，其中所述热的气体包括带电粒子，并且其中所述第二时变电场被配置成从所述热的气体分离所述带电粒子。

52.如权利要求42所述的外部燃烧系统，还包括：

燃料传送系统，其被配置成向所述至少一个燃烧器传送燃料。

53.如权利要求42所述的外部燃烧系统，还包括：

热量传送系统，其被配置成接收来自所述热的气体的热量并向远程位置传送所述热量。

54.如权利要求53所述的外部燃烧系统，还包括：

蒸汽涡轮，其被配置成接收在所述远程位置的热量。

55.如权利要求42所述的外部燃烧系统，还包括：

气体涡轮，其被配置成接收所述热的气体。

56.如权利要求42所述的外部燃烧系统，其中所述至少一个燃烧器、所述至少一个第一电极、以及所述至少一个第二电极是强制空气加热系统的部分；并且还包括：

被配置成向多个远程位置传送被加热的空气的一套空气管道。