CN107923613A - 穿孔火焰保持器的部分转变的火焰启动 - Google Patents

穿孔火焰保持器的部分转变的火焰启动 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃烧系统，所述燃烧系统包括穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器被配置成基本上在其输入面和输出面之间保持主燃烧反应。主燃料喷嘴被定位成朝向所述输入面发射主燃料流。点火器组件被配置成在所述主燃料喷嘴和所述穿孔火焰保持器之间点燃由所述主燃料流支撑的预热火焰，并且可选地控制所述预热火焰对所述燃料流的点燃程度。在所述燃烧系统的启动期间，所述穿孔火焰保持器由所述预热火焰预热。当所述火焰保持器达到启动温度时，所述预热火焰从完全地点燃所述燃料流转换成部分地点燃所述燃料流，从而允许燃料和氧化剂到达所述火焰保持器。在所述预热火焰燃烧时，火焰在所述火焰保持器中被点燃。然后释放所述预热火焰。

Description

穿孔火焰保持器的部分转变的火焰启动
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月14日提交的名称为“PARTIALLY TRANSITIONED FLAMESTART-UP OF A PERFORATED FLAME HOLDER”的美国临时专利申请No.62/218,462(代理人案卷号2651-252-02)的优先权权益；该申请在不抵触本文的公开内容的程度上以引用方式并入。
背景技术
燃烧系统被用作许多商业、工业、住宅和基于消费者的系统的部件。一些燃烧系统被设计用于基本上连续的操作，而其他系统循环操作，或者定期关闭。一旦冷却，用于重新启动燃烧系统的各种程序便从住宅炉中采用的非常简单的程序显著地改变为在大型工业炉的启动中实施的极其复杂的程序等。
另外，大多数燃烧系统设置有安全系统，该安全系统被配置成检测例如系统中火焰的损失，并且自动关闭系统，包括闭合向受影响的系统供给燃料的任何燃料阀。
发明内容
根据一个实施方案，提供了燃烧系统，该燃料系统包括主火焰保持器，该主火焰保持器被配置成基本上在其输入面和输出面之间保持主燃烧反应。主燃料喷嘴被定位和配置成朝向输入面发射主燃料流。提供了点火器组件，该点火器组件被配置成在主燃料喷嘴和主火焰保持器之间点燃由主燃料流支撑的预热火焰，并且可选地控制预热火焰中燃料流的点燃程度。
根据一个实施方案，主火焰保持器是穿孔火焰保持器，该穿孔火焰保持器具有在输入面和输出面之间延伸的多个孔，并且被配置成将大部分主燃烧反应基本上保持在多个孔内。
根据一个实施方案，每个点火器组件被配置成在点燃燃料以支撑预热火焰和不点燃燃料以释放预热火焰之间可选地转换，从而允许燃料和助燃空气到达主火焰保持器以用于燃烧。任选地，每个点火器组件或多个点火器组件可被配置成协作以在主燃料喷嘴和主火焰保持器之间在沿着燃料流的位置之间可选地转换预热火焰燃点。
根据一个实施方案，点火器组件包括第一引燃喷嘴和第二引燃喷嘴，每个引燃喷嘴被配置成发射相应引燃燃料流以支撑相应引燃火焰。第一引燃喷嘴和第二引燃喷嘴被定位成使得在预热火焰由第一引燃火焰和第二引燃火焰保持时，预热火焰完全地点燃主燃料流。然而，在预热火焰由引燃火焰中的仅一者保持时，预热火焰仅部分地点燃主燃料流。
根据另一个实施方案，点火器组件包括引燃喷嘴，该引燃喷嘴被配置成发射引燃燃料流并且支撑引燃火焰。引燃喷嘴的位置可选地在第一位置和第二位置之间切换，在该第一位置中引燃火焰保持预热火焰以便完全地点燃主燃料流，在该第二位置中引燃火焰保持预热火焰以便部分地点燃主燃料流。
根据一个实施方案，燃烧系统包括控制器，该控制器被配置成控制点火器组件以保持预热火焰来在主火焰保持器的温度低于阈值温度时完全地点燃主燃料流，并且保持预热火焰来在主火焰保持器的温度高于阈值温度时部分地点燃主燃料流。控制器被进一步配置成控制点火器组件以在主火焰保持器的温度高于阈值温度时完全地释放预热火焰，使得燃料和助燃空气到达主火焰保持器并且燃烧反应由主火焰保持器保持。
根据一个实施方案，燃烧系统包括一个或多个火焰传感器，该火焰传感器被配置成产生指示燃烧系统中存在或不存在火焰的相应传感器信号。控制器被配置成接收一个或多个传感器信号，并且在燃烧系统中不存在火焰的情况下停止从主喷嘴发射主燃料流。
根据一个实施方案，提供了用于燃烧系统的启动程序，包括从主燃料喷嘴向主火焰保持器发射主燃料流，并且通过点燃并保持与主燃料流的完全点燃对应的预热火焰来预热主火焰保持器。在主火焰保持器的温度达到阈值温度之后，控制预热火焰以仅部分地点燃主燃料流，从而允许主燃料流的一部分到达主火焰保持器。主燃烧反应在主火焰保持器中被点燃并且由主燃料流的到达火焰保持器的部分支撑。一旦主燃烧反应被点燃，预热火焰便被完全地释放以允许基本上所有燃烧反应在主火焰保持器中发生。
附图说明
图1A-图1C为根据一个实施方案的燃烧系统的简化图解视图，其示出处于相应操作模式下的燃烧系统。
图2为根据一个实施方案的燃烧器系统的简化图，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。
图3为根据一个实施方案的图1和图2的穿孔火焰保持器的一部分的侧面剖面图。
图4为根据一个实施方案的示出用于操作包括本文示出和描述的穿孔火焰保持器的燃烧器系统的方法的流程图。
图5为根据另一个实施方案的燃烧系统的简化图，该燃烧系统被配置成根据与本文参考图1A-图1C所述的那些原理类似的原理进行操作。
图6为根据一个实施方案的燃烧系统的图解视图，其示出处于预热操作模式下的系统。
图7A和图7B为根据一个实施方案的处于相应操作模式时的燃烧系统的图解表示。
图8为根据一个实施方案的示出用于燃烧系统的启动过程的流程图，该燃烧系统诸如以各种燃烧系统配置实施，包括本文参考图1A-图1C、图5、图6、图7A和图7B所述的系统。
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。
如说明书和权利要求中所用，术语燃料流被广义地理解为燃料的料流；燃料和氧化剂；燃料、氧化剂和/或其他反应物、稀释剂、惰性流体等。燃料流的一些或全部非燃料组分可与燃料预混合并从喷嘴发射，或者可在其离开喷嘴时被燃料流挟带。
图1A-图1C为根据一个实施方案的燃烧系统100的图解视图，其示出处于相应操作模式下的燃烧系统。燃烧系统100的对于理解所公开的原理不是必需的许多元件从该描述中省去，包括火焰保持器支撑结构和限定燃烧体积的其他元件，所公开和描述的元件中的许多将会在系统操作期间定位在该燃烧体积内。
燃烧系统100包括穿孔火焰保持器102、主燃料喷嘴104、启动火焰稳定组件106，以及任选地，控制器108。启动火焰稳定组件106可包括根据一个实施方案的点火器组件106。
点火器组件106可包括第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b、第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b，以及任选地，第一火焰传感器112a和第二火焰传感器112b。主喷嘴104经由燃料管线114和主燃料阀116联接到燃料源。第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b分别经由燃料管线114以及第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b联接到燃料源。对于使用自动控制的实施方案，主燃料阀116以及第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b的相应控制端子经由控制线120联接到控制器108，而第一火焰传感器112a和第二火焰传感器112b的信号输出端子经由信号传输线122联接到控制器108。第一火焰传感器112a被定位和配置成产生对应于由穿孔火焰保持器102保持的火焰的存在或不存在的信号，而第二火焰传感器112b被定位和配置成产生对应于位于主喷嘴104和穿孔火焰保持器102之间的火焰存在或不存在的信号。根据一个实施方案，控制器108被配置成部分地基于系统中可检测火焰的存在来控制燃烧系统100的操作。具体地讲，相对于图1A-图1C的实施方案，如果第一火焰传感器112a或第二火焰传感器112b均未产生指示火焰存在的信号，则控制器108可被配置成闭合所有燃料供应阀并且关闭系统100的操作。
第一火焰传感器112a和第二火焰传感器112b可以是大量已知类型的火焰传感器中的任何一种。下面参考图2提供已知类型的火焰传感器112a、112b的部分列表。紫外线传感器是适合于图1A-图1C的实施方案的配置的一种类型的火焰传感器112a、112b的示例。紫外线传感器产生与所选波段内的紫外线辐射的强度水平对应的电压信号。通过评估传感器的输出信号，可以推断在传感器范围内存在火焰。
图1A示出处于正常操作模式下的燃烧系统100。在正常操作期间，燃烧系统100被配置成根据特定应用的设计参数来执行。例如，燃烧系统100可在锅炉、熔炉或窑中作为热源操作，以驱动化学过程，燃烧废气等。
主喷嘴104被配置成接收来自燃料源的燃料流并且向穿孔火焰保持器102发射燃料流124。燃烧反应126由燃料流124支撑并且由火焰保持器102保持(根据各种实施方案，穿孔火焰保持器102的结构和操作的细节在下文参考图2-图4描述)。
控制器108被配置成控制主燃料阀116以调节主喷嘴104的操作，并且控制第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b以调节第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b的操作，如参考图1B和图1C更详细地描述。在处于正常操作模式下的操作期间，第一火焰传感器112a通过产生对应信号而对主燃烧反应126的存在做出响应。如果控制器108根据来自第一火焰传感器112a和第二火焰传感器112b中的一个或两个的信号未能检测到火焰，则控制器108闭合主燃料阀116以及第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b，否则可能在燃烧系统100内积聚未燃烧的燃料，从而产生潜在的危险状况。
当处于其中燃烧反应126由穿孔火焰保持器102保持的正常操作模式下时，控制器108从第一火焰传感器112a接收指示存在燃烧反应126的信号，并且因此继续通过保持主燃料阀116打开而实现燃烧系统100的操作。同时，控制器108可被配置成在第一引燃燃料控制阀118a和第二引燃燃料控制阀118b的输入端子处产生禁用信号，将两个阀保持在选择为避免主燃料喷嘴104和穿孔火焰保持器102之间的燃料和氧化剂124的点燃的闭合或低幅度火焰配置中。
通常，在处于正常操作模式下的操作之前，穿孔火焰保持器102被预热到启动温度TS。图1B示出处于预热模式下的燃烧系统100，而图1C示出根据一个实施方案的处于转变模式下的系统。
当处于预热模式下时，控制器108可被配置成控制启动火焰稳定组件106以将预热火焰132保持在喷嘴104和穿孔火焰保持器102之间，如图1B所示。根据其中启动火焰稳定组件106包括启动点火器组件106的实施方案，控制器108被配置成在第一引燃燃料控制阀118a和第二引燃燃料控制阀118b的控制端子处提供信号，从而导致阀打开并且允许燃料流动到第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b中的每一个。因此，第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b可分别发射第一引燃燃料流128a和第二引燃燃料流128b，所述燃料流在点燃时支撑对应的高幅度第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b。第一引燃燃料流128a和第二引燃燃料流128b的点燃可通过使用任何适当的手段来实现，包括本领域已知的多种结构和方法中的任何一种，诸如电火花或电弧发生器、灼热丝、引燃火等。任选地，第一引燃燃料流128a和第二引燃燃料流128b可被手动点燃。
任选地，由第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b对主燃料流124点燃的控制可通过控制相应的第一引燃燃料流128a和第二引燃燃料流128b的体积来执行，这继而控制第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b的幅度。在低的引燃燃料流128a、128b流速下，所得引燃火焰130a、130b足够小(即，具有足够低的幅度)，以在主燃料流124内提供不足的热量以导致主燃料流124点燃。在较高的引燃燃料流128a和/或128b流速下，所得引燃火焰130a和/或130b具有足够高的幅度以点燃主燃料流124的一部分。根据实施方案，单独的引燃火焰130a和130b都不能达到足够的幅度来点燃整个主燃料流124。相反，引燃火焰130a、130b两者在均以高幅度操作时被选择成组合起来点燃整个主燃料流124。
控制器108可被进一步配置成在主燃料控制阀116的控制端子处提供信号，从而使得该主燃料控制阀打开并且允许燃料流动到主喷嘴104。当燃料经由主控制阀116流动到主喷嘴104时，主喷嘴104朝向穿孔火焰保持器102发射燃料流124。通常，在燃料流124中从主喷嘴104发射的燃料的体积远大于从第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b共同发射的燃料的体积。因此，根据一个实施方案，为了减少在点燃火焰之前释放大量未燃烧的燃料的可能性，控制器108可被配置成仅在第一火焰传感器112a检测到第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b中的一者或两者的存在之后才控制主燃料控制阀116打开。在开始引燃火焰130a、130b的点燃时，控制器108可被配置成允许所选的引燃点火延迟时段，在该时段期间与来自第二火焰传感器112b的引燃火焰存在对应的正火焰信号的缺乏被忽略。如果在引燃点火延迟时段结束时没有检测到火焰，则控制器108可被配置成闭合第一引燃燃料控制阀118a和第二引燃燃料控制阀118b。控制器108还可被配置成重新尝试引燃点火，和/或发出启动故障警报。
一旦引燃火焰130a、130b被点燃，控制器便可被配置成打开主燃料阀116，从而从主喷嘴104产生燃料流124。如下文参考图2-图4详细解释的，根据各种实施方案，燃料流124的特性被选择成防止在燃烧系统100的正常操作期间在主喷嘴104与穿孔火焰保持器102之间发生稳定燃烧。此类特性可包括例如燃料流124的组成和速度。然而，当系统100在预热模式下操作，并且存在第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b时，它们用于点燃燃料流124并且将得到的预热火焰132保持在主喷嘴104与火焰保持器102之间。穿孔火焰保持器102因此由预热火焰132加热。
实际上，引燃火焰130a和130b通常与燃料流124中的预热火焰132合并，使得在它们之间没有容易区分的分割或分离。然而，为了更清楚地说明相关的原理，它们在附图中被示为单独的元件。
一旦穿孔火焰保持器102已达到启动温度，控制器108便可被配置成行进到正常操作模式，如上所述。
发明人已经注意到，被配置成从图1B所示的启动状态快速(或即刻)直接转变成图1A所示的正常操作状态的系统的操作可与燃烧器操作者的一定程度的焦虑相关。尽管当穿孔火焰保持器102在转变之前适当地升高到操作温度时，发明人没有观察到燃料与穿孔火焰保持器102接触时不点火的任何情况，但是瞬时缺少可见的火焰可能会让有经验的燃烧工程师和工厂操作者感到有些不安。因此，发明人提出了从启动模式(图1B)到操作模式(图1A)的部分转变，其中主燃料的一部分未燃烧地前进到穿孔火焰保持器102，而主燃料的另一部分在主喷嘴104和穿孔火焰保持器102之间保持点燃。这可能导致在操作的所有阶段期间总是存在稳定燃烧反应的可见火焰或红外辐射特性的状况。该部分地转换的模式由图1C示出。
根据一个实施方案，在从预热模式切换到正常操作模式之前，控制器108被配置成控制系统100以在转变模式下短暂地操作，如图1C所示。当从启动模式转换到转变模式时，控制器108可被配置成闭合第一引燃燃料阀118a或第二引燃燃料阀118b中的一个，同时保持打开第一引燃燃料阀118a和第二引燃燃料阀118b中的另一个。因此，第一引燃火焰130a或第二引燃火焰130b中的仅一个熄灭。如图1C所示，第二引燃燃料阀118b被闭合，使得第二引燃火焰130b熄灭，并且仅有第一引燃燃料流128a继续流动，从而支撑第一引燃火焰130a。
引燃火焰130中的至少一个的特性被选择成使得在不存在引燃火焰130中的另一个的情况下，预热火焰132不能完全地消耗主燃料流124。这些特性可包括例如引燃火焰130的大小、位置和/或取向。在图1A-图1C的实施方案中，出于实际目的，第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b相对于它们各自的火焰保持能力基本上相同。由于主燃料流124的速度，从火焰保持器102上游点燃的火焰即使在其横向传播穿过燃料流124时也被朝向火焰保持器102载送。在两个引燃火焰130在操作中的情况下，使得主燃料流124从相对侧连续点燃，预热火焰132点燃整个主燃料流124。然而，在不存在引燃火焰130中的一个的情况下，使得预热火焰132仅由一个引燃火焰130点燃并保持，燃料流124不被预热火焰132完全地点燃，但燃料流124的一部分124a到达穿孔火焰保持器102的第一区域R1。因为火焰保持器102已被预热，所以在与火焰保持器102接触时，燃料流124的部分124a的温度立即升高到超过其自身的自燃温度的值，并且主燃烧反应126在第一区域R1中点燃。同时，减少的预热火焰132继续消耗燃料流124的剩余部分，从而防止未燃烧的燃料到达火焰保持器102的第二区域R2。
在燃料流124被认为由预热火焰132完全地点燃的情况下，这意味着基本上所有燃料流124都经过预热火焰132，并且/或者邻近预热火焰132燃烧。在燃料流124的一部分支撑火焰132而燃料流124的其他部分通过火焰132的外部的情况下，燃料流124可被认为由预热火焰132部分地点燃。该术语不应被解释为要求燃料流132的所有反应物都通过燃烧过程完全地反应。
第一火焰传感器112a被定位和配置成产生对应于穿孔火焰保持器102所保持的火焰的存在或不存在的传感器信号。因此，当燃烧反应126在穿孔火焰保持器102的第一区域R1中点燃并保持时，第一火焰传感器112a产生对应的信号，并且控制器108检测主燃烧反应126。在检测到主燃烧反应126时，控制器108闭合第一引燃燃料控制阀118a，从而使得第一引燃火焰130a停止点燃主燃料流124的一部分124a。例如，这可以通过熄灭或减小第一引燃火焰130a的幅度来完成。剩余的预热火焰132此后被吹出或由主燃料流124向下游载送，使得未燃烧的燃料能够到达火焰保持器102的第二区域R2，从而在系统100移动到正常操作模式中时允许燃烧反应126遍布整个火焰保持器102，如图1A所示。
在图1C的转变状态期间，如果第一火焰传感器112a未能检测到存在于穿孔火焰保持器102的区域R1中的燃烧，则发生错误状况。在一些实施方案中，控制器108再次启用或增加由点火器110b支撑的引燃火焰130的幅度，以使得系统100返回到图1B的状态。
上面参考图1A-图1C所述的实施方案的一个益处在于，从引燃火焰130被点燃的时刻起，系统100中持续存在火焰，并且继续以正常操作模式操作。
采用穿孔火焰保持器102的一些系统被配置成一旦火焰保持器102已达到启动温度便完全地熄灭预热火焰132。如果预热火焰132被支撑在主燃料流124中，则通常没有燃料流124到达火焰保持器102，直到预热火焰132熄灭。这导致在预热火焰132被熄灭的时刻和使得来自燃料流124的未燃烧燃料自燃的时刻之间的短暂的延迟。虽然此类系统是极其可靠的，但是，存在在此期间不存在火焰的非常短的时间，通常大约不到一秒。如前所述，许多燃烧系统包括安全特征，通过该安全特征系统被配置成在火焰不存在的情况下关闭。这是旨在防止潜在危险状况，该该危险状况下，在火焰意外熄灭后燃料继续从喷嘴流出，从而产生燃料的积聚物，如果这样的积聚物被不经意地点燃，则具有潜在的破坏性后果。通过确保在操作期间火焰持续存在，图1A-图1C的实施方案的系统可结合火焰检测安全特征，而不会有不必要的关闭风险。
图2为根据一个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，除非提供进一步的定义，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、多孔反应保持器、双重和双重瓦应被认为是同义的。
发明人进行的实验显示，本文所述的穿孔火焰保持器102可支撑非常洁净的燃烧。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)下降至堆叠下的NOx的检测不到(少于1ppm)浓度。在工业炉应用的典型堆叠温度(1400-1600℉)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。
根据实施方案，燃烧器系统200包括被设置成将燃料和氧化剂输出到燃烧体积204中形成燃料和氧化剂混合物206的燃料和氧化剂源202。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语燃料和氧化剂混合物以及燃料流可互换使用，并且根据上下文认为是同义的。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语燃烧体积、燃烧室、炉体积等应被认为是同义的。穿孔火焰保持器102被设置在燃烧体积204中，并被定位成接收燃料和氧化剂混合物206。
图3为根据一个实施方案的图1和图2的穿孔火焰保持器102的一部分的侧面剖面图300。参见图2和图3，穿孔火焰保持器102包括限定多个穿孔210的穿孔火焰保持器主体208，所述多个穿孔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，除非提供进一步的定义，否则在穿孔火焰保持器102的上下文中，术语穿孔、孔(pore)、孔(aperture)、细长孔(elongated aperture)等应被认为是同义的。穿孔210被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物206支撑的燃烧反应302。
燃料可包括氢、烃类气体、汽化的烃类液体、雾化的烃类液体或粉状或粉碎的固体。燃料可以是单一种类或可包括气体、蒸汽、雾化液体和/或粉碎的固体的混合物。例如，在过程加热器应用中，燃料可包括燃料气体或来自该过程的副产物，该副产物包括一氧化碳(CO)、氢气(H2)和甲烷(CH4)。在另一种应用中，燃料可包括天然气(主要是CH4)或丙烷(C3H8)。在另一种应用中，燃料可包括2号燃料油或6号燃料油。发明人类似地设想了双燃料应用和灵活燃料应用。氧化剂可包括由空气、烟道气携带的氧和/或可包括另一种氧化剂，该氧化剂为纯的或由载体气体携带。在本文中，术语氧化剂(oxidant)和助燃剂(oxidizer)应被认为是同义的。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器主体208可由被设置成接收燃料和氧化剂混合物206的输入面212、背离燃料和氧化剂源202的输出面214、和限定穿孔火焰保持器102的横向范围的外周表面216界定。由穿孔火焰保持器主体208限定的所述多个穿孔210从输入面212延伸到输出面214。所述多个穿孔210可在输入面212处接收燃料和氧化剂混合物206。然后，燃料和氧化剂混合物206可在所述多个穿孔210内或附近燃烧，并且燃烧产物可在输出面214处或附近离开所述多个穿孔210。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102被配置成将大部分的燃烧反应302保持在穿孔210内。例如，在稳态基础上，由燃料和氧化剂源202输出到燃烧体积204中的燃料分子的一半以上可在穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间被转化为燃烧产物。根据另选的解释，可在穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间输出由燃烧反应302输出的热量或热能的一半以上。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语热量、热能量和热能应被认为是同义的。如上所用，热能量和热能通常是指在燃烧反应302期间最初由反应物保持的释放化学能。如本文在其他地方所用，热量、热能量和热能对应于以热容为特征的真实主体经受的可检测的温度上升。在标称操作条件下，穿孔210可被配置成共同将至少80％的燃烧反应302保持在穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间。在一些实验中，发明人生成了明显全部包含在穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的穿孔210中的燃烧反应302。根据一种替代解释，当燃烧被“时间平均(time-averaged)”时，穿孔火焰保持器102可将燃烧支撑在输入面212和输出面214之间。例如，在瞬态过程中，如在穿孔火焰保持器102被充分加热前，或如果将过多(冷)负荷置于系统上，则燃烧可能从穿孔火焰保持器102的输出面214某种程度地向下游行进。作为另外一种选择，如果冷却负荷相对较低并且/或者炉温度达到高水平，则燃烧可在穿孔火焰保持器102的输入面212上游略微行进。
虽然以便于描述的方式描述了“火焰”，但应当理解，在某些情况下，不存在可见火焰。燃烧主要出现在穿孔210中，但是燃烧热的“辉光”主要是穿孔火焰保持器102本身的可见辉光。在其他情况下，发明人已注意到瞬态“吹气”或“回火”，其中在位于穿孔火焰保持器102的输入面212和燃料喷嘴218之间的区域中、在稀释区域DD内瞬间点燃可见火焰。此类瞬态吹气或回火通常持续时间很短，使得在按时间平均的基础上，燃烧的大部分是在穿孔火焰保持器102的穿孔210中、在输入面212和输出面214之间发生。在另外的情况下，发明人已经注意到发生在穿孔火焰保持器102的输出面214下游的明显燃烧，但是燃烧的大部分仍发生在穿孔火焰保持器102中，如由来自穿孔火焰保持器102的被观察到的持续可见辉光所证实的那样。
穿孔火焰保持器102可被配置成接收来自燃烧反应302的热量并且将所接收的热量的一部分作为热辐射304输出到燃烧体积204之中或附近的热接收结构(例如炉壁和/或辐射段工作流体管)。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语辐射、热辐射、辐射热、热量辐射等应被理解为基本上同义的。具体地讲，此类术语是指主要在红外波长处的电磁能量的黑体式辐射，而且由于穿孔火焰保持器主体208的高温也指在可见波长处的电磁能量的黑体式辐射。
具体参见图3，穿孔火焰保持器102将所接收的热量的另一部分输出到在穿孔火焰保持器102的输入面212处接收的燃料和氧化剂混合物206。穿孔火焰保持器主体208可至少在穿孔壁308的热量接收区域306中接收来自燃烧反应302的热量。实验证据已向发明人表明，热量接收区域306的位置或至少对应于热接收最大速率的位置可沿着穿孔壁308的长度变化。在一些实验中，最大热接收量的位置明显在从输入面212到输出面214距离的1/3和1/2之间(即与输出面214相比离输入面212略近一些的位置)。发明人设想了，在其他条件下，热量接收区域306可位于距穿孔火焰保持器102的输出面214更近的位置。最有可能的是，热量接收区域306(或就此而言，在下文中描述的热量输出区域310)没有清晰限定的边缘。为了便于理解，热量接收区域306和热量输出区域310将被描述为特定区域306、310。
穿孔火焰保持器主体208可通过热容表征。穿孔火焰保持器主体208可保持量对应于热容乘以温度上升的来自燃烧反应302的热能，并将来自热量接收区域306的热能传递至穿孔壁308的热量输出区域310。通常，热量输出区域310比热量接收区域306更靠近输入面212。根据一种解释，穿孔火焰保持器主体208可通过热辐射将来自热量接收区域306的热量传递至热量输出区域310，在图中示为304。根据另一种解释，穿孔火焰保持器主体208可通过热传导沿着热传导路径312将来自热量接收区域306的热量传递至热量输出区域310。发明人设想到，包括传导、辐射和可能的对流在内的多种传热机制可用于将来自热量接收区域306的热量传递到热量输出区域310。以这种方式，即使在由常规火焰保持器支撑时燃烧反应302将不稳定的条件下，穿孔火焰保持器102仍可充当热源以维持燃烧反应302。
发明人认为，穿孔火焰保持器102使得燃烧反应302开始于邻近穿孔210的壁308形成的热边界层314中。就通常理解为包括大量单独反应的燃烧而言，并且由于大部分的燃烧能量在穿孔火焰保持器102内释放，因此显而易见的是，至少大部分单独反应发生在穿孔火焰保持器内102。随着相对较冷的燃料和氧化剂混合物206接近输入面212，混合物流被分为分别流过各穿孔210的部分。随着越来越多的热量被传递至进入的燃料和氧化剂混合物206，热的穿孔火焰保持器主体208将热量传递给流体，特别是在厚度渐增的热边界层314中。达到燃烧温度(例如，燃料的自燃温度)后，在化学点火延迟时间经过期间反应物继续流动，在这期间发生燃烧反应302。因此，燃烧反应302被图示为发生在热边界层314中。随着流动的进行，热边界层314在合并点316处合并。理想的是，合并点316位于输入面212和输出面214之间，所述输入面和输出面限定穿孔210端部。在沿着穿孔210的长度的某个位置处，燃烧反应302向穿孔火焰保持器主体208输出的热量比从穿孔火焰保持器主体208接收的热量更多。热量在热量接收区域306处被接收，由穿孔火焰保持器主体208保持，并被传输至更靠近输入面212的热量输出区域310，热量在该热量输出区域被传输到冷反应物(以及任何所包括的稀释剂)以使反应物达到点燃温度。
在一个实施方案中，穿孔210中的每个通过长度L来表征，该长度被定义为穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的反应流体传播路径长度。如本文所用，术语反应流体是指行进穿过穿孔210的物质。在输入面212附近，反应流体包括燃料和氧化剂混合物206(任选地包括氮气、烟道气和/或其他“非反应性”物质)。在燃烧反应区域内，反应流体可包括与燃烧反应302相关联的等离子体，反应物及其组成部分的分子，任何非反应性物质，反应中间体(包括转变状态)和反应产物。在输出面214附近，反应流体可包括反应产物和副产物，非反应性气体和过量的氧化剂。
所述多个穿孔210可各自通过相对穿孔壁308之间的横向尺寸D来表征。发明人已发现，如果每个穿孔210的长度L是所述穿孔的横向尺寸D的至少4倍，则可在穿孔火焰保持器102中维持稳定燃烧。在其他实施方案中，长度L可为横向尺寸D的六倍。例如，已经在L为横向尺寸D的至少八倍、至少十二倍、至少十六倍和至少二十四倍的情况下进行实验。优选地，长度L长到足以使得热边界层314在流经穿孔210的反应流体中邻近穿孔壁308形成以在穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的穿孔210内会聚于合并点316处。在实验中发明人发现，L/D比率介于12至48之间时能很好地工作(即产生低NOx，产生低CO，并维持稳定燃烧)。
穿孔火焰保持器主体208可被配置成在相邻穿孔210之间传输热量。在相邻穿孔210之间传输的热量可被选择为使得从第一穿孔210中的燃烧反应部分302输出的热量供应热量来稳定相邻穿孔210中的燃烧反应部分302。
具体参见图2，燃料和氧化剂源202还可包括被配置成输出燃料的燃料喷嘴218和被配置成输出包括氧化剂的流体的氧化剂源220。例如，燃料喷嘴218可被配置成输出纯的燃料。氧化剂源220可被配置成输出携带氧的助燃空气，以及任选地，烟道气。
可由火焰保持器支撑结构222保持穿孔火焰保持器102，该穿孔火焰保持器支撑结构被配置成使穿孔火焰保持器102与燃料喷嘴218保持稀释距离DD。燃料喷嘴218可被配置成发射所选择的燃料射流来挟带氧化剂，以随着燃料射流和氧化剂沿一定路径通过燃料喷嘴218和穿孔火焰保持器102之间的稀释距离DD行进至穿孔火焰保持器102而形成燃料和氧化剂混合物206。除此之外或作为另外一种选择，(特别是当鼓风机用于递送包含在助燃空气中的氧化剂时)，氧化剂或助燃空气源可被配置成挟带燃料并且燃料和氧化剂行进通过稀释距离DD。在一些实施方案中，可提供烟道气再循环路径224。除此之外或作为另外一种选择，燃料喷嘴218可被配置成发射所选择的燃料射流，以随着燃料射流行进通过燃料喷嘴218和穿孔火焰保持器102的输入面212之间的稀释距离DD而挟带氧化剂以及挟带烟道气。
燃料喷嘴218可被配置成通过一个或多个燃料孔口226发射燃料，该燃料孔口具有被称为“喷嘴直径”的内径尺寸。穿孔火焰保持器支撑结构222可支撑穿孔火焰保持器102以在离燃料喷嘴218的距离是喷嘴直径的不止20倍的距离DD处接收燃料和氧化剂混合物206。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102被设置成在离燃料喷嘴218的距离是喷嘴直径的100至1100倍的距离DD处接收燃料和氧化剂混合物206。优选地，穿孔火焰保持器支撑结构222被配置成将穿孔火焰保持器102保持在距燃料喷嘴218喷嘴直径的约200倍或更多的距离处。当燃料和氧化剂混合物206行进的距离是喷嘴直径的约200倍或更多时，混合物充分匀化以使得燃烧反应302产生最低NOx。
根据一个实施方案，燃料和氧化剂源202可另选地包括预混燃料和氧化剂源。预混燃料和氧化剂源可包括预混室(未示出)、被配置成将燃料输出到预混室内的燃料喷嘴、以及被配置成将氧化剂输出到预混室内的氧化剂(例如，助燃空气)通道。阻焰器可设置在预混燃料和氧化剂源与穿孔火焰保持器102之间，并被配置成阻止火焰回火至预混燃料和氧化剂源内。
无论是被配置用于挟带在燃烧体积204中还是用于预混，氧化剂源220都可包括被配置成推动氧化剂经过燃料和氧化剂源202的鼓风机。
支撑结构222可被配置成例如从燃烧体积204的底部或壁(未示出)支撑穿孔火焰保持器102。在另一个实施方案中，支撑结构222从燃料和氧化剂源202支撑穿孔火焰保持器102。作为另外一种选择，支撑结构222可从顶上部结构(诸如在向上点火系统情况下的烟道)悬挂穿孔火焰保持器102。支撑结构222可沿各个取向和方向支撑穿孔火焰保持器102。
穿孔火焰保持器102可包括单个穿孔火焰保持器主体208。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102可包括共同提供平铺的穿孔火焰保持器102的多个相邻的穿孔火焰保持器区段。
穿孔火焰保持器支撑结构222可被配置成支撑所述多个穿孔火焰保持器区段。穿孔火焰保持器支撑结构222可包括金属超合金、胶粘材料(cementatious)和/或陶瓷耐火材料。在一个实施方案中，所述多个相邻穿孔火焰保持器区段可通过纤维增强耐火胶粘材料连接。
穿孔火焰保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少2倍。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为穿孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少三倍、至少六倍或至少九倍。
在一个实施方案中，穿孔火焰保持器102的宽度尺寸W可小于燃烧体积204的宽度。这可允许从穿孔火焰保持器102上方至下方的烟道气循环路径224位于穿孔火焰保持器102的外周表面216和燃烧体积壁(未示出)之间。
再次参见图2和图3，穿孔210可具有各种形状。在一个实施方案中，穿孔210可包括细长正方形，每个细长正方形具有正方形的相对侧之间的横向尺寸D。在另一个实施方案中，穿孔210可包括细长六边形，每个细长六边形具有六边形的相对侧之间的横向尺寸D。在又一个实施方案中，穿孔210可包括中空圆柱体，每个中空圆柱体具有对应于圆柱体直径的横向尺寸D。在另一个实施方案中，穿孔210可包括截头圆锥体或截头棱锥体(例如，平截头体)，每个截头圆锥体或截头棱锥体具有相对于从输入面212延伸到输出面214的长度轴线径向对称的横向尺寸D。在一些实施方案中，基于标准参考条件，穿孔210可各自具有等于或大于火焰的淬熄距离的横向尺寸D。作为另外一种选择，穿孔210可具有小于标准参考淬熄距离的横向尺寸D。
在一系列实施方案中，多个穿孔210中的每个具有介于0.05英寸和1.0英寸之间的横向尺寸D。优选地，多个穿孔210中的每个具有介于0.1英寸和0.5英寸之间的横向尺寸D。例如，多个穿孔210可各自具有约0.2英寸至0.4英寸的横向尺寸D。
穿孔火焰保持器102的空隙率被定义为穿孔火焰保持器102的区段中的所有穿孔210的总体积除以包括主体208和穿孔210的穿孔火焰保持器102的总体积。穿孔火焰保持器102应具有介于0.10和0.90之间的空隙率。在一个实施方案中，穿孔火焰保持器102可具有介于0.30和0.80之间的空隙率。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102可具有约0.70的空隙率。已发现，使用约0.70的空隙率对于产生非常低的NOx尤其有效。
穿孔火焰保持器102可由纤维增强浇铸耐火材料和/或诸如硅酸铝材料的耐火材料形成。例如，穿孔火焰保持器102可被形成为包括莫来石或堇青石。除此之外或作为另外一种选择，穿孔火焰保持器主体208可包括金属超合金，诸如铬镍铁合金或哈斯特洛伊耐蚀镍基合金。穿孔火焰保持器主体208可限定出蜂窝结构。蜂窝体是本领域的工业术语，其不需要严格指六边形横截面，并且最通常包括正方形横截面的单元。其他横截面区域的蜂窝体也是已知的。
发明人已发现，穿孔火焰保持器102可由可得自美国南卡罗来纳州多拉维尔的应用陶瓷公司(Applied Ceramics,Inc.of Doraville,South Carolina)的陶瓷蜂窝体形成。
穿孔210可彼此平行并垂直于输入面212和输出面214。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此平行并与输入面212和输出面214成一角度形成。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此之间不平行。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此之间不平行且不相交。在另一个实施方案中，穿孔210可以相交。主体308可为一体式的或可由多个区段形成。
在另一个并不一定优选的实施方案中，穿孔火焰保持器102可由网状陶瓷材料形成。术语“网状”是指网状结构。网状陶瓷材料通常通过以下方式而制成：将浆料溶解在具有特定孔隙度的海绵中，使浆料硬化，并且烧掉海绵且固化陶瓷。
在另一个并不一定优选的实施方案中，穿孔火焰保持器102可由冲孔、钻孔或浇铸以形成通道的陶瓷材料形成。
在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102可包括捆绑在一起的多个管或筒。所述多个穿孔210可包括中空圆柱体，并任选地还可在捆绑的管之间具穿孔隙空间。在一个实施方案中，所述多个管可包括陶瓷管。耐火胶粘材料可被包括在管之间，并被配置成将管粘附在一起。在另一个实施方案中，所述多个管可包括金属(例如超合金)管。可由环绕所述多个管并被布置成将所述多个管保持在一起的金属拉伸构件将所述多个管保持在一起。金属拉伸构件可包括不锈钢、超合金金属丝和/或超合金金属带。
穿孔火焰保持器主体208可另选地包括堆叠的穿孔材料板，每个板均具有与在底下的板和压在上面的板的开口连接的开口。穿孔板可包括穿孔金属板、陶瓷板和/或膨胀板。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器主体208可包括不连续填料体，使得穿孔210在不连续填料体之间的孔隙空间中形成。在一个示例中，不连续填料体包括规整填料形状。在另一个示例中，不连续填料体包括随机填料形状。例如，不连续填料体可包括陶瓷拉西环、陶瓷贝尔鞍形填料、陶瓷矩鞍形填料、和/或金属环、或可由金属保持架保持在一起的其他形状(例如超级拉西环)。
发明人设想了对于为何包括穿孔火焰保持器102的燃烧器系统提供此类洁净燃烧的各种解释。
根据一个实施方案，即使在由常规火焰保持器支撑时燃烧反应将不稳定的条件下，穿孔火焰保持器102仍然可充当热源以维持燃烧反应。可利用该能力以使用比通常可行更贫乏的燃料与氧化剂混合物来支撑燃烧。因此，根据一个实施方案，在燃料流206接触穿孔火焰保持器102的输入面212的点，燃料流206的平均燃料与氧化剂比率低于燃料流206的燃料组分的(常规)燃烧下限-燃烧下限定义了当燃料和氧化剂混合物206在正常大气压下和25℃(77℉)的环境温度下暴露于瞬时点火源时该燃料和氧化剂混合物将会燃烧的最低燃料浓度。
已发现，本文所述的穿孔火焰保持器102和包括穿孔火焰保持器102的系统提供CO的基本完全燃烧(个位数ppm下至检测不到的浓度，具体取决于实验条件)，同时支持低NOx。根据一种解释，由于用于降低峰值火焰温度的足够混合(以及其他策略)，可以实现这样的性能。火焰温度在略微富的条件下趋于峰值，这可在混合不充分的任何扩散火焰中是明显的。通过充分混合，可以在燃烧之前实现均质且略微贫燃的混合物。这种组合可导致火焰温度降低，并因此减少NOx形成。在一个实施方案中，“略微贫燃”可以指3％O2，即，当量比为约0.87。使用甚至更贫燃的混合物是可能的，但可能导致O2水平升高。此外，发明人认为，穿孔壁308可充当燃烧流体的散热器。这种效果可以替代地或附加地降低燃烧温度并减少NOx。
根据另一种解释，如果燃烧反应302发生在一个非常短的持续时间内，则可降低NOx的产生。快速燃烧使得反应物(包括氧和挟带的氮)暴露于NOx形成温度的时间短到不足以使NOx形成动力学导致NOx的显著产生。与常规火焰相比，反应物经过穿孔火焰保持器102所需的时间非常短。因此，与穿孔火焰保持器燃烧相关联的低NOx产生可与反应物(和挟带的氮)经过穿孔火焰保持器102所需的较短持续时间有关。
图4为流程图，示出了用于操作包括本文示出和所述的穿孔火焰保持器的燃烧器系统的方法400。为了操作包括穿孔火焰保持器的燃烧器系统，首先加热穿孔火焰保持器至足够维持燃料和氧化剂混合物燃烧的温度。
根据简化描述，方法400从步骤402开始，其中将穿孔火焰保持器预热至启动温度TS。穿孔火焰保持器上升至启动温度后，方法行进到步骤404，其中向穿孔火焰保持器提供燃料和氧化剂，并由穿孔火焰保持器保持燃烧。
根据更加详细的描述，步骤402从步骤406开始，其中向穿孔火焰保持器提供启动能量。与提供启动能量同时或在提供启动能量后，决定步骤408确定穿孔火焰保持器的温度T是否等于或高于启动温度TS。只要穿孔火焰保持器的温度低于其启动温度，该方法就在预热步骤402中的步骤406和408之间循环。在步骤408中，如果穿孔火焰保持器的至少一个预定部分的温度T大于或等于启动温度，则方法400行进到总步骤404，其中向穿孔火焰保持器提供燃料和氧化剂，并由穿孔火焰保持器保持燃烧。
步骤404可被分解为其中的至少一些步骤可同时发生的若干分立的步骤。
从步骤408开始，向穿孔火焰保持器提供燃料和氧化剂混合物，如步骤410所示。例如，可由包括单独的燃料喷嘴和氧化剂(例如，助燃空气)源的燃料和氧化剂源提供燃料和氧化剂。在这个方法中，沿一个或多个方向输出燃料和氧化剂，所述方向被选择为使得由穿孔火焰保持器的输入面接收燃料和氧化剂混合物。燃料可挟带助燃空气(或另选地，助燃空气可稀释燃料)，以在为可保持在穿孔火焰保持器的穿孔内的稳定燃烧反应选择的燃料稀释度，在穿孔火焰保持器的输入面提供燃料和氧化剂混合物。
行进到步骤412，通过穿孔火焰保持器保持燃烧反应。
在步骤414中，可从穿孔火焰保持器输出热量。从穿孔火焰保持器输出的热量可用于例如给工业过程提供动力、加热工作流体、发电或提供动力。
在任选的步骤416中，可感测燃烧的存在。发明人已使用并设想了各种感测方法。一般来讲，穿孔火焰保持器所保持的燃烧是非常稳定的，并且对系统没有不寻常的感测要求。可使用红外传感器、视频传感器、紫外线传感器、带电物质传感器、热电偶、热电堆、火焰杆和/或其他燃烧感测装置来执行燃烧感测。在步骤416的额外或替代变型中，如果燃烧在穿孔火焰保持器中熄灭，则可提供引燃火焰或其他点火源来点燃燃料和氧化剂混合物。
行进到决定步骤418，如果感测到燃烧不稳定，则方法400可退出到步骤424，其中执行错误处理程序。例如，错误处理程序可包括关闭燃料流、重新执行预热步骤402、输出警报信号、点燃备用燃烧系统或其他步骤。在步骤418中，如果确定穿孔火焰保持器中的燃烧是稳定的，则方法400行进到决定步骤420，其中确定是否应当改变燃烧参数。如果没有燃烧参数要改变，则该方法循环(在步骤404中)回到步骤410，并继续燃烧过程。如果指示燃烧参数的改变，则方法400行进到步骤422，其中执行燃烧参数改变。燃烧参数改变后，该方法循环(在步骤404中)回到步骤410，并继续燃烧。
例如，如果遇到热量需求改变，则可安排改变燃烧参数。例如，如果需要较少热量(例如由于减少的电力需求、减少的动力需求或降低的工业过程生产量)，则可在步骤422中减少燃料和氧化剂流速。相反地，如果热量需求增加，则可增加燃料和氧化剂流量。除此之外或作为另外一种选择，如果燃烧系统处于启动模式，则可在步骤404中的循环的一次或多次重复中向穿孔火焰保持器逐渐增加燃料和氧化剂流量。
再次参见图2，燃烧器系统200包括操作地联接至穿孔火焰保持器102的加热器228。如结合图3和图4所述，穿孔火焰保持器102通过将热量输出至进入的燃料和氧化剂混合物206来操作。建立燃烧后，由燃烧反应302提供该热量；但是建立燃烧前，由加热器228提供该热量。
发明人已使用并设想了各种加热装置。在一些实施方案中，加热器228可包括被配置成支撑火焰的火焰保持器，所述火焰被设置成加热穿孔火焰保持器102。燃料和氧化剂源202可包括被配置成发射燃料流206的燃料喷嘴218和被配置成输出与燃料流206相邻的氧化剂(例如，助燃空气)的氧化剂源220。燃料喷嘴218和氧化剂源220可被配置成输出待由氧化剂(例如，助燃空气)逐级稀释的燃料流206。穿孔火焰保持器102可被设置成接收稀释的燃料和氧化剂混合物206，该混合物支撑燃烧反应302，该燃烧反应在穿孔火焰保持器102处于操作温度时由穿孔火焰保持器102稳定。相比之下，启动火焰保持器可被配置成在对应于不需要由加热的穿孔火焰保持器102提供稳定的情况下稳定的相对未混合的燃料和氧化剂混合物的位置处支撑启动火焰。
燃烧器系统200还可包括操作地联接至加热器228和数据接口232的控制器230。例如，控制器230可被配置成控制启动火焰保持器致动器，所述启动火焰保持器致动器被配置成使启动火焰保持器在穿孔火焰保持器102需要被预热时保持启动火焰并在穿孔火焰保持器102处于操作温度(例如当T≥TS时)下时不保持启动火焰。
设想了用于致动启动火焰的各种方法。在一个实施方案中，启动火焰保持器包括机械致动钝体，该钝体被配置成被致动以拦截燃料和氧化剂混合物206以引起热再生和/或稳定涡流，从而保持启动火焰；或被致动不拦截燃料和氧化剂混合物206以使燃料和氧化剂混合物206行进到穿孔火焰保持器102。在另一个实施方案中，燃料控制阀、鼓风机和/或阻尼器可用于选择足以使启动火焰喷射稳定的燃料和氧化剂混合物流速；以及在穿孔火焰保持器102达到操作温度后，可增加流速以“喷出”启动火焰。在另一个实施方案中，加热器228可包括与控制器230操作地联接的，并被配置成向燃料和氧化剂混合物206施加电荷或电压的电源。导电启动火焰保持器可选择性地耦接至接地电压或被选择用于吸引燃料和氧化剂混合物206中的电荷的其他电压。发明人发现，电荷吸引导致导电启动火焰保持器保持启动火焰。
在另一个实施方案中，加热器228可包括被配置成向穿孔火焰保持器102和/或向燃料和氧化剂混合物206输出热量的电阻加热器。电阻加热器可被配置成加热穿孔火焰保持器102至操作温度。加热器228还可包括电源和在控制器230的控制下可操作以将电源选择性地联接至电阻加热器的开关。
可通过各种方式形成电阻加热器228。例如，电阻加热器228可以由线材(可得自瑞典哈尔斯塔哈马的山特维克公司山特维克材料技术部(Sandvik MaterialsTechnology division of Sandvik AB of Hallstahammar,Sweden))形成，所述线材穿过由穿孔火焰保持器主体208限定的穿孔210的至少一部分。作为另外一种选择，加热器228可包括感应加热器、高能束加热器(例如，微波或激光器)、摩擦加热器、电阻陶瓷涂层或其他类型的加热技术。
设想了其他形式的启动装置。例如，加热器228可包括被配置成将脉冲点火输出至氧化剂和燃料的放电点火器或热表面点火器。除此之外或作为另外一种选择，启动装置可包括引燃火焰装置，其被设置成点燃否则会进入穿孔火焰保持器102的燃料和氧化剂混合物206。放电点火器、热表面点火器和/或引燃火焰装置可操作地联接至控制器230，该控制器可在穿孔火焰保持器102被充分加热以维持燃烧前使得放电点火器或引燃火焰装置在穿孔火焰保持器102中或其上游维持燃料和氧化剂混合物206的燃烧。
燃烧器系统200还可包括操作地联接至控制电路230的传感器234。传感器234可包括被配置成检测红外辐射或穿孔火焰保持器102的温度的热传感器。控制电路230可被配置成响应于来自传感器234的输入控制加热装置228。任选地，燃料控制阀236可被操作地联接至控制器230，并且被配置成控制燃料向燃料和氧化剂源202的流动。除此之外或作为另外一种选择，氧化剂鼓风机或阻尼器238可被操作地联接至控制器230，并且被配置成控制氧化剂(或助燃空气)的流动。
传感器234还可包括操作地联接至控制电路230的燃烧传感器，该燃烧传感器被配置成检测由穿孔火焰保持器102保持的燃烧反应的温度、视频图像和/或光谱特征。燃料控制阀236可被配置成控制从燃料源至燃料和氧化剂源202的燃料流。控制器230可被配置成响应于来自燃烧传感器234的输入控制燃料控制阀236。控制器230可被配置成控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或阻尼器以控制加热器228的预热火焰类型，从而将穿孔火焰保持器102预热至操作温度。控制器230可类似地控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或阻尼器，以响应于通过数据接口232作为数据接收的热量需求变化来改变燃料和氧化剂混合物206流。
图5为根据一个实施方案的燃烧系统500的简化图，该燃烧系统被配置成根据与上文参考图1A-图1C所述的那些原理类似的原理进行操作。具体地讲，燃烧系统500被示出为处于转变操作模式下，基本上如参考图1C所述。第一引燃火焰130a由从第一引燃喷嘴110a发射的第一引燃燃料流128a支撑，使得减少的预热火焰132被支撑在主燃料流124中，而主燃料流124的一部分124a支撑穿孔火焰保持器102的第一区域R1的主要燃烧反应126。如图5所示，主燃料喷嘴104具有纵向轴线AN，该纵向轴线大致垂直于穿孔火焰保持器102的输入面212。第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b具有相应纵向轴线A1、A2。可以看出，第一引燃喷嘴110a的纵向轴线A1和第二引燃喷嘴110b的纵向轴线A2不平行于主燃料喷嘴104的纵向轴线AN，而是相对于轴线AN倾斜相应的喷嘴角度N1、N2。在所示实施方案中，喷嘴角度N1和N2至少在绝对值上基本相同，但这不是必需的。事实上，第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b的相应的纵向轴线A1、A2也不是必须相对于轴线AN成角度。可以设想到其中第一引燃喷嘴110a和第二引燃喷嘴110b平行于轴线AN的实施方案，以及其中喷嘴角度N1和N2相对于轴线AN彼此显著不同的其他实施方案。
如前所述，存在影响预热火焰132的大小的许多因素，引燃火焰130可在主燃料流124中点燃该预热火焰。例如，引燃火焰130接近主燃料流124的角度影响燃料流124内的接收足以由引燃火焰130直接点燃的热量的横向距离，这继而影响预热火焰132能够产生足够的热量以用于点火并且在主燃料流124朝向穿孔火焰保持器102载送到下游时传播穿过该主燃料流的横向距离。
预热火焰132是否可以完全地点燃主燃料流124的确定基于至少两个因素：(1)预热火焰132从其起始点横向穿过整个主燃料流124传播将花费的时间-在下文中称为火焰传播时间，以及(2)使燃料流124从预热火焰132的起始点行进到穿孔火焰保持器102的输入面212将花费的时间-在下文中称为剩余燃料流行进时间。通常，在对于预热火焰132最佳的位置处，燃料流124的速度超过预热火焰132的传播速度。因此，如果火焰在主燃料流124中被点燃，则火焰将被吹出或载送到火焰保持器102的下游。然而，此处，引燃火焰130a持续地重新点燃预热火焰132，从而将其保持在稳定的位置处。从最接近喷嘴104的引燃火焰130接触主燃料流124的点(起始点)开始，预热火焰132在其被燃料流124朝向火焰保持器102载送时开始横向传播。如果从起始点开始的火焰传播时间小于剩余燃料流行进时间，则预热火焰132将完全地点燃燃料流124。如果情况相反，则预热火焰132将仅部分地点燃燃料流124。
图6为根据一个实施方案的燃烧系统600的图解视图，并且示出处于预热操作模式下的系统。燃烧系统600在许多方面与图1A-图1C的系统100类似，并且根据相似的原理操作。然而，在系统100的引燃喷嘴110a、110b相对于主喷嘴104对称地布置的情况下，系统600的对应引燃喷嘴110a、110b被定位在距主喷嘴104不同的距离处，特别是如纵向地(即，沿平行于主喷嘴104的纵向轴线AN的方向)测量的。第一喷嘴110a的出口位于距主喷嘴104的出口纵向距离D3，该纵向距离远大于第二引燃喷嘴110b的出口与主喷嘴104之间的距离D4。
由于这种不对称性，第二引燃火焰130b接触并点燃第一引燃火焰130a上游的主燃料流124。从第二引燃火焰130b接触主燃料流124的点开始，在主燃料流124接触第一引燃火焰130a之前，预热火焰132在主燃料流124内横向传播一定距离。因此，第二引燃火焰130b负责点燃并保持预热火焰132的比第一引燃火焰130a更大的部分。
当燃烧系统600移动到转变操作模式时，控制器108可被配置成闭合第二引燃燃料控制阀118b或使第二引燃火焰130b偏离主燃料流124，基本上如参考燃烧系统100所述。然而，因为第一引燃喷嘴110a比图1A-图1C的实施方案更接近穿孔火焰保持器102，所以在不存在第二预热火焰130b的情况下，由第一引燃火焰130a保持的预热火焰132的部分相对小得多，如图6中所提到的。因此，主燃料流124的较大部分124a(示于图5中)能够在转变操作模式期间到达穿孔火焰保持器102，并且占据火焰保持器102的较大区域R1的燃烧反应126被立即点燃，从而提高了操作效率。
图6的燃烧系统600还包括单个火焰传感器602，而不是系统100的两个火焰传感器。火焰传感器602包括比先前的传感器相对更宽的检测角度，并且被定位成能够响应于来自系统的火焰中的任一者的发射，包括第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b、预热火焰132，以及由穿孔火焰保持器102保持的主燃烧反应126(示于图1A-图1C和图5中)。根据一个实施方案，火焰传感器602被配置成提供与火焰占据传感器602的输入域的程度有关或对应的电压信号。因此，在燃烧系统600以预热操作模式进行操作时，如图6所示，预热火焰132以及第一引燃火焰130a和第二引燃火焰130b占据输入域的重要部分。当系统600移动到转变模式并熄灭第二引燃火焰130b连同大部分预热火焰132时，输入域的小得多的部分被占据，从而产生具有不同值的传感器信号。当主燃烧反应126建立在火焰保持器102的部分R1中时，存在于传感器602的输入域中的火焰与其他值再次不同，当系统处于其正常操作模式下时也是如此。因此，基于单个传感器信号的值，控制器108能够区分各种操作模式的火焰状况，并且检测火焰何时缺失。
根据另一个实施方案，控制器108被配置成基于传感器信号仅检测火焰的存在或不存在，以便在检测到系统中不存在火焰的情况下控制系统600被关闭的安全程序。在该实施方案中，不要求传感器602能够根据火焰的大小、距离或强度来提供不同的信号值。相反，传感器602只需要能够提供分别对应于系统600中不存在火焰的第一状况和系统600中存在任何火焰的第二状况的单独信号或一系列信号。
图7A和图7B为根据一个实施方案的燃烧系统700的图解表示。燃烧系统700在许多方面与图1A-图1C的系统100类似，并且根据相似的原理操作。根据一个实施方案，系统700包括与先前实施方案的点火器组件106不同的点火器组件702，不同之处在于该点火器组件包括单个引燃喷嘴704，以及定位在穿孔火焰保持器102的与主燃料喷嘴104相对的侧面上的火焰传感器706。如上所述，火焰传感器和控制器的存在是任选的，因为系统100可以手动操作。此外，火焰传感器706的位置可根据系统几何形状和/或操作状况而变化。发明人已成功地从穿孔火焰保持器102的输出侧(例如，如图7A所示)和输入侧(例如，如图1A-图1C所示)监测穿孔火焰保持器102的操作。
引燃喷嘴704被配置成沿着纵向轴线A3发射引燃燃料流128，该纵向轴线相对于主喷嘴104的纵向轴线AN位于可变的喷嘴角度N3处。根据一个实施方案，引燃喷嘴704包括被配置成围绕枢轴旋转的喷嘴出口元件708，并且还包括致动器710，该致动器被配置成通过控制喷嘴出口元件708的位置来控制喷嘴角度N3。
图7A示出处于预热操作模式下的燃烧系统700。喷嘴出口元件708位于如由控制器108经由致动器元件710控制的角度N3处，并且发射支撑引燃火焰130的引燃燃料流128。引燃火焰130在轴向位于距主喷嘴104的出口距离D5的点处接触主燃料流124。引燃火焰130点燃并保持由主燃料流124支撑并且完全地点燃主燃料流124的预热火焰132。
当穿孔火焰保持器102达到启动温度时，控制器108被配置成将系统700转换成转变操作模式，如图7B所示。控制器108被配置成控制致动器元件710以将喷嘴出口元件708旋转到小于先前角度N3的新角度N3。因此，引燃火焰130接触主燃料流124的点远离主喷嘴104移动，以位于距喷嘴104距离D6，其中该引燃火焰点燃预热火焰132。主要因为引燃燃料流128将预热火焰132保持得更靠近火焰保持器102，所以预热火焰132不能横向穿过整个主燃料流124传播，而是占据较小的部分，并且仅部分地点燃燃料流124，从而允许主燃料流124的一部分124a到达火焰保持器102。
根据另一个实施方案，引燃喷嘴704的喷嘴角度N3是固定的，但是引燃喷嘴704本身被配置成沿着基本上平行于主燃料喷嘴104的纵向轴线AN的线平移。控制器108被配置成控制引燃喷嘴704沿着第一位置和第二位置之间的线的运动，在该第一位置中，引燃火焰130在预热火焰132可以完全地点燃主燃料流124的点处接触主燃料流124，在该第二位置中，引燃火焰130在预热火焰132不能完全地点燃主燃料流的点处接触主燃料流124。
根据一个实施方案，火焰传感器706可包括热成像相机，该热成像相机被定位和聚焦成使得热成像相机检测在穿孔火焰保持器102的输出面214处的温度。控制器108被配置成解释来自火焰传感器706的图像数据以确定火焰保持器102的输出面214处的近似温度和温度变化。各种状况产生在输出面214处可检测的各自不同的温度图案。例如，在预热过程开始时，假定燃烧系统700是冷的，引燃火焰130的点燃在输出面214处表现为温点，其中来自相对小的引燃火焰130的加热气体通过火焰保持器102上升。
在采用多个引燃火焰130的实施方案中，诸如参考图1A-图1C、图5和图6所述的那些实施方案，对应的多个温点在输出面214处产生。因此，控制器108可被配置成在引入主燃料流124之前确认每个引燃火焰130的点燃。当主燃料流124开始流动并且预热火焰132被点燃时，在输出面214处显示更加高的温度，因为来自预热火焰132的高体积的热气体穿过火焰保持器102。随着火焰保持器102的大部分被预热火焰132直接加热，温度继续上升。因为控制器108能够监测输出面214的温度，所以其可确定火焰保持器102的温度何时处于或高于启动温度；不需要单独的温度感测装置。一旦控制器108移动到转变模式-如图7B所示-并且主燃烧反应126在火焰保持器102的第一区域R1中点燃，火焰保持器102的第一区域R1便继续变得更热，而第二区域R2更缓慢地变暖，从而确认主燃烧反应126的存在。最终，当减小的预热火焰132被熄灭时，火焰保持器102的第二区域R2达到第一区域R1的温度，使得输出面214上的温度变得相当一致。
系统700中的火焰损失也容易被控制器108检测到。在不存在火焰的情况下，燃料流124在通过火焰保持器102时的高速流动迅速冷却火焰保持器102。即使在火焰保持器102的一部分中火焰保持燃烧，而另一部分失去火焰，这仅在未燃烧的燃料实际上通过火焰保持器102逸出的情况下才是危险的。例如，如果火焰保持器102上的污染物或外来沉积物导致区段被阻塞，从而防止燃烧组分和产物的流动，则相同的阻塞同样将会防止未燃烧燃料的通过。在没有气体通过的冷却效果的情况下，相对于周围部分，阻塞部分将仅显示小的温度下降。另一方面，通过火焰保持器102逸出的任何相当大量的未燃烧燃料将导致该位置处的温度的显著下降，这可由控制器108立即检测到。如果在正常操作期间，输出面214处的平均温度下降到所选温度以下，或者如果输出面214的任何部分下降到下限阈值温度(诸如启动温度)以下，则控制器108可被配置成关闭系统700。
在系统700处于各种操作模式下时可能在输出面214处观察到的具体温度将根据以下因素改变：诸如引燃燃料流128和主燃料流124的体积和速度，引燃火焰130和火焰保持器102的输入面212之间的距离，以及同样在预热火焰132和输入面212之间的距离，火焰保持器102的第一区域R1和第二区域R2的相对大小和绝对大小，火焰保持器102的尺寸和材料，系统的热负荷等。根据一个实施方案，在系统700的初始操作和测试期间确定温度，并建立控制器108的编程/配置。根据另一个实施方案，从具有类似设计参数的燃烧系统收集的经验数据用于在系统700的初始操作之前编程/配置控制器108。
图8是示出根据一个实施方案的用于燃烧系统的启动过程800的流程图。启动过程800可以燃烧系统的各种配置执行，并且特别适用于类似于如上文参考图1A-图1C、图5、图6、图7A和图7B所述的那些系统的系统。
从步骤802开始，发出启动命令，在此之后，在步骤804处，将燃料流引入喷嘴，该喷嘴朝向主火焰保持器发射主燃料流。在步骤806处，将预热火焰点燃并保持在主燃料流中，其热量用于预热主火焰保持器。控制预热火焰以完全地点燃主燃料流，使得没有主燃料流到达主火焰保持器。
在步骤808中，将主火焰保持器的温度TFH与启动温度TS进行比较。如果火焰保持器TFH低于启动温度TS，则过程循环回到先前步骤806，并且过程循环直到火焰保持器TFH至少等于启动温度TS，此时过程行进到步骤810。在步骤810中，控制预热火焰以仅点燃燃料流的一部分。这允许燃料流的另一部分移动经过预热火焰并到达主火焰保持器，而不熄灭预热火焰。在步骤812中，当未燃烧的燃料到达预热的火焰保持器时，主燃烧反应被点燃。在步骤814中，验证在主火焰保持器处火焰的存在。如果不存在火焰，则过程循环回至点燃步骤812。一旦在步骤814中验证了火焰，则在步骤816中释放预热火焰。此时，在步骤818中，基本上整个主燃料流到达主火焰保持器，从而允许主燃烧反应在整个火焰保持器上完全地点燃。然后完成启动程序，并且在步骤820中开始正常的系统操作。
根据燃烧系统的具体配置，启动过程800的步骤中的一些可以不同的方式执行。例如，在步骤806中，根据一个实施方案，第一引燃火焰和第二引燃火焰在主燃料流的不同侧上的位置中被点燃，其中它们点燃并保持预热火焰以完全地点燃主燃料流。然后，在步骤810中，为了控制预热火焰以仅部分地点燃主燃料流，第一引燃火焰和第二引燃火焰中的一者被熄灭。引燃火焰中的至少另一者的位置被选择为将预热火焰保持在这样的位置处，在该位置中在预热火焰被燃料流载送到火焰保持器之前其不能一直通过主燃料流横向传播。
过程800的该实施方案可例如与类似于图1A-图1C、图5、和图6的实施方案的燃烧系统一起采用。
根据另一个实施方案，在步骤806中，在预热火焰可完全地点燃主燃料流的位置处，将引燃火焰邻近主燃料流保持在其中该引燃火焰点燃并保持预热火焰的位置中。然后，在步骤810中，将引燃火焰移动到其中该引燃火焰继续保持预热火焰的新位置。然而，在该新位置中，引燃火焰将预热火焰保持在该预热火焰不能完全地点燃主燃料流的位置处。过程800的该实施方案适于与例如图7A和图7B的燃烧系统700一起使用。
根据另一个替代实施方案，第一引燃火焰被定位成将预热火焰保持在该预热火焰可完全地点燃主燃料流的位置处，而第二引燃火焰被定位成将预热火焰保持在该预热火焰不能完全地点燃主燃料流的位置处。在步骤806的执行期间，第一引燃火焰被点燃，然后在步骤810中，第二引燃火焰被点燃并且第一引燃火焰被熄灭。
返回参见图4的过程400，可以认识到，图8的启动程序800基本上包含启动程序402的步骤，同时确保在启动期间始终存在火焰。因此，根据一个实施方案，提供了用于操作燃烧系统的过程，该过程基本上遵循过程400的步骤，但是其中使用启动过程800的步骤代替启动程序402，然后省略步骤820并且从图8的步骤818行进到图4的步骤410，并且由此通过过程400的其余步骤。
参考所公开的实施方案中的一个或多个来描述各种元件。但是，在很多情况下，这是为了方便起见。发明人设想到许多不同的实施方案，其中一些包括被描述为单独实施方案的部分的元件的组合。例如，相对于图5的实施方案描述单个火焰传感器，该火焰传感器还包括点火器组件的特定配置。但是发明人还设想到其中单个火焰传感器与具有与本文描述的那些配置不同的点火器的系统结合的实施方案。同样，设想到包括与图5类似的结构的实施方案，不同之处在于采用不同的传感器配置。
为了方便和清楚起见，在附图中示出的实施方案被类似地取向和描述。例如，在示出燃料喷嘴/火焰保持器组合的任何图中，火焰保持器102被定位在图中的喷嘴上方，其中喷嘴的纵向轴线竖直取向。这不应被解释为建议或要求物理实施方案应必须具有特定取向。已经以各种各样的取向构造并测试了许多实施方案，并且发现它们是完全地发挥功能的。权利要求不受限于特定实施方案被表示的方式。
在本文所公开和描述的实施方案中，一个或多个引燃火焰130被用作火焰保持器以相对于主燃料流124和穿孔火焰保持器102将预热火焰132保持在所选位置处。根据其他实施方案，使用替代的火焰保持结构和/或方法来实施上文公开的原理。
例如，根据一个实施方案，第一电极在距主燃料喷嘴104第一距离处被轴向定位成邻近主燃料流124，并且第二电极在距主燃料喷嘴104大于第一距离的第二距离处被定位成邻近主燃料流124。在燃烧系统以预热模式操作时，电荷被施加到主燃料流124，并且互补电势被施加到第一电极。因此，引燃火焰130被保持在主燃料流124中靠近第一电极的位置，并且完全地点燃主燃料流124。
当移动到转变操作模式时，系统被配置成从第一电极移除互补电势，并且将电势施加到第二电极，使得引燃火焰130被保持在主燃料流124中靠近第二电极的位置。从该位置起，引燃火焰130不能完全地点燃火焰，使得主燃料流124的一部分124a传递到穿孔火焰保持器102，如别处所述。因此，该实施方案的操作在许多方面在功能上类似于参考图6和图7A、图7B的系统描述的操作，其中通过控制引燃火焰130沿着纵向轴线的位置来控制预热火焰132对主燃料流124的点燃程度。本公开的摘要被提供为根据一个实施方案的本发明某些原理的提要，而不旨在作为其任何实施方案的完整或限定的说明，也不应该依赖其来定义说明书或权利要求书中使用的术语。摘要不限制权利要求书的范围。
虽然本文已经公开了多个方面和实施方案，但也可设想其他方面和实施方案。本文所公开的各个方面和实施方案出于说明性目的，而并非旨在进行限制，真实范围和精神由以下权利要求书指示。

Claims (40)

1.一种燃烧系统，包括：
主火焰保持器，所述主火焰保持器具有输入面和输出面；
主燃料喷嘴，所述主燃料喷嘴被定位和配置成朝向所述主火焰保持器的所述输入面发射主燃料流；和
点火器组件，所述点火器组件被配置成在所述主燃料喷嘴和所述主火焰保持器之间点燃由所述主燃料流支撑的预热火焰，并且可选地控制所述预热火焰对所述燃料流的点燃程度。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述主火焰保持器被配置成基本上在所述输入面和所述输出面之间保持主燃烧反应。
3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述主火焰保持器是穿孔火焰保持器。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括在所述输入面和所述输出面之间延伸的多个孔。
5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述点火器组件被配置成可选地在点燃所述预热火焰和释放所述预热火焰之间转换，并且在保持所述预热火焰时，可选地在完全地点燃所述主燃料流和部分地点燃所述主燃料流之间转换所述预热火焰。
6.根据权利要求5所述的燃烧系统，包括控制器，所述控制器被配置成控制所述点火器组件以在所述主火焰保持器的温度低于阈值温度时保持所述预热火焰完全地点燃所述主燃料流。
7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置成控制所述点火器组件以在所述主火焰保持器的所述温度高于所述阈值温度时保持所述预热火焰部分地点燃所述主燃料流。
8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置成控制所述点火器组件以在所述主火焰保持器的所述温度高于所述阈值温度时释放所述预热火焰，并且火焰由所述主火焰保持器保持。
9.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述点火器组件包括引燃喷嘴，所述引燃喷嘴被配置成发射引燃燃料流并且被定位成使得由所述引燃燃料流支撑的引燃火焰点燃并保持所述预热火焰。
10.根据权利要求9所述的燃烧系统，其中所述点火器组件包括第二引燃喷嘴，所述第二引燃喷嘴被配置成发射第二引燃燃料流，所述引燃喷嘴和所述第二引燃喷嘴被定位成使得在所述引燃火焰由所述引燃燃料流支撑并且第二引燃火焰由所述第二引燃燃料流支撑时，所述预热火焰完全地点燃所述主燃料流，并且在所述引燃火焰或所述第二引燃火焰中仅有一者存在时，所述预热火焰部分地点燃所述主燃料流。
11.根据权利要求9所述的燃烧系统，其中所述引燃喷嘴的位置可选地在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置中由所述引燃燃料流支撑的引燃火焰保持所述预热火焰以便完全地点燃所述主燃料流，在所述第二位置中由所述引燃燃料流支撑的引燃火焰保持所述预热火焰以便部分地点燃所述主燃料流。
12.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中在处于所述第一位置中时，所述引燃喷嘴相对于所述主喷嘴成第一角度，并且在处于所述第二位置中时，所述引燃喷嘴相对于所述主喷嘴成不同于所述第一角度的第二角度。
13.根据权利要求1所述的燃烧系统，包括控制器，所述控制器被配置成在所述系统中不存在火焰时停止燃料到所述主喷嘴的流动。
14.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置成在所述系统中不存在火焰时将主燃料阀保持在闭合状况下。
15.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置成控制所述点火器组件以允许燃料在启动程序期间到引燃喷嘴的流动。
16.根据权利要求15所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置成控制所述点火器组件以在所述系统中不存在火焰的情况下并且在引燃起始周期结束时闭合燃料到所述引燃喷嘴的所述流动。
17.根据权利要求13所述的燃烧系统，包括火焰传感器，所述火焰传感器被配置和定位成产生指示所述系统中存在或不存在火焰的传感器信号。
18.根据权利要求13所述的燃烧系统，包括：
火焰传感器，所述火焰传感器被配置和定位成产生指示所述主喷嘴和所述主火焰保持器的所述输入面之间存在或不存在火焰的传感器信号；和
第二火焰传感器，所述第二火焰传感器被配置和定位成产生指示由所述主火焰保持器保持的火焰存在或不存在的传感器信号。
19.根据权利要求13所述的燃烧系统，包括火焰传感器，所述火焰传感器被配置和定位成产生指示在所述主火焰保持器的所述输出面处的温度的传感器信号。
20.根据权利要求19所述的燃烧系统，其中所述火焰传感器被配置和定位成产生所述主火焰保持器的所述输出面的热图像。
21.根据权利要求19所述的燃烧系统，其中所述主喷嘴具有基本上垂直于所述主火焰保持器的所述输入面的纵向轴线。
22.一种操作燃烧系统的方法，包括：
从主喷嘴朝向主火焰保持器的输入面发射主燃料流；
在所述主喷嘴和所述主火焰保持器的所述输入面之间点燃由所述主燃料流支撑的预热火焰；
控制所述预热火焰以完全地点燃所述主燃料流；以及
控制所述预热火焰以部分地点燃所述主燃料流。
23.根据权利要求22所述的方法，包括基本上在所述主火焰保持器的所述输入面和所述主火焰保持器的与所述输入面相对的输出面之间保持主燃烧反应。
24.根据权利要求23所述的方法，其中基本上在所述输入面和所述输出面之间保持所述主燃烧反应包括基本上在延伸穿过所述输入面和所述输出面之间的所述主火焰保持器的多个孔内保持所述燃烧反应。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述点燃所述主喷嘴和所述输入面之间的预热火焰包括在被选择成点燃所述主燃料流的位置中在所述主喷嘴和所述输入面之间的位置中保持引燃火焰邻近所述主燃料流。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述控制所述预热火焰以部分地点燃所述主燃料流包括将所述预热火焰保持在第一位置中，从所述第一位置所述主燃料流在到达所述主火焰保持器的所述输入面之前未被完全地点燃。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述控制所述预热火焰以完全地点燃所述主燃料流包括在被选择成与所述第一位置中的所述引燃火焰协作的第二位置中保持第二引燃火焰邻近所述主喷嘴和所述输入面之间的所述主燃料流以使得所述燃料流在到达所述火焰保持器的所述输入面之前被完全地点燃。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括通过熄灭或偏转所述第二引燃火焰来从控制所述预热火焰以完全地点燃所述主燃料流切换到控制所述预热火焰以部分地点燃所述主燃料流。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述控制所述预热火焰以完全地点燃所述主燃料流包括将所述预热火焰保持在第二位置中，从所述第二位置完全地点燃所述主燃料流的时间小于到所述输入面的剩余燃料流行进时间。
30.根据权利要求22所述的方法，其中在所述主火焰保持器的温度低于阈值温度时，执行控制所述预热火焰以完全地点燃所述主燃料流；
其中在所述主火焰保持器的所述温度高于所述阈值温度时，执行控制所述预热火焰以部分地点燃所述主燃料流；以及
还包括在燃烧反应由所述主火焰保持器保持之后释放所述预热火焰。
31.根据权利要求22所述的方法，包括：
监测所述燃烧系统中火焰的存在；以及
在所述燃烧系统中不存在火焰的情况下，则点燃所述预热火焰。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述监测所述燃烧系统中火焰的存在包括：
监测所述主火焰保持器的输出面的温度图；以及
基于所述温度图推断所述火焰的存在。
33.一种燃烧系统启动方法，包括：
从主燃料喷嘴朝向主火焰保持器发射主燃料流；
通过点燃并保持完全地点燃所述主燃料流的预热火焰来预热所述主火焰保持器；
在所述主火焰保持器的温度达到阈值温度之后，控制所述预热火焰以仅部分地点燃所述主燃料流；
在所述主火焰保持器中点燃主燃烧反应；以及
在点燃所述主燃烧反应之后，停止点燃所述预热火焰。
34.根据权利要求33所述的方法，其中：
点燃并保持完全地点燃所述主燃料流的预热火焰包括将第一引燃火焰和第二引燃火焰保持在邻近所述主燃料流的不同侧并且在所述不同侧上的位置中；以及
其中控制所述预热火焰以仅部分地点燃所述主燃料流包括熄灭或偏转所述引燃火焰中的一者以停止点燃所述主燃料流。
35.根据权利要求33所述的方法，其中：
所述点燃并保持完全地点燃所述主燃料流的预热火焰包括将引燃火焰保持在邻近所述主燃料流的第一位置中，从所述第一位置在到达所述主火焰保持器之前所述预热火焰完全地点燃所述主燃料流；以及
所述控制所述预热火焰以仅部分地点燃所述主燃料流包括将所述引燃火焰保持在邻近所述主燃料流的第二位置中，从所述第二位置在到达所述主火焰保持器的所述输入面之前小于整个所述主燃料流被点燃。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述控制所述预热火焰以仅部分地点燃所述主燃料流包括将引燃燃料喷嘴从对应于所述引燃火焰的所述第一位置的位置移动到对应于由所述引燃燃料喷嘴支撑的所述引燃火焰的所述第二位置的位置。
37.根据权利要求33所述的方法，包括在发射主燃料流之前：
发射引燃燃料流；
点燃引燃火焰；以及
确认所述引燃火焰的点燃。
38.根据权利要求37所述的方法，其中：
发射引燃燃料流包括发射第一引燃燃料流和第二引燃燃料流；
其中点燃引燃火焰包括点燃由所述第一引燃燃料流支撑的第一引燃火焰，以及点燃由所述第二引燃燃料流支撑的第二引燃火焰；以及
其中确认所述引燃火焰的点燃包括确认所述第一引燃火焰和所述第二引燃火焰的所述点燃。
39.根据权利要求33所述的方法，包括在所述燃烧系统中不存在火焰的情况下停止所述主燃料流的所述发射。
40.根据权利要求39所述的方法，包括监测所述燃烧系统是否存在所述火焰。
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