CN108291717A - 瓷砖组之间具有间隙的穿孔火焰保持器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧系统，所述燃烧系统包括输出燃料和氧化剂的燃料和氧化剂源(101)、第一穿孔火焰保持器(102)以及通过间隙(105)与所述第一穿孔火焰保持器分开的第二穿孔火焰保持器(102)。所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器维持所述燃料和氧化剂在所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器内的燃烧反应。

Description

瓷砖组之间具有间隙的穿孔火焰保持器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2016年1月13日提交的名称为“PERFORATED FLAME HOLDER WITH GAPSBETWEEN TILE GROUPS”的美国临时专利申请号62/278,350(代理人案卷号2651-298-02)的优先权权益；并且本申请要求2016年9月13日提交的名称为“PLUG AND PLAY BURNER WITHA PERFORATED FLAME HOLDER”的美国临时专利申请号62/394,110(代理人案卷号2651-320-02)的优先权权益；并且本申请要求2016年10月21日提交的名称为“PLUG AND PLAYENHANCEMENTS”的美国临时专利申请号62/411,374(代理人案卷号2651-321-02)的优先权权益；以上每个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。
发明内容
根据一个实施方案，一种燃烧系统包括被配置成输出燃料和氧化剂的燃料和氧化剂源。该燃烧系统还包括第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器。该第一穿孔火焰保持器被设置成接收燃料和氧化剂的第一部分，并且支持燃料和氧化剂在该穿孔火焰保持器内的第一燃烧反应。该第二穿孔火焰保持器被设置成接收燃料和氧化剂的第二部分，并且支持燃料和氧化剂的第二燃烧反应，该第一穿孔火焰保持器和该第二穿孔火焰保持器由间隙分开。在一个实施方案中，接收的燃料/空气混合物对向所述间隙。经过或通过该间隙的该燃料空气混合物的一部分在氮氧化物NOx或一氧化碳CO输出没有显著增加的情况下燃烧。
根据一个实施方案，方法包括支撑在炉容积中彼此分开并且通过间隙分开的第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器。该方法包括将燃料和氧化剂从燃料和氧化剂源输出到第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器上。该方法还包括在第一穿孔火焰保持器内维持燃料和氧化剂的第一燃烧反应，并且在第二穿孔火焰保持器内保持燃料和氧化剂的第二燃烧反应。
根据一个实施方案，燃烧系统包括火焰保持器组件，该火焰保持器组件定位在炉容积中。该火焰保持器组件包括多个穿孔火焰保持器，该多个穿孔火焰保持器被定位成接收来自燃料和氧化剂源的燃料和氧化剂流，并且在穿孔火焰保持器之内、之间、上游和下游保持燃料和氧化剂的燃烧反应。该火焰保持器组件包括陶瓷支撑结构，该陶瓷支撑结构操作地联接到炉容积内的穿孔火焰保持器并且被配置成对穿孔火焰保持器进行支撑。
根据一个实施方案，方法包括将穿孔火焰保持器阵列支撑在一个或多个燃料喷嘴上方。该方法包括输出氧化剂和燃料流，该燃料流包含来自一个或多个燃料喷嘴的到穿孔火焰保持器上的燃料。该方法还包括在穿孔火焰保持器之间、上游、下游和之内支持燃料和氧化剂的燃烧反应。
根据一个实施方案，模块化燃烧器包括可配置用于附接到炉壁的金属凸缘。该金属凸缘包括内表面和外表面，并且限定了在内表面与外表面之间穿过该凸缘的凸缘孔。多个支腿各自操作地联接到金属凸缘并且从金属凸缘向内延伸。每个支腿至少部分地由陶瓷材料形成。穿孔火焰保持器操作地联接到多个支腿中的每个支腿，使得所述支腿在距金属凸缘的一定距离处共同支撑该穿孔火焰保持器。该穿孔火焰保持器可包括输入表面和输出表面。该穿孔火焰保持器可由陶瓷材料形成。燃烧空气活门操作地联接到金属凸缘并且邻近该金属凸缘的外表面设置。燃烧空气活门被配置成控制穿过凸缘孔到穿孔火焰保持器的燃烧空气的流动。燃料输送系统包括多个燃料喷嘴，并且被配置成朝向穿孔火焰保持器的输入表面输送气体燃料。穿孔火焰保持器被配置成保持由气体燃料和燃烧空气的混合物支持的燃烧反应。在一个实施方案中，多个支腿和穿孔火焰保持器被配置用于通过炉壁中的孔而插入。在一个实施方案中，孔可具有19英寸或更大的直径。
附图说明
图1是根据一个实施方案的燃烧系统的框图。
图2是根据一个实施方案的包括穿孔火焰保持器的燃烧系统的图。
图3是根据一个实施方案的穿孔火焰保持器的剖视图。
图4是根据一个实施方案的用于操作包括穿孔火焰保持器的燃烧系统的过程的流程图。
图5A是根据一个实施方案的包括由间隙分开的穿孔火焰保持器的燃烧系统的图。
图5B是根据一个实施方案的图5A的穿孔火焰保持器的顶视图。
图6是根据一个实施方案的包括由间隙分开的三个穿孔火焰保持器的燃烧系统的图。
图7是根据一个实施方案的操作燃烧系统的方法的流程图。
图8A是根据一个实施方案的包括由支撑结构支撑的穿孔火焰保持器的模块化燃烧器的图。
图8B是根据各实施方案的图8A的模块化燃烧器的图，包括图8A的模块化燃烧器的多个视图。
图9A是根据一个实施方案的燃烧系统的图示。
图9B是根据一个实施方案的图9A的处于预热状态的燃烧系统的图示。
图9C是根据一个实施方案的图9A的燃烧系统的图示。
图9D是根据一个实施方案的图9A的燃烧系统的一部分的放大视图。
图10A是根据一个实施方案的包括火焰保持器组件的燃烧系统的透视图。
图10B是根据一个实施方案的图10A的火焰保持器组件的剖视图。
图10C是根据一个实施方案的图10A的火焰保持器组件的上部部分的放大视图。
图11A是根据一个实施方案的包括火焰保持器组件的燃烧系统的图。
图11B是根据一个实施方案的图11A的火焰保持器组件的支腿的分解图。
图12A是根据一个实施方案的包括被配置成保持燃烧反应的穿孔火焰保持器的燃烧器系统的简化图。
图12B是根据一个实施方案的图12A的穿孔火焰保持器的一部分的侧面剖面图。
图13是根据一个实施方案的操作燃烧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、附图和权利要求书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是根据一个实施方案的燃烧系统100的框图。燃烧系统100包括燃料和氧化剂源101、穿孔火焰保持器102和支撑结构103。穿孔火焰保持器102由间隙105分开。穿孔火焰保持器102和支撑结构103定位在炉容积106中。
燃料和氧化剂源101被配置成将燃料和氧化剂输出到穿孔火焰保持器102上。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102主要维持穿孔火焰保持器102内的燃料和氧化剂的燃烧反应。另选地或除此之外，穿孔火焰保持器102可维持穿孔火焰保持器102之内、之间、上游和下游的燃料和氧化剂的燃烧反应。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102各自包括第一面、第二面以及在第一面与第二面之间延伸的多个穿孔。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102各自包括网状陶瓷砖。
支撑结构103将穿孔火焰保持器102保持在相对于燃料和氧化剂源101且相对于彼此的选定位置处。具体地，支撑结构103支撑穿孔火焰保持器102、具有将穿孔火焰保持器102彼此分开的间隙105。
根据一个实施方案，间隙105可有助于将穿孔火焰保持器102保持在选定的温度范围内。在一些情况下，穿孔火焰保持器102可能变得太热。这可能导致不期望的排放的输出的増加。根据一个实施方案，间隙105有助于冷却穿孔火焰保持器102。
已发现，如果间隙105足够小，则燃料和氧化剂不会穿过间隙105。根据一个实施方案，间隙105为穿孔火焰保持器102的两个穿孔的宽度。这可对应于大约在0.5英寸与2英寸之间的距离。如果存在2英寸或更小的间隙，则由于穿孔火焰保持器102的现在暴露的边缘上的额外冷却，可降低穿孔火焰保持器102的温度。此外，如果间隙小于2英寸，则间隙105中几乎没有或没有燃料滑动。这部分地由于存在小间隙105，所以在燃料和氧化剂自始至终经过间隙105之前，存在足够的热量来引起燃料和氧化剂燃烧。此外，间隙105的存在不会导致CO或UCH的排放显著増加。在一个实施方案中，接收的燃料/氧化剂混合物对向间隙105。经过或通过间隙105的燃料空气混合物的一部分在NOx或CO输出没有显著增加的情况下燃烧。
根据一个实施方案，在穿孔火焰保持器102中存在具有降低温度的许多优点。这些优点可包括穿孔火焰保持器102的较长寿命、穿孔火焰保持器102的加热容量和热密度増加、较低的NOx排放、降低或甚至消除上游火焰传播以及其他可能的益处。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102中的每一个可包括多个单独的穿孔火焰保持器瓷砖。具体地，每个穿孔火焰保持器102可包括邻近彼此定位的相应一组单独的穿孔火焰保持器瓷砖。间隙105可将所述组穿孔火焰保持器瓷砖彼此分开。每个穿孔火焰保持器瓷砖可为多孔陶瓷砖。每个穿孔火焰保持器102可包括单个多孔陶瓷砖或一组多孔陶瓷砖。支撑结构103可包括穿孔火焰保持器102搁置在其上的陶瓷支撑构件的阵列。支撑构件可包含可承受燃烧环境内的高温的碳化硅或另一种耐火材料。支撑结构103可包括大间隙，燃料和氧化剂可穿过该大间隙进入穿孔火焰保持器102中或者进入间隙105中。支撑构件可固定到炉壁或者可为支撑结构103的联接到炉底或搁置在炉底上的部分。根据一个实施方案，支撑构件可包括陶瓷杆、条、板条或板。
根据一个实施方案，支撑结构103可包括一根或多根陶瓷管。穿孔火焰保持器102可定位在一根或多根陶瓷管的顶部上，使得陶瓷管支撑穿孔火焰保持器102。根据一个实施方案，一根或多根陶瓷管可包括熔融石英管。根据一个实施方案，一根或多根陶瓷管可包括碳化硅管。
根据一个实施方案，陶瓷管可为有助于冷却穿孔火焰保持器102的冷却管。冷却流体可穿过冷却管。冷却流体通过将来自穿孔火焰保持器102的热传递到冷却流体来冷却穿孔火焰保持器102。另选地，陶瓷管可运送被配置成由穿孔火焰保持器102加热的工作流体。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，可实现支撑结构103的许多其他构型。
根据一个实施方案，支撑结构103和穿孔火焰保持器102是在非常高的温度设置下耐用的完全陶瓷材料。火焰保持器组件104适于放置在非常高的温度环境中，因为较弱的胶粘剂或金属部件不用于将陶瓷支撑结构103的各个部件与穿孔火焰保持器102固定在一起。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102之间的间隙可影响燃烧系统100的整体压降。穿孔火焰保持器102之间的间距可基于诸如燃料成分、加热容量、降燃要求等的操作条件来修改。例如，天然气燃料与氢气共混物相比可能需要穿孔火焰保持器102之间更小的间隙。此外，在较热的炉中的穿孔火焰保持器102之间具有较小的间隙可能是有利的。相邻穿孔火焰保持器102之间的间隙可基于燃烧系统103的各种条件来选择。
根据一个实施方案，燃料和氧化剂源101可包括燃料源和氧化剂源，燃料源和氧化剂源彼此分开但是共同为炉容积106提供燃料和氧化剂。根据一个实施方案，燃料源可包括一个或多个燃料喷嘴。例如，燃烧系统100可包括用于每个穿孔火焰保持器102或者甚至用于在一组穿孔火焰保持器瓷砖中的每个穿孔火焰保持器瓷砖的燃料喷嘴。每个燃料喷嘴可包括多个排气口，燃料和氧化剂可通过该排气口输出到穿孔火焰保持器102。
根据一个实施方案，燃料源可包括除燃料喷嘴之外的燃料源。燃料源被配置成将燃料输出到穿孔火焰保持器102上。
根据一个实施方案，氧化剂源可包括鼓风机或侧面安装的空气活门、圆筒活门、强制通风喷射器或者适用于向炉容积106提供氧化剂的其他氧化剂源。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102和支撑结构103可统称为穿孔火焰保持器组件104。
根据一个实施方案，燃烧系统100可包括多于两个穿孔火焰保持器102。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可以各种布置来进行支撑。例如，燃烧系统可包括面向燃料和氧化剂源定向的一个或多个第一穿孔火焰保持器102。燃烧系统还可包括一个或多个第二穿孔火焰保持器102，其被定位成具有横向于或基本上垂直于第一穿孔火焰保持器的取向的取向。
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。
根据各实施方案，燃烧器系统200包括被设置成将燃料和氧化剂输出到炉容积204中以形成燃料和氧化剂混合物206的燃料和氧化剂源101。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，否则术语炉容积、燃烧室、炉容积等应被认为是同义的。穿孔火焰保持器102被设置在炉容积204中，并且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，多个穿孔对齐以接收来自燃料和氧化剂源101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101的输出面214、以及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101输出到炉容积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之间被转化成燃烧产物。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。另选地，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输出到炉容积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101还可包括被配置成输出燃料的燃料喷嘴218以及被配置成输出包含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燃烧空气，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。除此之外或另选地，(特别是当鼓风机用于递送包含在燃烧空气中的氧化剂时)，氧化剂或燃烧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。除此之外或另选地，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101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，燃烧空气)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炉容积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101的鼓风机。
支撑结构222可被配置成例如从炉容积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101支撑穿孔火焰保持器102。另选地，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可小于炉容积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与炉容积壁(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。另选地，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。除此之外或另选地，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。根据一个实施方案，“略微贫燃”可指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。这种效果可以另选地或除此之外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，燃烧空气)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。燃料可挟带燃烧空气(或另选地，燃烧空气可稀释燃料)，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。除此之外或另选地，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包括操作地联接到穿孔火焰保持器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101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，燃烧空气)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，燃烧空气)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到加热器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。根据一个实施方案，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到电阻加热器的开关。
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。另选地，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。除此之外或另选地，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到控制器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到控制电路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可操作地联接到控制器230，并且被配置成控制燃料向燃料和氧化剂源101的流动。除此之外或另选地，氧化剂鼓风机或阻尼器238可操作地联接到控制器230，并且被配置成控制氧化剂(或燃烧空气)的流动。
传感器234还可包括操作地联接到控制电路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到燃料和氧化剂源101的燃料的流动。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5A是根据一个实施方案的燃烧系统500的图。燃烧系统500包括燃料和氧化剂源101、穿孔火焰保持器102和支撑管503。
燃料和氧化剂源101将燃料和氧化剂206输出到穿孔火焰保持器102上。燃料和氧化剂206进入穿孔火焰保持器102的穿孔中。穿孔火焰保持器102支持穿孔火焰保持器102的穿孔内的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
穿孔火焰保持器102中的每一个包括接合在一起的多个单独的穿孔火焰保持器瓷砖507。因此，每个穿孔火焰保持器102可被视为一组穿孔火焰保持器瓷砖507。穿孔火焰保持器瓷砖507可通过诸如灰泥的粘合剂接合在一起，或者在没有任何粘合剂的情况下仅仅被放置成彼此接触。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，存在许多方法来接合单独的穿孔火焰保持器瓷砖507。所有此类接合单独的穿孔火焰保持器瓷砖507的其他方法均落入本公开的范围内。
根据一个实施方案，每个穿孔火焰保持器瓷砖507可为多孔陶瓷砖。多孔陶瓷砖可包括网状陶瓷砖。另选地，多孔陶瓷砖包括在多孔陶瓷砖的输入面与输出面之间基本平行延伸的穿孔。
穿孔火焰保持器102由支撑管503支撑。支撑管503例如是可承受非常高温环境的碳化硅或熔融石英管。另选地，支撑管503可包含能够承受非常高温的其他耐火材料。管503之间的间隙允许燃料和氧化剂206进入穿孔火焰保持器102的穿孔中。
根据一个实施方案，支撑管503可为中空管，其允许冷却流体穿过其中。冷却流体可用于冷却穿孔火焰保持器102，以帮助将穿孔火焰保持器102的温度维持在选定温度范围内。冷却流体可为空气、水或者任何其他合适的冷却流体。另选地，支撑管503可使工作流体穿过其中。工作流体可由穿孔火焰保持器102加热。
图5B是根据一个实施方案的图5A的燃烧系统500的穿孔火焰保持器102的顶视图。穿孔火焰保持器102中的每一个包括九块瓷砖507。穿孔火焰保持器瓷砖507中的每一个都搁置在一组管503上。穿孔火焰保持器102通过间隙105彼此分开。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器瓷砖507中的每一个为不同的穿孔火焰保持器102。当穿孔火焰保持器瓷砖507接合在一起以形成穿孔火焰保持器102时，穿孔火焰保持器102可被描述为由间隙105分开的相应组穿孔火焰保持器102。
根据一个实施方案，燃料和氧化剂源101可包括燃料源和单独的氧化剂源。例如，燃料和氧化剂源101可包括一个或多个燃料喷嘴，该燃料喷嘴向穿孔火焰保持器102输出燃料。燃料和氧化剂源101还可包括氧化剂源，所述氧化剂源将氧化剂引入炉容积中。当燃料朝向穿孔火焰保持器102行进时，来自一个或多个燃料喷嘴的燃料与氧化剂混合。因此，燃料和氧化剂206可包括在朝向穿孔火焰保持器102行进时挟带氧化剂的燃料流。
图6是根据一个实施方案的燃烧系统的图。燃烧系统600包括三个燃料喷嘴618和三个穿孔火焰保持器102。燃烧系统600还包括氧化剂源220。
氧化剂源220将氧化剂引入炉容积中。燃料喷嘴618各自将燃料流206输出到相应一个穿孔火焰保持器102上。当燃料流206朝向穿孔火焰保持器102行进时，燃料流206与氧化剂混合。燃料和氧化剂206进入穿孔火焰保持器102中。穿孔火焰保持器102支持穿孔火焰保持器102内的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
穿孔火焰保持器102中的每一个包括接合在一起的多个单独的穿孔火焰保持器瓷砖507。因此，每个穿孔火焰保持器102可被视为一组穿孔火焰保持器102。穿孔火焰保持器瓷砖507可通过诸如灰泥的粘合剂接合在一起，或者在没有任何粘合剂的情况下仅仅被放置成彼此接触。
图7是根据一个实施方案的操作燃烧系统的方法700的流程图。在702处，所述方法将第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器支撑在炉容积中并且将其通过间隙彼此分开。第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器被定位成从燃料和氧化剂源接收燃料和氧化剂。在704处，该方法将燃料和氧化剂从燃料和氧化剂源输出到第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器上。燃料和氧化剂进入穿孔火焰保持器的穿孔中。在706处，该方法维持第一穿孔火焰保持器内的燃料和氧化剂的第一燃烧反应。在708处，该方法维持第二穿孔火焰保持器内的燃料和氧化剂的第二燃烧反应。
穿孔火焰保持器技术解决了与先前的燃烧器技术相关联的问题、将氮氧化物(NOx)的排放降低到非常低的水平、同时提高了燃料效率和过程吞吐量、开拓了经济上有利的环保合规的新时代。
与当前的燃烧器技术不同，穿孔火焰保持器模块化燃烧器产品线提供了唯一的燃烧器设计，所述燃烧器设计可消除火焰加热器设备处理管上的火焰冲击从而大大増强管寿命。
图8A是根据一个实施方案的包括由支撑结构803支撑的穿孔火焰保持器102的模块化燃烧器100的图。穿孔火焰保持器102可由多块瓷砖807形成。
图8B包括根据实施方案的图8A的模块化燃烧器800的多个视图837、839、841和843。视图837、839、841和843包括以英寸给出的尺寸。
参见图8A和8B，模块化燃烧器包括可配置用于附接到炉壁的金属凸缘838。金属凸缘838包括内表面和外表面。金属凸缘838可限定在内表面与外表面之间穿过凸缘的凸缘孔。支撑结构803包括各自操作地联接到金属凸缘838并且从金属凸缘838向内延伸的多个支腿840，每个支腿840至少部分地由陶瓷材料形成。穿孔火焰保持器102由多个支腿840中的每个支腿支撑并且操作地联接到所述多个支腿中的每个支腿，使得支腿840在距金属凸缘838的一定距离处共同支撑穿孔火焰保持器102。穿孔火焰保持器102包括输入表面和输出表面。穿孔火焰保持器102由陶瓷材料形成。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102由碳化硅瓷砖807形成横向约六英寸×六英寸，并且厚度约两英寸。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102由氧化锆瓷砖807形成横向约四英寸×四英寸，并且厚度约一英寸。可选地，穿孔火焰保持器102的瓷砖807可由间隙分开105，间隙的宽度在四分之一英寸与一英寸之间。可选地，穿孔火焰保持器102可形成为是非平面的。
燃烧空气活门842操作地联接到凸缘838并且邻近凸缘838的外表面设置。燃烧空气活门842被配置成控制穿过所述凸缘孔到达所述穿孔火焰保持器102的燃烧空气的流动。包括多个燃料喷嘴818的燃料输送系统被配置成朝向所述穿孔火焰保持器102的输入表面输送气体燃料。穿孔火焰保持器102被配置成保持由气体燃料和燃烧空气的混合物支持的燃烧反应535。
在一个实施方案中，多个支腿840和穿孔火焰保持器102被配置用于通过所述炉壁中的具有19英寸或更大直径的孔而插入。
金属凸缘838可被配置用于通过在金属凸缘838中钻出安装孔来附接到特定的炉壁，以使特定炉外周中的安装孔的位置与炉壁孔匹配。
支腿840中的每一个可形成为陶瓷管。支腿840可由碳化硅形成。在另一个实施方案中，支腿840由氧化锆形成。在一个实施方案中，支腿840中的每一个的长度为48英寸。
多个金属支撑焊件(未示出)可联接到凸缘。金属支撑焊件中的每一个可支撑对应一个支腿840。
如上所述，穿孔火焰保持器102可包括多块瓷砖807。每块瓷砖的尺寸可为约六英寸×六英寸，并且厚度约两英寸。每块瓷砖807可包括从输入面到输出面穿过瓷砖的多个细长孔，所述孔以每平方英寸90个细长孔的密度在输入面和输出面处形成，并且该细长孔形成瓷砖容积的约50％。例如，细长孔可形成瓷砖容积的51％(0.51的空隙率)。
根据一个实施方案，每块瓷砖807可包括网状陶瓷砖。
燃料系统可包括平行于多个支腿840的多根立管846。每根立管846支撑具有渐缩尖端的燃料喷嘴818。立管846和支腿840的平行布置可使燃料喷嘴818的尖端下方和穿孔火焰保持器102下方的任何涡旋形成最小化。最小化涡旋可有助于防止从穿孔火焰保持器102朝向燃料喷嘴818的尖端的回火。根据一个实施方案，存在八个喷嘴818成环。在其他实施方案中，喷嘴818的数量可减少并且间隔开以减少穿孔火焰保持器102下方的交叉点火。
图9A是根据一个实施方案的燃烧系统900的图示。燃烧系统900包括定位在炉容积906中的火焰保持器组件904。火焰保持器组件904包括布置成阵列的多个穿孔火焰保持器102a、102b。穿孔火焰保持器102a、102b的阵列包括在火焰保持器组件904的顶部处的第一组穿孔火焰保持器102a，并且被定向成相应的输入面面向炉底950。穿孔火焰保持器102a、102b的阵列包括第二组穿孔火焰保持器102b，其各自被定位成基本上垂直于燃料流(参见图9C中的燃料流906)的主方向并且共同布置在燃料流906的周围。穿孔火焰保持器102a、102b通过间隙105彼此间隔开。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可各自包括多孔陶瓷砖。每块多孔陶瓷砖可为网状陶瓷砖。另选地，根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102各自包括第一面、第二面以及在第一面与第二面之间延伸的多个穿孔。
尽管在图9A-9D中未示出，但是火焰保持器组件904可包括支撑处于图9A-9D中所示的位置的穿孔火焰保持器102a、102b的陶瓷支撑结构。
根据一个实施方案，燃烧系统900包括定位在炉底950中的喉衬952。喉衬952限定孔948。喉衬952可放置在炉底950中的更大的孔953中以有效地减小较大孔953的直径。
根据一个实施方案，除炉底950之外，喉衬952可放置在炉壁中。例如，在水平燃烧器中，可使燃烧系统900的取向从图9A-9D中所示的角度旋转90度，使得喉衬将放置在炉的垂直壁中。因此，除炉底之外，喉衬可根据燃烧系统的取向放置在炉壁中。
根据一个实施方案，燃烧系统900包括多个燃料喷嘴918，该多个燃料喷嘴定位在炉容积906中并且联接到突起穿过孔948的燃料立管946。根据一个实施方案，燃烧系统900还包括预热燃料喷嘴954，该预热燃料喷嘴定位在突起穿过孔948的预热燃料立管955上。根据一个实施方案，预热火焰保持器突起穿过孔。
根据一个实施方案，燃烧系统900可包括圆筒活门956，该圆筒活门包括一个或多个孔957，该孔被配置成通过喉衬952的孔948将氧化剂引入炉容积906中。
图9B是处于预热状态的燃烧系统900的图示。在预热状态下，预热燃料喷嘴954支持预热火焰958。预热火焰958在多孔穿孔火焰保持器102a、102b附近扩展。预热火焰958对穿孔火焰保持器102a、02b进行加热。当预热火焰958已将穿孔火焰保持器102a、102b加热至阈值温度时，预热火焰958被熄灭，并且燃烧系统900进入标准操作状态。
图9C是处于标准操作状态的燃烧系统900的图示。在标准操作状态下，燃料喷嘴918将燃料流206输出到火焰保持器组件904的穿孔火焰保持器102a上。此外，一些燃料和氧化剂206向穿孔火焰保持器102b发散。穿孔火焰保持器102a、102b保持穿孔火焰保持器102a、102b之内、之间、上游和下游的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。因此，燃烧反应535的一部分可发生在穿孔火焰保持器102a、102b之间的间隙105中。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a、102b主要维持穿孔火焰保持器102a、102b内的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
根据一个实施方案，预热火焰958可充当燃料流206的引燃火焰，其中燃料同时从所有燃料喷嘴918中输出。
图9D是根据一个实施方案的图9A-9C的处于标准操作状态的燃烧系统900的一部分的放大视图。图9D的放大视图示出了喉衬952对燃烧系统900具有的一些效果。
根据一个实施方案，圆筒活门956通过孔957引入氧化剂959。氧化剂959随后穿过喉衬952的孔948并进入燃烧容积906中。
根据一个实施方案，当氧化剂穿过孔948进入炉容积906中时，氧化剂959的速度増加。速度的増加是由于喉衬952限定了孔948的原因，该孔具有与空气输送系统的其他非加压部分相比更低的流体流动的横截面面积。氧化剂进入由圆筒活门限定的相对宽的空间，并且随后穿过喉衬952的窄孔948。因此，当氧化剂穿过窄孔948时，氧化剂959的速度増加。
根据一个实施方案，氧化剂959的速度的増加可具有若干益处。在氧化剂959进入燃烧容积906中时，氧化剂959以高速通过燃料立管946。氧化剂959以高速遇到燃料流206，从而増强燃料流206和氧化剂959的混合。燃料流206和氧化剂959的増强混合可产生更清洁的燃烧反应535。
根据一个实施方案，氧化剂959的増大速度还可抑制燃烧反应535朝向燃料喷嘴918回火。这是因为氧化剂959的増大速度导致氧化剂959和燃料流206的混合物的速度的对应増加。燃料和氧化剂混合物的速度的増加降低了朝向燃料喷嘴918回火的风险。
根据一个实施方案，喉衬952包含陶瓷材料。根据一个实施方案，喉衬包含金属。
根据一个实施方案，喉衬952可联接到本文所述的各种支撑结构的支腿。
根据一个实施方案，喉衬952防止氧化剂除了穿过孔948之外穿过孔953。
根据一个实施方案，喉衬952的面向炉容积906的表面与炉壁950的面向炉容积的表面齐平。
根据一个实施方案，孔948具有圆形横截面。根据一个实施方案，喉衬的外径大于或等于19英寸。
图10A-10C是根据一个实施方案的包括火焰保持器组件1004的燃烧系统1000的各种视图。图10A是根据一个实施方案的燃烧系统的透视图。图10B是根据一个实施方案的燃烧系统1000的剖视图。图10C是根据一个实施方案的火焰保持器组件的上部部分的放大视图。
参考图10A-10C，火焰保持器组件1004包括由陶瓷支撑结构1003支撑的多个穿孔火焰保持器102a、102b。尽管在图10A-10C中未示出，但是燃烧系统1000包括一个或多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴被配置成将燃料流从炉底950附近的位置发射到多个穿孔火焰保持器102a、102b上。
根据一个实施方案，火焰保持器组件1004的阵列包括布置在横向于燃料流206的流动方向的平面中的第一组多孔瓷砖102a。第一组穿孔火焰保持器102a包括六块矩形瓷砖102a以及各自定位在火焰保持器组件1004顶部附近并且位于平行于炉底950的平面中的中心星形穿孔火焰保持器102a。
根据一个实施方案，火焰保持器组件1004包括定位在第一组穿孔火焰保持器102a下方的第二组穿孔火焰保持器102b。第二组穿孔火焰保持器102b包括六个穿孔火焰保持器102b，所述六个穿孔火焰保持器被布置成基本上平行于燃料流206的主方向并且被定位成当燃料流206接近第一组穿孔火焰保持器102a时围绕燃料流206。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可为多孔陶瓷砖，诸如网状陶瓷砖。根据一个实施方案，网状陶瓷砖包含氧化锆。根据一个实施方案，网状陶瓷砖包含碳化硅。根据一个实施方案，每平方英寸表面积的网状陶瓷砖包括约10个孔。
根据一个实施方案，每个穿孔火焰保持器102包括输入面、输出面以及各自在输入面与输出面之间延伸的多个穿孔。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可包含陶瓷材料，诸如氧化锆或碳化硅。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可包含陶瓷材料。根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可为完全陶瓷的。根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可包含碳化硅。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可包括多个支腿840。支腿840可安装在圆筒活门956上或者联接到圆筒活门956。另选地，支腿840可安装在另一合适的结构上或者联接到另一合适的结构。
根据一个实施方案，支腿840可包括中空圆柱体。根据一个实施方案，支腿840可在炉底950上方延伸40”至50”。根据一个实施方案，支腿具有约21/2英寸的直径。按照本公开，本领域的技术人员将理解，支腿840可包括除附图所示和本文所述之外的尺寸、材料和形状。所有此类其他形状、材料和尺寸均在本公开的范围内。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003包括多个支撑杆1062，该多个支撑杆被配置成支撑火焰保持器组件1004的顶部附近的第一组穿孔火焰保持器102a。第一组穿孔火焰保持器102a搁置在支撑杆1062的顶部上。支撑杆1062可包括被配置成稳定地容纳第一组穿孔火焰保持器102的凹槽、凹口或狭槽。因此，根据一个实施方案，第一组穿孔火焰保持器102可稳定地支撑在支撑杆1062上，而无需水泥或其他工具来将第一组穿孔火焰保持器102固定到支撑杆1062。
根据一个实施方案，支撑杆1062在横向于燃料喷嘴918的轴线的方向上延伸。换句话说，如果支腿840从炉底950垂直延伸，则支撑杆1062在与炉底950平行的方向上延伸。根据一个实施方案，支撑杆1062中的一个或多个可在垂直于支撑杆1062中的另一个的方向上延伸，同时仍然平行于炉底950延伸。
根据一个实施方案，支撑杆1062可联接到支腿840并且由支腿840支撑。具体地，支腿840可包括凹槽、狭槽、孔或凹口，其中支撑杆1062可搁置并由支腿840支撑。根据一个实施方案，支撑杆1062可经由支腿840中的凹槽、狭槽、孔或凹口来支撑并且稳定地联接到支腿840，而无需水泥或其他工具来将支撑杆1062固定到支腿840。支撑杆1062还可包括附加的火焰保持机构。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003包括被配置成联接到支撑杆1062的端部部分的多个端板1064。端板1064可包括孔，支撑杆1062的端部部分可延伸穿过所述孔。支撑杆1062的端部部分可包括能够稳定地容纳端板1064的凹口。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可包括各自在两个相邻支腿840之间延伸的多个第一板条1066。每个第一板条1066支撑第二组穿孔火焰保持器102中的穿孔火焰保持器102b。具体地，每个第二组穿孔火焰保持器102b垂直地位于第一板条1066上。
根据一个实施方案，支腿840可包括附加凹口、狭槽、组或孔以支撑并保持第一板条1066。根据一个实施方案，第一板条1066中的两个或更多个相对于彼此垂直偏移，使得两个第一板条1066的延伸到同一支腿840的内部中的相应部分将不会彼此干扰。换句话说，两个第一板条1066的垂直偏移可使得能够在同一支腿840内容纳第一板条1066的端部部分。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003可包括成对布置的多个第二板条1068。每对第二板条1068被定位成支撑并限制第二组穿孔火焰保持器102中的相应的穿孔火焰保持器102b。第二板条1068各自在两个相邻支腿840之间延伸。支腿840可包括与第二板条1068稳定联接的孔、凹口、凹槽或狭槽。第二板条1068还可包括凹口或凹槽以实现与支腿840的稳定联接。
根据一个实施方案，每对第二板条1068定位在第二组穿孔火焰保持器102中的相应的穿孔火焰保持器102b的上端附近。一对中的一个第二板条1068被定位在穿孔火焰保持器102b与燃料流206之间。该对中的另一个第二板条1068被定位在穿孔火焰保持器102b的相对侧上，使得穿孔火焰保持器102b在任一方向上都无法从第一板条1066脱落。
根据一个实施方案，第一板条1066和第二板条1068可包含碳化硅。
根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1003包括定位在穿孔火焰保持器102b与燃料喷嘴918之间的第二杆1070的阵列。多个第二杆1070横向于燃料流206的方向并且平行于炉底950延伸。第二杆1070可以交叉方式来布置并且/或者平行于前述支撑杆1062以对齐或交错布置的方式来布置。
根据一个实施方案，第二杆1070被定位成使得在燃料流206朝向第一组穿孔火焰保持器102a行进时，燃料流206围绕第二杆1070流动。第二杆1070干扰燃料流206并且产生钝体效应，该钝体效应可増强燃料和氧化剂206的燃烧反应的稳定性并提供二次稳定机制。钝体效应也可减少朝向燃料喷嘴918的回火。
根据一个实施方案，第二杆1070具有圆形横截面。另选地，第二杆1070可具有其他横截面，诸如矩形横截面、六边形横截面、锥形横截面等。根据一个实施方案，第二杆1070具有约四分之三英寸的直径。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，第二杆1070可具有不同于本文所述的其他形状、尺寸和取向。所有此类其他形状、尺寸和取向均在本公开的范围内。
根据一个实施方案，燃烧系统1000包括定位在炉底950下方的圆筒活门956。圆筒活门956是经由孔948将氧化剂排放到燃烧环境中的氧化剂源。圆筒活门956可包括各自具有孔的两个同心圆柱体。两个同心圆柱体的越多孔对齐，进入燃烧环境中的氧化剂的流速就越高。如图所示，圆筒活门956包括矩形孔。
根据一个实施方案，燃烧系统1000可包括喉衬952。具体地，炉底950可具有相对大的孔，以用于将燃料和氧化剂206输入到燃烧环境中。喉衬952被配置成定位在炉底950的孔内。喉衬952包括其自己的孔948，该孔的直径小于喉衬952所位于的炉底950中的原始孔的直径。因此，喉衬952具有减小炉底950中的孔尺寸的效果，燃料和氧化剂206被通过所述孔引入燃烧环境中。孔948相对于炉底950中的原始孔的减小尺寸限制了燃料和氧化剂206通过其流入炉容积106中的区域。考虑到燃料和氧化剂206的特定质量流速，孔的较小横截面面积与较大横截面面积的孔相比将导致燃料和氧化剂206的速度的増加。燃料和氧化剂206的增加的速度可尤其是在使用高度反应性的燃料(诸如氢气)时有助于维持燃烧反应535的稳定性并且避免回火。
根据一个实施方案，喉衬952和孔948可基本上如关于图9A-9D所述的起作用。此外，尽管在图10A-10C中未示出，但是燃烧系统1000可包括突起穿过孔948并且具有联接到其的燃料喷嘴918的燃料立管946。
根据一个实施方案，燃烧系统1000包括定位在圆筒活门956下方的燃料歧管1072。尽管在图10A-10C中未示出，但是燃烧系统1000可包括在从燃料歧管1072向上延伸的立管上的多个燃料喷嘴918。燃料喷嘴918从燃料歧管1072接收燃料，并且通过孔948朝向穿孔火焰保持器102a、102b输出燃料流。
根据一个实施方案，燃料喷嘴918可定位在孔948内。根据一个实施方案，燃料喷嘴918可定位在孔948下方。根据一个实施方案，燃料喷嘴918可延伸穿过孔948。
根据一个实施方案，燃烧系统1000包括仅部分地示出于图10B中的预热燃料立管955，该预热燃料立管被配置成将火焰保持器组件1004的穿孔火焰保持器102a、102b预热到阈值温度，在该阈值温度下，穿孔火焰保持器102a、102b可支持燃料和氧化剂206的燃烧反应535。预热燃料立管955被配置成通过向预热燃料喷嘴954提供燃料来支持启动火焰，该预热燃料喷嘴被配置成输出预热燃料并维持预热火焰。预热火焰可将火焰保持器组件1004的穿孔火焰保持器102a、102b加热至阈值温度。阈值温度对应于穿孔火焰保持器102a、102b可支持氧化剂和燃料206的燃烧反应535的温度。预热燃料立管955可突起穿过孔948。
根据一个实施方案，在穿孔火焰保持器102a、102b已被加热至阈值温度之后，预热燃料立管955将预热火焰熄灭。燃料喷嘴918随后继续朝向穿孔火焰保持器102a、102b输出一个或多个燃料流206。燃料流206朝向第一组穿孔火焰保持器102a行进并且直接撞击在第一组穿孔火焰保持器102a上。根据一个实施方案，在燃料流206朝向第一组穿孔火焰保持器102a行进时，第二组穿孔火焰保持器102b被布置在燃料流周围。每个第二组穿孔火焰保持器102b被平行于燃料流206的主要行进方向布置。
根据一个实施方案，第二组穿孔火焰保持器102b被布置成捕捉从第一组穿孔火焰保持器102a的下方径向向外行进的任何未燃烧的反应物。第二组穿孔火焰保持器102b可操作来约束反应物射流扩散。这可使得将第一组穿孔火焰保持器102a放置在距燃料喷嘴918更远的距离处。
根据一个实施方案，将第一组穿孔火焰保持器102a放置在距燃料喷嘴918更远的距离处可允许使用在更热温度下燃烧的燃料，并且更积极地反应。
根据一个实施方案，燃料包括氢气。第一组穿孔火焰保持器102a和第二组穿孔火焰保持器102b的布置可使得能够使用相对热的燃烧燃料，诸如氢气。根据一个实施方案，燃料包括炼油厂气体、氢气和天然气的混合物或者其他合适的燃料。
根据一个实施方案，第一组穿孔火焰保持器102a、第二组穿孔火焰保持器102b以及第二杆1070形成在第一组穿孔火焰保持器102a和第二组穿孔火焰保持器102b与第二杆1070之间的容积中的高温区域。燃料和氧化剂206的大部分燃烧反应535可在第一组穿孔火焰保持器102a与第二组穿孔火焰保持器102b之间的这个高温区域中发生。高温区域还可提供燃烧反应535的増强的稳定性。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a、102b通过间隙105彼此分开。第一组穿孔火焰保持器102a通过间隙105彼此分开。第二组穿孔火焰保持器102b通过间隙105彼此分开。第一组穿孔火焰保持器102a通过间隙105与第二组穿孔火焰保持器102b分开。
根据一个实施方案，第一组穿孔火焰保持器102a的星形穿孔火焰保持器102a包括星形穿孔火焰保持器102a的臂之间的间隙1069。根据一个实施方案，星形穿孔火焰保持器102a可包括通过水射流而切割成星形瓷砖102a的先前的圆盘形穿孔火焰保持器102a。根据一个实施方案，中心星形瓷砖102a可包括其中形成有间隙1069的其他形状。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a、102b中的任何一个可包括形成在其中的间隙1069。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a之间的间隙可影响燃烧系统1000的整体压降。穿孔火焰保持器102a、102b之间的间距可基于诸如燃料成分、加热容量等的操作条件来修改。例如，天然气体燃料与氢气共混物相比可能需要穿孔火焰保持器102a、102b之间更小的间隙105。此外，与较热的炉相比，较冷的炉温度可能需要在穿孔火焰保持器102a、102b之间的更小的间隙105。穿孔火焰保持器102a、102b之间的相对间距可基于燃烧系统1000的各种条件来选择。
根据一个实施方案，保持在穿孔火焰保持器102a、102b之间、上游、下游和内部的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。在替代实施方案中，可主要保持穿孔火焰保持器102a、102b内的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
虽然上文已针对燃烧系统1000描述了构型、尺寸、形状、材料、部件和定位的一些实施方案，但是本领域的技术人员将认识到，按照本发明，可在燃烧系统1000中并且具体地针对火焰保持器组件1004实现许多其他形状、尺寸、构型、材料、定位和部件。所有此类其他形状、尺寸、构型、材料、定位均落入本公开的范围内。此外，按照本发明，本领域的技术人员将认识到，根据本公开的原理，不同部件以及上述部件的变型可用于燃烧系统1000。所有此类其他部件以及部件的变型均在本公开的范围内。
图11A是根据一个实施方案的火焰保持器组件1104的图。火焰保持器组件1104包括在火焰保持器组件1104顶部处的穿孔火焰保持器102a，所述穿孔火焰保持器具有孔或间隙1069形成在其中的盘形形状。火焰保持器组件1104包括定位在顶部穿孔火焰保持器102a下方的环形穿孔火焰保持器102b。火焰保持器组件1104还包括定位在环形穿孔火焰保持器102b之间的穿孔火焰保持器102c。
根据一个实施方案，火焰保持器组件1104还包括被配置成容纳多孔陶瓷砖102a-102c的陶瓷支撑结构1103。陶瓷支撑结构1103包括支腿840，该支腿各自包括在接合部1176处联接在一起的下支腿段840a和上支腿段840b。穿孔火焰保持器102a、102b和102c联接到支腿840。具体地，穿孔火焰保持器102a-102c可定位在形成在一个或多个支腿840内的狭槽1178内。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a-102c可各自包括多孔陶瓷砖。根据一个实施方案，每个多孔陶瓷砖可包括网状陶瓷砖。另选地，根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102各自包括第一面、第二面以及在第一面与第二面之间延伸的多个穿孔210。
根据一个实施方案，所有穿孔火焰保持器102-102c被配置成保持燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
根据一个实施方案，支腿840可包括通过接合部1076联接在一起的多个支腿部分840a、840b。这使得火焰保持器组件1104能够调节穿孔火焰保持器102a-102c在燃料喷嘴918上方的高度。如果期望穿孔火焰保持器102a-102c与燃料喷嘴918之间的距离较短，则下支腿段840a可在接合部1076处与上支腿段840b分离并移除。如果期望穿孔火焰保持器102a-102c与燃料喷嘴918之间的距离较大，则可添加额外的支腿区段以延长支腿840。根据一个实施方案，可存在用于三个或更多个支腿部分的多个接合部1076。根据一个实施方案，陶瓷支撑结构1103可完全由陶瓷材料制成。在一个示例中，陶瓷支撑结构1103可包含碳化硅。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a-102c可包括网状陶瓷。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a-102c可包含氧化锆。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a-102c是穿孔火焰保持器102。每个穿孔火焰保持器可包括输入表面、输出表面和在输入表面和输出表面之间延伸的多个穿孔210。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102a-102c被配置成保持穿孔火焰保持器102a-102c之内、之间、上游和下游的燃料和氧化剂206的燃烧反应535。
图11B是火焰保持器组件1104的陶瓷支撑结构1103的支腿840的分解图。支腿840包括通过接合部1076联接在一起的两个支腿部分840b、840a。顶部支腿部分840b包括用于支撑穿孔火焰保持器102a-102c的狭槽1078。
图12A是根据一个实施方案的包括另一替代的穿孔火焰保持器102的燃烧系统1200的简化透视图。穿孔火焰保持器102是多孔陶瓷砖。具体地，根据一个实施方案，图12A的穿孔火焰保持器102是包括具有分支穿孔的不连续穿孔火焰保持器主体208的网状陶瓷穿孔火焰保持器。图12B是根据一个实施方案的图12B的穿孔火焰保持器102的一部分的简化侧面剖面图。根据一个实施方案，可在本文所述的各种燃烧系统中实现图12A、12B中的网状陶瓷穿孔火焰保持器102。
参见图12A和12B，穿孔火焰保持器主体208可为不连续的。穿孔火焰保持器主体208可限定从彼此分支的穿孔210。穿孔火焰保持器主体208可包括堆叠的材料板，每个板均具有与在底下的板或压在上面的板的开口非对准的开口。“非对准”开口(下文所述)是指导致氧化流体流动路径分支化的开口。事实上，“非对准”开口可对应于彼此具有位置上的预先计划的差异的模式。使得穿孔210彼此分开的“对准”开口也可从一块材料板到另一块材料板具有位置上的预先计划的差异(或者可彼此重叠)，但是“对准”开口不引起分支化，并且因此穿孔210彼此分开。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器主体208可包含纤维1239，该纤维包括网状纤维。纤维1239可限定围绕并穿过纤维1239编织的分支穿孔208。
纤维1239可包含硅酸铝。例如，纤维1239可由挤出的莫来石或堇青石形成。在另一个实施方案中，纤维1239可包含金属。例如，纤维1239可包含不锈钢和/或金属超合金。
术语“网状纤维”指的是网状结构。根据一个实施方案，纤维1239由挤出的陶瓷材料形成。在网状纤维实施方案中，燃料和氧化剂之间的相互作用、燃烧反应以及往返穿孔火焰保持器主体208的热传递与上文关于图2-4所示和所描述的实施方案类似地起作用。活动的一个差异在于由于纤维1239形成允许在相邻穿孔之间来回流动的不连续的穿孔火焰保持器主体208而导致穿孔210之间的混合。
根据一个实施方案，网状纤维网络1239对于下游纤维足够开放以发射辐射供上游纤维接收，从而达到充分加热上游纤维以维持贫燃料和氧化剂混合物的燃烧的目的。与连续的穿孔火焰保持器主体208相比，纤维1239之间的热传导路径312由于纤维的分离而减少。这可导致相对更多的热量经由热辐射从热接收区域210(热接收区)传送至穿孔壁204的热输出区域212(热输出区)。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器102包含氧化锆。根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器为约1”×4”×4”。根据一个实施方案，每平方英寸表面积的网状陶瓷穿孔火焰保持器包括约10个孔。根据本公开的原理，其他材料和尺寸也可用于网状陶瓷穿孔火焰保持器。
图13是根据一个实施方案的操作燃烧系统的方法1300的流程图。在1302处，将氧化剂通过定位在炉壁中的喉衬的孔而传递到炉容积中。在1304处，将燃料输出到炉容积中。在1306处，至少部分支持定位在炉容积中的穿孔火焰保持器内的燃料和氧化剂的燃烧反应。
根据一个实施方案，方法1300还可包括根据权利要求148所述的方法，其中使氧化剂穿过孔包括在氧化剂穿过孔时増加氧化剂的速度。
根据一个实施方案，方法1300还可包括通过在氧化剂穿过孔时増加氧化剂的速度来増强燃料和氧化剂的混合。
根据一个实施方案，方法1300还可包括通过在氧化剂穿过孔时増加氧化剂的速度来抑制燃烧反应的回火。
根据一个实施方案，输出燃料包括经由突起穿过所述孔的一根或多根燃料立管来输出燃料。
根据一个实施方案，输出燃料包括经由各自联接到相应的燃料立管的一个或多个燃料喷嘴来输出燃料。
根据一个实施方案，方法1300还可包括通过在输出燃料之前支持燃烧容积中的预热火焰来对穿孔火焰保持器进行预热。
根据一个实施方案，支持预热火焰包括经由突起穿过所述孔的预热燃料立管来将预热燃料递送至炉容积。
根据一个实施方案，方法1300还可包括输出氧化剂，其包括将氧化剂从圆筒活门输出。
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 (157)

1.一种燃烧系统，包括：
燃料和氧化剂源，所述燃料和氧化剂源被配置成输出燃料和氧化剂；
第一穿孔火焰保持器，所述第一穿孔火焰保持器被定位成接收所述燃料和氧化剂的第一部分，并且支持所述燃料和氧化剂在所述穿孔火焰保持器内的第一燃烧反应；以及
第二穿孔火焰保持器，所述第二穿孔火焰保持器被定位成接收所述燃料和氧化剂的第二部分，并且支持所述燃料和氧化剂的第二燃烧反应，所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器由间隙分开。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，包括支撑结构，所述支撑结构将所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器支撑在所述炉容积中。
3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括多个管段，所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器被定位在所述多个管段上。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述管段是碳化硅管段。
5.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述管段各自包括被配置成使流体穿过其中的内部通道。
6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述流体是被配置成冷却所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器的冷却流体。
7.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述流体是工作流体。
8.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述管段形成单根连续管。
9.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括陶瓷结构，所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器搁置在所述陶瓷结构上。
10.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括：
第一支撑结构部分，所述第一支撑结构部分支撑所述第一穿孔火焰保持器；以及
第二支撑结构部分，所述第二支撑结构部分支撑所述第二穿孔火焰保持器。
11.根据权利要求10所述的燃烧系统，其中所述第一支撑结构部分和所述第二支撑结构部分彼此构成一体。
12.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中所述第一支撑结构部分和所述第二支撑结构部分彼此未构成一体。
13.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述第二穿孔火焰保持器包括以组的方式接合在一起的多个第一穿孔火焰保持器瓷砖。
14.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述第二穿孔火焰保持器包括以组的方式接合在一起的多个第二穿孔火焰保持器瓷砖。
15.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述间隙小于两英寸。
16.根据权利要求15所述的燃烧系统，其中所述第一穿孔火焰保持器包括：
第一面；
第二面；以及
多个穿孔，所述多个穿孔在所述第一面与所述第二面之间延伸，每个穿孔具有宽度，所述间隙小于或等于所述宽度的两倍。
17.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述间隙的宽度被选择为使得燃料和氧化剂不会完全穿过所述间隙。
18.根据权利要求1所述的燃烧系统，包括第三穿孔火焰保持器，所述第三穿孔火焰保持器被设置成接收所述燃料和氧化剂并且支持所述燃料和氧化剂的第三燃烧反应，所述第三穿孔火焰保持器通过第二间隙与所述第一穿孔火焰保持器分开。
19.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述燃料和氧化剂源包括：
第一燃料喷嘴，所述第一燃料喷嘴被配置成将燃料和氧化剂输出到所述第一穿孔火焰保持器上；以及
第二燃料喷嘴，所述第二燃料喷嘴被配置成将燃料和氧化剂输出到所述第二穿孔火焰保持器上。
20.一种方法，包括：
将第一穿孔火焰保持器和第二穿孔火焰保持器支撑在炉容积中并且通过间隙将其分开；
将燃料和氧化剂从燃料和氧化剂源输出到所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器上；
维持所述第一穿孔火焰保持器内的所述燃料和氧化剂的第一燃烧反应；以及
维持所述第二穿孔火焰保持器内的所述燃料和氧化剂的第二燃烧反应。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一穿孔火焰保持器包括多个第一穿孔火焰保持器瓷砖，所述多个第一穿孔火焰保持器瓷砖在第一组穿孔火焰保持器瓷砖中接合在一起。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一穿孔火焰保持器瓷砖中的每个包括：
第一表面，所述第一表面靠近所述燃料和氧化剂源设置；
第二表面，所述第二表面远离所述燃料和氧化剂源设置；以及
多个第一穿孔，所述多个第一穿孔在所述第一表面与所述第二表面之间延伸。
23.根据权利要求22所述的方法，其中维持所述第一燃烧反应包括维持所述第一穿孔内的所述第一燃烧反应。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二穿孔火焰保持器包括多个第二穿孔火焰保持器瓷砖，所述多个第二穿孔火焰保持器瓷砖在第二组穿孔火焰保持器瓷砖中接合在一起。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第二穿孔火焰保持器瓷砖中的每个包括：
第三表面，所述第三表面靠近所述燃料和氧化剂源设置；
第四表面，所述第四表面远离所述燃料和氧化剂源设置；以及
多个第二穿孔，所述多个第二穿孔在所述第三表面与所述第四表面之间延伸。
26.根据权利要求25所述的方法，其中维持所述第二燃烧反应包括维持所述第二穿孔内的所述第二燃烧反应。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述间隙的宽度小于或等于所述第一穿孔中的一个穿孔的宽度的两倍。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述间隙的所述宽度小于或等于两英寸。
29.根据权利要求20所述的方法，其中支撑所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器包括将所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器支撑在多个管段上。
30.根据权利要求29所述的方法，包括通过使冷却流体穿过所述管段来冷却所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述多根管一起是单根连续管。
32.根据权利要求20所述的方法，其中支撑所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器包括将所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器支撑在一个或多个陶瓷支撑结构上。
33.一种燃烧系统，包括：
燃料和氧化剂源，所述燃料和氧化剂源被配置成输出燃料和氧化剂；
支撑结构；
第一组穿孔火焰保持器，所述第一组穿孔火焰保持器接合在一起并且设置在所述支撑结构上，所述第一组穿孔火焰保持器一起包括：
第一表面，所述第一表面靠近所述燃料和氧化剂源并且被配置成接收所述燃料和氧化剂；
第二表面，所述第二表面远离所述燃料和氧化剂源；以及
多个第一穿孔，所述多个第一穿孔在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，所述第一组穿孔火焰保持器被配置成维持所述燃料和氧化剂在所述第一穿孔内的第一燃烧反应；
第二组穿孔火焰保持器，所述第二组穿孔火焰保持器接合在一起，设置在所述支撑结构上并且通过间隙与所述第一穿孔火焰保持器分开，所述第二组穿孔火焰保持器一起包括：
第三表面，所述第三表面靠近所述燃料和氧化剂源并且被配置成接收所述燃料和氧化剂；
第四表面，所述第四表面远离所述燃料和氧化剂源；以及
多个第二穿孔，所述多个第二穿孔在所述第三表面与所述第四表面之间延伸，所述第二组穿孔火焰保持器被配置成维持所述燃料和氧化剂在所述第二穿孔内的第二燃烧反应。
34.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括多个管段，其中所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器被定位在所述多个管段上。
35.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述管段是熔融石英管。
36.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述管段各自包括被配置成使流体穿过其中的内部通道。
37.根据权利要求36所述的燃烧系统，其中所述流体是被配置成冷却所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器的冷却流体。
38.根据权利要求36所述的燃烧系统，其中所述流体是工作流体。
39.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述管段形成单根连续管。
40.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括陶瓷结构，所述第一穿孔火焰保持器和所述第二穿孔火焰保持器搁置在所述陶瓷结构上。
41.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述支撑结构包括：
第一支撑结构部分，所述第一支撑结构部分支撑所述第一穿孔火焰保持器；以及
第二支撑结构部分，所述第二支撑结构部分支撑所述第二穿孔火焰保持器。
42.根据权利要求41所述的燃烧系统，其中所述第一支撑结构部分和所述第二支撑结构部分彼此构成一体。
43.根据权利要求42所述的燃烧系统，其中所述第一支撑结构部分和所述第二支撑结构部分彼此未构成一体。
44.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述间隙的宽度被选择为使得燃料和氧化剂不会完全穿过所述间隙。
45.根据权利要求33所述的燃烧系统，包括第三组穿孔火焰保持器，所述第三组穿孔火焰保持器接合在一起，设置在所述支撑结构上并且通过第二间隙与所述第一穿孔火焰保持器分开，所述第三组穿孔火焰保持器一起包括：
第五表面，所述第五表面靠近所述燃料和氧化剂源并且被配置成接收所述燃料和氧化剂；
第六表面，所述第六表面远离所述燃料和氧化剂源；以及
多个第三穿孔，所述多个第三穿孔在所述第五表面与所述第六表面之间延伸，所述第三组穿孔火焰保持器被配置成维持所述燃料和氧化剂在所述第三穿孔内的第三燃烧反应。
46.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述燃料和氧化剂源包括：
第一燃料喷嘴，所述第一燃料喷嘴被配置成将燃料和氧化剂输出到所述第一穿孔火焰保持器上；以及
第二燃料喷嘴，所述第二燃料喷嘴被配置成将燃料和氧化剂输出到所述第二穿孔火焰保持器上。
47.一种模块化燃烧器，包括：
金属凸缘，所述金属凸缘被配置用于附接到炉壁，所述金属凸缘具有内表面和外表面，所述金属凸缘限定了穿过所述内表面与所述外表面之间的所述金属凸缘的凸缘孔；
多个支腿，所述多个支腿各自操作地联接到所述金属凸缘并且从所述凸缘向内延伸，每个支腿至少部分地由陶瓷材料形成；
穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器操作地联接到所述多个支腿中的每个支腿，使得所述支腿在距所述金属凸缘的一定距离处共同支撑所述穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器包括输入表面和输出表面，所述穿孔火焰保持器由陶瓷材料形成；
燃烧空气活门，所述燃烧空气活门操作地联接到所述凸缘并且邻近所述凸缘的所述外表面设置，所述燃烧空气活门被配置成控制通过所述凸缘孔到所述穿孔火焰保持器的燃烧空气的流动；以及
燃料输送系统，所述燃料输送系统包括多个燃料喷嘴，并且被配置成朝向所述穿孔火焰保持器的所述输入表面输送气体燃料；
其中所述穿孔火焰保持器被配置成保持由所述气体燃料和所述燃烧空气的混合物支持的燃烧反应。
48.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述多个支腿和所述穿孔火焰保持器被配置用于通过炉壁中的具有19英寸或更大直径的孔而插入。
49.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述金属凸缘被配置用于通过在所述金属凸缘中钻出安装孔来附接到特定的炉壁，以使所述特定炉外周中的安装孔的位置与炉壁孔匹配。
50.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述支腿中的每个支腿都是陶瓷管。
51.根据权利要求50所述的模块化燃烧器，其中所述支腿由碳化硅形成。
52.根据权利要求50所述的模块化燃烧器，其中所述支腿由氧化锆形成。
53.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述穿孔火焰保持器由碳化硅形成。
54.根据权利要求53所述的模块化燃烧器，其中所述穿孔火焰保持器由氧化锆形成。
55.根据权利要求53所述的模块化燃烧器，其中所述支腿中的每个的长度都为48英寸。
56.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，还包括：
多个金属支撑焊件，所述多个金属支撑焊件联接到所述金属凸缘；
其中所述金属支撑焊件中的每个都支撑对应一个所述支腿。
57.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述穿孔火焰保持器包括多块瓷砖；并且
其中每块瓷砖的尺寸都约为六英寸×六英寸，并且厚度约两英寸；
其中每块瓷砖包括从所述输入面到所述输出面穿过所述瓷砖的多个细长孔，所述孔以每平方英寸90个细长孔的密度在所述输入面和所述输出面处形成，并且所述细长孔形成所述瓷砖容积的约50％。
58.根据权利要求57所述的模块化燃烧器，其中所述细长孔形成所述瓷砖容积的51％。
59.根据权利要求47所述的模块化燃烧器，其中所述燃料系统包括平行于所述多个支腿的多根立管，每根立管支撑渐缩的喷嘴尖端；
由此所述燃料系统和所述支腿使所述喷嘴尖端下方的任何涡旋的形成最小化。
60.一种系统，包括：
燃料源，所述燃料源被配置成输出包含燃料的燃料流；
氧化剂源，所述氧化剂源被配置成输出氧化剂；以及
火焰保持器组件，包括：
多孔陶瓷砖的阵列，所述多孔陶瓷砖的阵列被定位成接收所述燃料流并且在所述多孔陶瓷砖之间、上游、下游和之内支持所述燃料和氧化剂的燃烧反应；以及
陶瓷支撑结构，所述陶瓷支撑结构联接到所述多孔陶瓷砖并且被配置成支撑所述多孔陶瓷砖。
61.根据权利要求60所述的系统，其中所述燃料喷嘴在朝向所述多孔陶瓷砖的主方向上输出所述燃料流。
62.根据权利要求61所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖的阵列包括布置在横向于所述燃料流的主要行进方向的平面中的第一组多孔陶瓷砖，所述第一组多孔陶瓷砖被定位成接收所述燃料流。
63.根据权利要求62所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖的阵列包括基本上平行于所述燃料流的所述主方向布置的第二组多孔陶瓷砖并且围绕所述燃料流。
64.根据权利要求60所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖包括网状陶瓷砖。
65.根据权利要求60所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖包含氧化锆。
66.根据权利要求60所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖包含碳化硅。
67.根据权利要求60所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包含碳化硅。
68.根据权利要求60所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包含氧化锆。
69.根据权利要求60所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包括多个支腿，所述多个支腿被配置成将所述多孔陶瓷砖支撑在所述燃料喷嘴上方。
70.根据权利要求69所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包括多个支撑杆，所述多个支撑杆被配置成支撑所述多孔陶瓷砖阵列中的第一组多孔陶瓷砖。
71.根据权利要求70所述的系统，其中所述支撑杆中的一个或多个包括凹槽，所述凹槽被配置成稳定地容纳所述第一组的所述多孔陶瓷砖中的一个或多个。
72.根据权利要求71所述的系统，其中所述支撑杆在横向于所述燃料流的主方向的方向上延伸。
73.根据权利要求72所述的系统，其中所述第一组的所述多孔陶瓷砖面向所述燃料喷嘴。
74.根据权利要求71所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包括多个端板，所述多个端板各自被配置成支撑所述支撑杆中的一个或多个的端部部分。
75.根据权利要求74所述的系统，其中每个端板包括至少一个孔，所述至少一个孔被配置成支撑所述一个或多个支撑杆的所述端部部分。
76.根据权利要求75所述的系统，其中每个端部部分包括凹口，所述凹口被配置成稳定地联接到所述孔。
77.根据权利要求76所述的系统，其中所述支腿中的一个或多个包括被配置成保持所述支撑杆中的一个的相应的第一狭槽。
78.根据权利要求69所述的系统，还包括多个第一板条，所述第一板条各自在两个相邻支腿之间延伸。
79.根据权利要求78所述的系统，进一步地其中所述多孔陶瓷砖的阵列包括第二组多孔陶瓷砖，所述第二组多孔陶瓷砖各自定位在相应的第一板条上并且由相应的第一板条进行支撑。
80.根据权利要求79所述的系统，其中所述第一板条中的两个或多个相对于彼此垂直偏移。
81.根据权利要求80所述的系统，其中每个支腿包括一个或多个狭槽，所述一个或多个狭槽被配置成支撑一个或多个第一板条。
82.根据权利要求81所述的系统，其中所述第一板条包含碳化硅。
83.根据权利要求79所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包括成对布置的多个第二板条，每对第二板条都被联接到所述支腿中的一个或多个，并且被配置成将所述第二组多孔陶瓷砖中的相应的多孔陶瓷砖限制在所述对第二板条之间。
84.根据权利要求83所述的系统，其中所述支腿各自包括一个或多个第二狭槽，所述一个或多个第二狭槽被配置成支撑一个或多个第二板条。
85.根据权利要求83所述的系统，其中所述第二板条包含陶瓷材料。
86.根据权利要求85所述的系统，其中所述第二板条包含碳化硅。
87.根据权利要求86所述的系统，其中所述第二组的所述多孔陶瓷砖平行于所述燃料流定向。
88.根据权利要求87所述的系统，其中所述第二组的所述多孔陶瓷砖与所述第一组的所述多孔陶瓷砖相比更靠近所述燃料喷嘴。
89.根据权利要求88所述的系统，其中所述陶瓷支撑结构包括定位在所述第二组多孔陶瓷砖与所述燃料喷嘴之间的第二杆的阵列。
90.根据权利要求89所述的系统，其中所述第二杆横向于所述燃料流延伸。
91.根据权利要求90所述的系统，其中所述第二杆被定位成在所述燃料流朝向所述第一组多孔陶瓷砖行进时中断所述燃料流。
92.根据权利要求91所述的系统，其中所述第二杆具有圆形横截面。
93.根据权利要求91所述的系统，其中所述第二杆为陶瓷材料。
94.根据权利要求91所述的系统，其中所述第二杆为氧化锆。
95.根据权利要求69所述的系统，其中所述氧化剂源包括圆筒活门，所述圆筒活门被配置成将所述氧化剂输出到燃烧容积中，所述火焰保持器组件被定位在所述燃烧容积中。
96.根据权利要求69所述的系统，其中所述火焰保持器组件被联接到所述圆筒活门。
97.根据权利要求96所述的系统，其中所述圆筒活门被定位在所述底部下方。
98.根据权利要求97所述的系统，包括定位在所述炉底中的孔中的喉衬。
99.根据权利要求98所述的系统，其中所述喉衬包括第二孔，所述第二孔比所述第一孔更窄。
100.根据权利要求99所述的系统，其中所述燃料喷嘴突起穿过所述第二孔。
101.根据权利要求99所述的系统，其中所述燃料喷嘴通过所述第二孔输出所述燃料流。
102.根据权利要求99所述的系统，其中所述氧化剂源通过所述第二孔将氧化剂输出到所述燃烧容积中。
103.根据权利要求99所述的系统，还包括多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴被配置成将包括所述燃料的燃料流输出到所述多孔陶瓷砖上。
104.根据权利要求103所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴通过所述第二孔输出所述燃料流。
105.根据权利要求103所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴突起穿过所述第二孔。
106.根据权利要求103所述的系统，还包括燃料歧管，所述燃料歧管被配置成将所述燃料供应到所述多个燃料喷嘴。
107.根据权利要求99所述的系统，还包括预热机构，所述预热机构被配置成将所述火焰保持器组件的所述多孔陶瓷砖预热至阈值温度，在所述阈值温度下所述多孔陶瓷砖可支持所述燃料和氧化剂的燃烧反应。
108.根据权利要求107所述的系统，其中所述预热机构包括预热燃料喷嘴，所述预热燃料喷嘴被配置成支持启动火焰。
109.根据权利要求108所述的系统，其中所述启动火焰被配置成将所述多孔陶瓷砖预热至所述阈值温度。
110.根据权利要求107所述的系统，其中所述燃料喷嘴被配置成在已将所述多孔陶瓷砖预热至所述阈值温度之后输出所述燃料流。
111.根据权利要求60所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖的厚度约1英寸。
112.根据权利要求111所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖的宽度约4英寸。
113.根据权利要求60所述的系统，其中每平方英寸的所述多孔陶瓷砖包括约10个孔。
114.根据权利要求60所述的系统，其中所述多孔陶瓷砖包括穿孔火焰保持器。
115.根据权利要求60所述的系统，其中每个穿孔火焰保持器包括：
输入表面；
输出表面；以及
多个穿孔，所述多个穿孔在所述输入表面和所述输出表面之间延伸。
116.根据权利要求115所述的系统，其中所述穿孔基本上是直的。
117.根据权利要求115所述的系统，其中所述穿孔具有矩形横截面。
118.一种方法，包括：
将多孔陶瓷砖阵列支撑在一个或多个燃料喷嘴上方；
输出氧化剂；
将包括燃料的燃料流从所述一个或多个燃料喷嘴输出到所述多孔陶瓷砖上；
在所述多孔陶瓷砖的上游、下游、之间和之内支持所述燃料和氧化剂的燃烧反应。
119.根据权利要求118所述的方法，其中所述多孔陶瓷砖是网状陶瓷砖。
120.根据权利要求118所述的方法，其中所述多孔陶瓷砖为氧化锆。
121.根据权利要求118所述的方法，其中支撑所述多孔陶瓷砖的阵列包括用陶瓷支撑结构来支撑所述多孔陶瓷砖的阵列。
122.根据权利要求121所述的方法，其中所述陶瓷支撑结构为碳化硅。
123.一种系统，包括：
喉衬，所述喉衬被定位在炉壁中并且限定了孔；
氧化剂源，所述氧化剂源被配置成通过所述孔将氧化剂输出到炉容积中；以及
燃料源，所述燃料源被配置成将燃料输出到所述炉容积中；以及
穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器被定位在所述炉容积中并且被对准以接收所述燃料和氧化剂，所述穿孔火焰保持器被配置成支持至少部分在所述穿孔火焰保持器内的所述燃料和氧化剂的燃烧反应。
124.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬包含陶瓷材料。
125.根据权利要求124所述的系统，其中所述喉衬包含金属。
126.根据权利要求123所述的系统，其中所述燃料源包括突起穿过所述孔进入所述炉容积中的一根或多根燃料立管。
127.根据权利要求126所述的系统，其中所述燃料源包括一个或多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴各自联接到相应的燃料立管并且被配置成将所述燃料输出到所述炉容积中。
128.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬被配置成通过在所述氧化剂穿过所述孔时増加所述氧化剂的速度来増强所述燃料和氧化剂的混合。
129.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬被定位在所述炉壁中的开口中，并且有效地减小了所述炉壁中所述开口的直径。
130.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬通过在所述氧化剂穿过所述孔时増加所述氧化剂的速度来抑制所述燃烧反应的回火。
131.根据权利要求130所述的系统，其中提高所述氧化剂的所述速度对应于使所述氧化剂以比在不存在所述喉衬的情况下所述氧化剂穿过所述炉壁中的所述开口的速度更高的速度进入所述炉容积中。
132.根据权利要求123所述的系统，其中所述氧化剂源包括空气活门。
133.根据权利要求123所述的系统，其中所述氧化剂源包括圆筒活门。
134.根据权利要求133所述的系统，其中所述喉衬被定位在所述圆筒活门与所述炉容积之间。
135.根据权利要求123所述的系统，其中所述炉壁为炉底。
136.根据权利要求123所述的系统，其中所述氧化剂包括燃烧空气。
137.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬防止氧化剂除了穿过所述孔之外穿过所述炉壁中的所述开口。
138.根据权利要求137所述的系统，其中所述喉衬面向所述炉容积的表面与所述炉壁面向所述炉容积的表面齐平。
139.根据权利要求123所述的系统，其中所述孔具有圆形横截面。
140.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬是环形的。
141.根据权利要求123所述的系统，其中所述穿孔火焰保持器包括网状陶瓷砖。
142.根据权利要求141所述的系统，其中所述网状陶瓷砖包含氧化锆。
143.根据权利要求123所述的系统，其中所述穿孔火焰保持器包括多个穿孔，所述多个穿孔在所述穿孔火焰保持器的输入面与输出面之间基本上彼此平行地延伸。
144.根据权利要求123所述的系统，还包括多个穿孔火焰保持器，所述多个穿孔火焰保持器对准以接收所述燃料和氧化剂并且通过间隙彼此分开，所述穿孔火焰保持器被配置成在所述穿孔火焰保持器之间、上游、下游和之内支持所述燃料和氧化剂的燃烧反应。
145.根据权利要求123所述的系统，其中所述喉衬的外径大于或等于19英寸。
146.根据权利要求145所述的系统，其中所述孔的直径小于19英寸。
147.根据权利要求123所述的系统，还包括预热燃料立管，所述预热燃料立管突起穿过所述孔并且被配置成通过输出预热燃料来支持所述炉容积中的预热火焰。
148.一种方法，包括：
将氧化剂通过定位在炉壁中的喉衬的孔而传递到炉容积中；
将燃料输出到所述炉容积中；以及
至少部分支持定位在所述炉容积中的穿孔火焰保持器内的所述燃料和氧化剂的燃烧反应。
149.根据权利要求148所述的方法，其中使所述氧化剂穿过所述孔包括在所述氧化剂穿过所述孔时増加所述氧化剂的速度。
150.根据权利要求148所述的方法，还包括通过在所述氧化剂穿过所述孔时増加所述氧化剂的速度来増强所述燃料和氧化剂的混合。
151.根据权利要求148所述的方法，还包括通过在所述氧化剂穿过所述孔时増加所述氧化剂的速度来抑制所述燃烧反应的回火。
152.根据权利要求148所述的方法，其中输出所述燃料包括经由突起穿过所述孔的一根或多根燃料立管来输出所述燃料。
153.根据权利要求152所述的方法，其中输出所述燃料包括经由各自联接到相应的燃料立管的一个或多个燃料喷嘴来输出所述燃料。
154.根据权利要求148所述的方法，还包括通过在输出所述燃料之前支持所述燃烧容积中的预热火焰来对所述穿孔火焰保持器进行预热。
155.根据权利要求154所述的方法，其中支持所述预热火焰包括经由突起穿过所述孔的预热燃料立管来将预热燃料递送至所述炉容积。
156.根据权利要求148所述的方法，其中输出所述氧化剂包括将所述氧化剂从圆筒活门输出。
157.根据权利要求156所述的方法，其中所述喉衬被定位在所述圆筒活门与所述炉容积之间。
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