CN110199153B - 具有穿孔火焰保持器和涡流稳定的预热火焰的燃烧系统 - Google Patents

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CN110199153B CN201880006808.7A CN201880006808A CN110199153B CN 110199153 B CN110199153 B CN 110199153B CN 201880006808 A CN201880006808 A CN 201880006808A CN 110199153 B CN110199153 B CN 110199153B
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Abstract

本发明提供了一种燃烧系统，所述燃烧系统用预热燃料和氧化剂支撑涡流稳定的预热火焰。所述燃烧系统用所述预热火焰预热穿孔火焰保持器。在所述穿孔火焰保持器已被预热至所述阈值温度之后，所述燃烧系统输出主燃料。所述穿孔火焰保持器接纳所述主燃料和所述氧化剂的混合物并支撑所述主燃料和所述氧化剂的燃烧反应。

Description

具有穿孔火焰保持器和涡流稳定的预热火焰的燃烧系统
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2017年3月2日提交的名称为“COMBUSTION SYSTEM WITH PERFORATEDFLAME HOLDER AND SWIRL STABILIZED PREHEATING FLAME”的美国临时专利申请号62/466,111(代理人案卷号2651-288-02)的优先权权益；并且本申请要求2017年3月2日提交的名称为“FUEL NOZZLE WITH AUGMENTED FUEL/AIR MIXING”的美国临时专利申请号62/466,123(代理人案卷号2651-290-02)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，燃烧系统包括定位在炉容积中的穿孔火焰保持器、被配置成将氧化剂输出到炉容积中的氧化剂源，以及被配置成在燃烧系统的预热操作状态期间将预热燃料输出到炉容积中的一个或多个预热燃料分配器。所述一个或多个预热燃料分配器被配置成支撑预热燃料和氧化剂的涡流稳定的预热火焰。燃烧系统还包括一个或多个主燃料分配器，所述一个或多个主燃料分配器定位在一个或多个预热燃料分配器外围，并且被配置成在燃烧系统的标准操作状态期间将主燃料输出到炉容积中。穿孔火焰保持器被定位成在预热状态期间由预热火焰预热，并且在标准操作状态期间接纳主燃料和氧化剂的混合物。穿孔火焰保持器被配置成在穿孔火焰保持器内保持燃料和氧化剂的燃烧反应。
根据一个实施方案，用于操作燃烧系统的方法包括将氧化剂输出到炉容积中并且将预热燃料输出到炉容积中。该方法包括支撑预热燃料和氧化剂的涡流稳定的预热火焰，以及用预热火焰预热穿孔火焰保持器。该方法还包括将主燃料输出到炉容积中，在穿孔火焰保持器中接纳主燃料和氧化剂的混合物，以及在穿孔火焰保持器中支撑主燃料和氧化剂的燃烧反应。
附图说明
图1A为根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统的框图。
图1B为根据一个实施方案的处于标准操作状态的图1A的燃烧系统的框图。
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流程图，其示出了用于操作包括图1至图3的穿孔火焰保持器的燃烧器系统的方法。
图5A至图5H为根据一个实施方案的处于各种操作状态的燃烧系统的图示。
图6A至图6D为根据一个实施方案的处于各种操作状态的燃烧系统的图示。
图7A至图7D为根据一个实施方案的处于各种操作状态的燃烧系统的图示。
图8A至图8D为根据一个实施方案的处于各种操作状态的燃烧系统的图示。
图9为根据一个实施方案的燃烧器的顶视图。
图10A为根据一个实施方案的处于未组装状态的预热燃料分配器的各种部件的透视图。
图10B为根据一个实施方案的处于组装状态的图10A的预热燃料分配器的剖视图。
图11A为根据一个实施方案的处于未组装状态的圆筒活门和喉衬的透视图。
图11B为根据一个实施方案的燃烧系统的侧视图，该燃烧系统包括图11A的圆筒活门和喉衬。
图11C为根据一个实施方案的图11B的燃烧系统的剖视图。
图11D为根据一个实施方案的处于预热状态的图11B的燃烧系统的剖视图。
图11E为根据一个实施方案的处于标准操作状态的图11B的燃烧系统的剖视图。
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为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为根据一个实施方案的用于操作燃烧系统的过程的流程图。
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。在不脱离本发明的实质或范围的前提下，可采用其他实施方案和/或可进行其他更改。
图1A为根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统100的框图。燃烧系统100包括定位在炉容积101中的穿孔火焰保持器102、一个或多个主燃料分配器104，以及一个或多个预热燃料分配器106。主燃料分配器104被定位在预热燃料分配器106外围。燃烧系统100还包括氧化剂源108。
在预热状态下，氧化剂源108将氧化剂110输出到炉容积101中。预热燃料分配器106将预热燃料112输出到炉容积101中。预热燃料分配器106向预热燃料112和氧化剂110中的至少一者施加涡流运动。预热燃料分配器106用预热燃料112和氧化剂110支撑涡流稳定的预热火焰114。
根据一个实施方案，当氧化剂110邻近或穿过预热燃料分配器106时，预热燃料分配器106向氧化剂110施加涡流运动。涡流氧化剂110与预热燃料112相互作用并且与预热燃料112混合。氧化剂110的涡流运动增强了氧化剂110和预热燃料112的混合。燃烧系统100点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至氧化剂110的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定。涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器106和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。根据一个实施方案，涡流稳定的预热火焰114可保持在稳定位置，而无需附加的火焰保持结构以将预热火焰114保持在稳定位置。
根据一个实施方案，预热燃料分配器106以涡流运动将预热燃料112输出到炉容积101中。涡流预热燃料112与氧化剂110混合。预热燃料112的涡流运动增强了氧化剂110和预热燃料112的混合。燃烧系统100点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至预热燃料112的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定，使得涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器106和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。
根据一个实施方案，预热燃料分配器106向氧化剂110和预热燃料112两者施加涡流运动。氧化剂110和预热燃料112两者的涡流运动导致预热燃料112和氧化剂110的混合增强。燃烧系统100点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至预热燃料112和氧化剂110的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定，使得涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器106和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102被定位成被预热火焰114预热。具体地讲，穿孔火焰保持器102接纳来自预热火焰114的热量。穿孔火焰保持器102所接纳的热量将穿孔火焰保持器102预热至阈值温度，为燃烧系统100进入标准操作状态做准备。阈值温度对应于穿孔火焰保持器102可在穿孔火焰保持器102内维持主燃料和氧化剂110的燃烧反应的温度。
图1B为根据一个实施方案的处于标准操作状态的燃烧系统100的框图。在标准操作状态下，预热燃料分配器106已停止输出预热燃料112，从而将预热火焰114移除。在标准操作状态下，主燃料分配器104将主燃料116输出到炉容积101中。在标准操作状态下，氧化剂源108继续将氧化剂110输出到炉容积101中。
根据一个实施方案，主燃料116在炉容积101中与氧化剂110混合。穿孔火焰保持器102被定位成接纳主燃料116和氧化剂110的混合物。因为穿孔火焰保持器102已在预热状态期间预热至阈值温度，所以穿孔火焰保持器102处于足以维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118的温度。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102至少部分地在穿孔火焰保持器102内维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。穿孔火焰保持器102还可在穿孔火焰保持器102的外部邻近穿孔火焰保持器102维持燃烧反应118。例如，穿孔火焰保持器102可在穿孔火焰保持器102的下游、上游和/或侧面上维持燃烧反应118。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可主要在穿孔火焰保持器102内保持燃烧反应118，同时还在穿孔火焰保持器102的外部保持燃烧反应118的一部分。
根据一个实施方案，主燃料分配器104向氧化剂110和主燃料116中的一者或两者施加涡流运动。主燃料分配器104可施加比由预热燃料分配器106施加的涡流运动更不明显的涡流运动。当主燃料116向穿孔火焰保持器102行进时，由主燃料分配器104施加的涡流运动可导致氧化剂110和主燃料116的混合增强。增强的混合可使穿孔火焰保持器102比在不存在涡流运动时可能的情况下更靠近主燃料分配器104放置。这是因为由主燃料分配器104施加的涡流运动可使主燃料116和氧化剂110能够在较短的距离内混合，从而使穿孔火焰保持器102能够维持燃烧反应118。由于主燃料116和氧化剂110可在较短距离内混合，因此穿孔火焰保持器102可定位成比在其他可能的情况下更靠近主燃料分配器104。这继而可实现更紧凑和有效的燃烧系统100。
根据一个实施方案，主燃料分配器104被定位在预热燃料分配器106外围。因此，根据一个实施方案，主燃料分配器104可被定位成使得主燃料分配器104共同围绕预热燃料分配器106。根据一个实施方案，燃烧系统100可包括多个预热燃料分配器106。主燃料分配器104可共同横向围绕所述多个预热燃料分配器106。
虽然以上描述已描述了单独的预热燃料112和主燃料116，但是预热燃料112和主燃料116可为相同类型的燃料。例如，单个燃料源可将燃料供应到预热燃料分配器106以及主燃料分配器104。通过在燃烧系统100的各种操作状态中选择性地打开和关闭阀门，燃料源可选择性地向主燃料分配器和预热燃料分配器供应燃料。另选地，预热燃料112和主燃料116可以是不同的燃料。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102包括从穿孔火焰保持器102的输入表面延伸到输出表面的多个平行穿孔。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器是网状陶瓷穿孔火焰保持器。
根据一个实施方案，燃烧系统100包括多个穿孔火焰保持器102，所述多个穿孔火焰保持器各自被定位成在预热状态下由预热火焰114预热并且在标准操作状态下支撑主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。根据一个实施方案，可通过多个间隙将穿孔火焰保持器102隔开。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可在穿孔火焰保持器102的上游、下游及其间支撑燃烧反应。
按照本公开，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的前提下，可根据本公开的原理在燃烧系统100中使用除上述那些之外的结构、部件、组合和过程。
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的从中试到全面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的检测不到的(少于1ppm)浓度。在工业炉应用的典型堆叠温度(1400-1600°F)下，在3％(干燥)氧气(O2)浓度和检测不到的一氧化碳(CO)下测得这些显著的结果。此外，这些结果不需要任何特别的举措，诸如选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、水/蒸汽注入、外部烟道气再循环(FGR)或常规燃烧器甚至为了接近此类洁净燃烧而可能需要的其他极端条件。
根据实施方案，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，否则术语燃烧容积、燃烧室、炉体积等应被认为是同义的。穿孔火焰保持器102被设置在燃烧容积204中，并且被定位成接纳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纳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、雾化的液体和/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可由被设置成接纳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，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处接纳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，在瞬态期间，诸如在穿孔火焰保持器102被充分加热前，或如果将过高(冷)负荷置于系统上，则燃烧可从穿孔火焰保持器102的输出面214的下游略微行进。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的上游略微行进。
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内，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从穿孔火焰保持器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可被配置成接纳来自燃烧反应302的热量并且将所接纳的热量的一部分作为热辐射304输出到燃烧容积204中或附近的热接纳结构(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将所接纳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处接纳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的热量接纳区域306中接纳来自燃烧反应302的热量。实验证据已向发明人表明，热量接纳区域306的位置或至少对应于热接纳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)。发明人设想了以下情况：在其他条件下，热量接纳区域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，热量接纳区域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，热量接纳区域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，并且将来自热量接纳区域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比热量接纳区域306更靠近输入面212。根据一种解释，穿孔火焰保持器主体208可经由热辐射(在图中示为304)将来自热量接纳区域306的热量传递至热量输出区域310。根据另一种解释，穿孔火焰保持器主体208可经由热传导沿着热传导路径312将来自热量接纳区域306的热量传递至热量输出区域310。发明人设想了以下情况：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纳区域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内。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102内。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内。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的端部。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接纳的热量更多。热量在热量接纳区域306处被接纳，由穿孔火焰保持器主体208保持，并且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中的每个穿孔通过长度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的至少四倍，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，并且维持稳定燃烧)。
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可还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。
可由穿孔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夹带氧化剂，以随着燃料射流和氧化剂沿着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夹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而夹带氧化剂以及夹带烟道气。
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处接纳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，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，并且被配置成阻止火焰回火至预混燃料和氧化剂源中。
无论是被配置用于夹带在燃烧体积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202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的至少两倍。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和燃烧容积壁(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。
在一系列的实施方案中，所述多个穿孔210中的每个穿孔具有介于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中的每个穿孔具有介于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的总容积除以包括主体208和穿孔210的穿孔火焰保持器102的总容积。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可限定蜂窝结构。蜂窝结构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结构也是已知的。
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
Figure BDA0002128057540000131
陶瓷蜂窝结构形成。
穿孔210可彼此平行并且垂直于输入面212和输出面214。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此平行并且相对于输入面212和输出面214成角度形成。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可相交。主体208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，并且可任选地还在捆绑的管之间包括空隙空间。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，并且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。可由所述多个管周边并且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空隙空间中形成。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)燃烧下限一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°F)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)，可以实现此类性能。火焰温度在略微富燃的条件下趋于峰值，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，并且因此减少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。这种效果可以另选地或除此之外降低燃烧温度并且减少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(包括氧和夹带的氮)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(和夹带的氮)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400的流程图。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，并且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，其中在穿孔火焰保持器处提供启动能量。
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，并且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离散步骤。
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。燃料可夹带燃烧空气(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。发明人已使用并且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，燃烧在穿孔火焰保持器中熄灭的情况下，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内)回到步骤410，并且继续燃烧过程。如果指示燃烧参数中的改变，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内)回到步骤410.并且继续燃烧。
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内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。
发明人已使用并且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，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可还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。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够低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可操作地联接并且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联接到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，电荷吸引导致由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可还包括电源以及在控制器230的控制下可操作的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
Figure BDA0002128057540000181
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
Figure BDA0002128057540000182
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可还包括可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202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202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，以将穿孔火焰保持器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，以响应于经由数据接口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的图示。燃烧系统500包括定位在炉容积501中的穿孔火焰保持器102。燃烧系统500包括预热燃料分配器506和定位在预热燃料分配器506外围的多个主燃料分配器504。燃烧系统500还包括主燃料源520和预热燃料源522。主燃料源520通过燃料管线527可操作地连接到主燃料分配器504。阀门526将主燃料源520连接到燃料管线527。预热燃料源522通过燃料管线529可操作地连接到预热燃料分配器506。阀门528将预热燃料源522连接到燃料管线529。燃烧系统500还包括氧化剂源108。
根据一个实施方案，燃烧系统500可在预热状态和标准操作状态下工作。在预热状态下，氧化剂源108将氧化剂110输出到炉容积501中，并且预热燃料分配器506将预热燃料112输出到炉容积501中。在预热状态下，预热燃料分配器506支撑炉容积501中的涡流稳定的预热火焰114。涡流稳定的预热火焰114将穿孔火焰保持器102预热至阈值温度。在穿孔火焰保持器102已预热至阈值温度之后，燃烧系统500通过移除涡流稳定的预热火焰114进入标准操作状态。在标准操作状态下，主燃料分配器504将主燃料输出到炉容积501中。在标准操作状态下，氧化剂源108继续将氧化剂输出到炉容积501中。穿孔火焰保持器102被定位成接纳主燃料116和氧化剂110的混合物，并且用于在穿孔火焰保持器102内支撑主燃料116和氧化剂110的燃烧反应。
图5B是根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统500的图示。在预热状态下，氧化剂源108输出氧化剂110。阀门528被打开，使得预热燃料源522可经由燃料管线529向预热燃料分配器506供应预热燃料112。预热燃料分配器506将预热燃料112输出到炉容积501中。预热燃料分配器504向预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。预热燃料分配器506支撑预热燃料112和氧化剂110的涡流稳定的预热火焰114。预热火焰114将穿孔火焰保持器102预热至阈值温度。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506包括联接到中心毂531的涡流器524。预热燃料分配器包括限定内部导管533的外壁535。涡流器524被定位成向预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。内部导管将预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者传递到涡流器524。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506向氧化剂110施加涡流运动。具体地讲，氧化剂源108输出氧化剂110。氧化剂110的一部分进入预热燃料分配器506的内部导管533。内部导管533使氧化剂110穿过涡流器524。涡流器524向氧化剂110施加涡流运动。因此，氧化剂110以涡流运动从涡流器524穿过。预热燃料分配器506还输出预热燃料112。涡流氧化剂110与预热燃料112相互作用并且与预热燃料112混合。氧化剂110的涡流运动增强了氧化剂110和预热燃料112的混合。燃烧系统500点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至氧化剂110的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定。涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器506和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。根据一个实施方案，涡流稳定的预热火焰114可保持在稳定位置，而无需附加的火焰保持结构以将预热火焰114保持在稳定位置。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506以涡流运动将预热燃料112输出到炉容积501中。例如，燃料管线529可将预热燃料112供应到涡流器524上游的内部导管533中。内部导管533使预热燃料112穿过涡流器524。当预热燃料112被传递至涡流器524时，涡流器524向预热燃料112施加涡流运动。随着预热燃料112以涡流运动输出到炉容积501中，预热燃料112与氧化剂110相互作用并与氧化剂110混合。预热燃料112的涡流运动增强了氧化剂110和预热燃料112的混合。燃烧系统500点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至预热燃料112的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定，使得涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器506和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506向氧化剂110和预热燃料112两者施加涡流运动。例如，预热燃料分配器506可将氧化剂110和预热燃料112两者传递到涡流器524。当氧化剂110和预热燃料112都穿过涡流器524时，涡流器524向氧化剂110和预热燃料112两者施加涡流运动。氧化剂110和预热燃料112两者的涡流运动导致预热燃料112和氧化剂110的混合增强。燃烧系统500点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动预热火焰114。施加至预热燃料112和氧化剂110的涡流运动导致预热火焰114涡流稳定，使得涡流稳定的预热火焰114相对于预热燃料分配器506和穿孔火焰保持器102保持在稳定位置。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506不使预热燃料112穿过涡流器524。相反，燃料管线529将预热燃料112供应到中心毂531的内部中。预热燃料112穿过中心毂531的内部并且从中心毂531的下游端部处的孔口输出。当预热燃料分配器506离开中心毂531时，预热燃料分配器可以向预热燃料112施加涡流运动，例如，通过包括在中心毂531的端部处被构造成向预热燃料112施加涡流运动的燃料喷嘴。另选地，预热燃料分配器506输出预热燃料112，而不直接向预热燃料112施加涡流运动。相反，氧化剂110的涡流运动可致使氧化剂110和预热燃料112的混合增强。氧化剂110的涡流运动可向预热燃料112施加涡流运动。
根据一个实施方案，燃烧系统500可包括定位在主燃料分配器504之间的多个预热燃料分配器506。预热燃料分配器506中的每一者可输出预热燃料112并且可向预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。所述多个预热燃料分配器506共同支撑涡流稳定的预热火焰114。
图5C为根据一个实施方案的在预热状态期间燃烧系统500的预热燃料分配器506的放大剖视图。导管533被定位成接纳氧化剂110和预热燃料112两者。具体地讲，氧化剂源108将氧化剂110输出到燃烧容积501中，使得氧化剂110的一部分进入导管533。预热燃料源522经由燃料管线529将预热燃料112供应到导管533中。预热燃料112和氧化剂110行进通过导管533并穿过涡流器524。涡流器524向预热燃料112和氧化剂110中的两者施加涡流运动。预热燃料分配器506输出氧化剂110和预热燃料112两者，并且用预热燃料112和氧化剂110支撑涡流稳定的预热火焰114。
图5D为根据另选实施方案的在预热状态期间燃烧系统500的预热燃料分配器506的放大剖视图。导管533被定位成接纳氧化剂110，如关于图5C所述。氧化剂110穿过涡流器524。涡流器524向氧化剂110施加涡流运动。预热燃料源522经由燃料管线529将预热燃料112供应到中心毂531中。中心毂531可为燃料立管。预热燃料112穿过中心毂531并且经由包括一个或多个孔口537的燃料喷嘴536从中心毂531输出。当预热燃料112从中心毂531输出时，涡流氧化剂110与预热燃料112相互作用。氧化剂110的涡流运动导致预热燃料112和氧化剂110混合。预热燃料分配器506用预热燃料112和氧化剂110支撑涡流稳定的预热火焰114。
图5E为根据另选实施方案的在预热状态期间燃烧系统500的预热燃料分配器506的放大剖视图。导管533被定位成接纳氧化剂110，如关于图5C所述。氧化剂110穿过涡流器524。涡流器524向氧化剂110施加涡流运动。预热燃料源522经由燃料管线529将预热燃料112供应到中心毂531中，如关于图5D所述。预热燃料分配器506包括联接到中心毂531的空气动力学燃料喷嘴536。空气动力学燃料喷嘴536包括多个孔口537，每个孔口可通信地联接到空气动力学燃料喷嘴536内的复合角度燃料通道。空气动力学燃料喷嘴536以涡流运动从每个孔口537输出预热燃料112。涡流预热燃料112与涡流氧化剂110相互作用。预热燃料112和涡流氧化剂110的涡流运动导致预热燃料112与氧化剂110混合。预热燃料分配器506用预热燃料112和氧化剂110支撑涡流稳定的预热火焰114。
图5F为根据一个实施方案的图5A的处于标准操作状态的燃烧系统500的图示。在标准操作状态下，预热燃料分配器506已停止输出预热燃料112，从而将涡流稳定的预热火焰114移除。这可通过关闭阀门528来实现，从而防止预热燃料源522向预热燃料分配器506和燃料管线529供应预热燃料112。在标准操作状态下，阀门526是打开的，从而使得主燃料源520能够将主燃料116供应给主燃料分配器504。在标准操作状态下，主燃料分配器504将主燃料116输出到炉容积501中。在标准操作状态下，氧化剂源108继续将氧化剂110输出到炉容积501中。
根据一个实施方案，主燃料116在炉容积501中与氧化剂110混合。穿孔火焰保持器102被定位成接纳主燃料116和氧化剂110的混合物。因为穿孔火焰保持器102已在预热状态期间预热至阈值温度，所以穿孔火焰保持器102处于足以维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118的温度。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102至少部分地在穿孔火焰保持器102内维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。穿孔火焰保持器102还可在穿孔火焰保持器102的外部邻近穿孔火焰保持器102维持燃烧反应118。例如，穿孔火焰保持器102可在穿孔火焰保持器102的下游、上游和/或侧面上维持燃烧反应118。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可主要在穿孔火焰保持器102内保持燃烧反应118，同时还在穿孔火焰保持器102的外部保持燃烧反应118的一部分。
根据一个实施方案，每个主燃料分配器504包括被构造成输出主燃料116的料流的相应燃料喷嘴。所述多个燃料喷嘴围绕预热燃料分配器506外围定位。主燃料116的每个料流与氧化剂110混合，使得穿孔火焰保持器102接纳主燃料116和氧化剂110的混合物。穿孔火焰保持器102维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
根据一个实施方案，每个主燃料分配器504对应于主燃料歧管中围绕预热燃料分配器506的孔口。燃料管线527可包括主燃料歧管或者可进料到主燃料歧管中。主燃料歧管可包括环形形状。在标准操作状态下，每个孔口输出主燃料116的料流。主燃料116的每个料流与氧化剂110混合。穿孔火焰保持器102接纳主燃料116和氧化剂110的混合物，并且维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
图5G为根据另选实施方案的处于标准操作状态的燃烧系统500的图示。在图5G中，预热燃料分配器506用预热燃料112和氧化剂110支撑涡流稳定的预热火焰114，如关于图5B所述。与图5B不同，主燃料分配器504在预热状态期间输出主燃料116。由于预热燃料分配器506支撑涡流稳定的预热火焰114，主燃料116被涡流稳定的预热火焰114点燃并且有助于涡流稳定的预热火焰114。这可导致涡流稳定的预热火焰114更均匀、更可靠且更快速地加热穿孔火焰保持器102。在穿孔火焰保持器102已被加热到阈值温度之后，燃烧系统500通过关闭阀门528退出预热阶段，使得预热燃料分配器506不再输出预热燃料112。这导致涡流稳定的预热火焰114熄灭。然后燃烧系统500进入标准操作状态，在此期间，主燃料分配器504继续输出主燃料116。然而，由于涡流稳定的预热火焰114不再存在，主燃料116不会点燃，直到主燃料116在穿孔火焰保持器102处与氧化剂110一起被接纳。
图5H为根据一个实施方案的主燃料分配器504和预热燃料分配器506的顶视图。图5G的顶视图示出了包括由主燃料歧管530围绕的涡流器524的预热燃料分配器506。多个主燃料分配器504联接到主燃料歧管530或作为主燃料歧管530的一部分。主燃料分配器504可包括联接到主燃料歧管530的燃料喷嘴。另选地，主燃料分配器504可包括主燃料歧管530中的孔口。根据一个实施方案，燃烧系统500可包括围绕预热燃料分配器506的主燃料歧管530的多个同心环。每个主燃料歧管530可包括或可联接到多个主燃料分配器504。虽然主燃料分配器504被定位在预热燃料分配器506外围，但是主燃料分配器504也可定位在预热燃料分配器506的上方、下方或大约相同的高度上。
图6A为根据一个实施方案的燃烧系统600的图示。燃烧系统600在许多方面可类似于图5A的燃烧系统500，不同的是燃烧系统600包括主燃料分配器604，其被构造成当处于标准操作状态时向主燃料116和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。
图6B为根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统600的图示。在预热状态下，氧化剂源108输出氧化剂110。阀门528被打开，使得预热燃料源522可经由燃料管线529向预热燃料分配器506供应预热燃料112。预热燃料分配器506将预热燃料112输出到炉容积601中。预热燃料分配器506向预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。预热燃料分配器506支撑预热燃料112和氧化剂110的涡流稳定的预热火焰114。涡流稳定的预热火焰114将穿孔火焰保持器102预热至阈值温度。
根据一个实施方案，在预热条件下，燃烧系统600可以与燃烧系统500基本上类似的方式工作，如关于图5B所述。预热燃料分配器506可基本上类似于如关于图5B至图5E中任一项所述的预热燃料分配器506。另选地，预热燃料分配器506可以另一种合适的方式操作以支撑涡流稳定的预热火焰114。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，预热燃料分配器506可包括除本文所述结构之外的涡流诱导结构。所有此类其他涡流诱导结构均落入本公开的范围内。
图6C为根据一个实施方案的图6A的处于标准操作状态的燃烧系统600的图示。根据一个实施方案，每个主燃料分配器604包括被构造成向主燃料116和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动的涡流器632。涡流器632联接到中心毂637。主燃料分配器604可各自包括限定导管639的外壁638，该导管将主燃料116和氧化剂110中的一者或两者传递至涡流器632。
根据一个实施方案，主燃料分配器604向氧化剂110、主燃料116，或向氧化剂110和主燃料116两者施加涡流运动，如关于图5A至图5E所述。氧化剂110和/或主燃料116的涡流运动增强了氧化剂110和主燃料116的混合。这使得主燃料116和氧化剂110在到达穿孔火焰保持器102之前在相对较短的距离内充分混合。如果主燃料116和氧化剂110在被穿孔火焰保持器102接纳时不充分混合，则穿孔火焰保持器102可能不会维持主燃料116和氧化剂110的稳定燃烧反应118。施加至氧化剂110的涡流运动增强了主燃料116和氧化剂110的混合，使得主燃料116和氧化剂110的充分混合可以在比在不存在涡流运动时发生的更短的距离内发生。这继而使得穿孔火焰保持器102比在不存在涡流运动时原本可能的情况下更靠近主燃料分配器604放置。这可导致更紧凑和有效的燃烧系统600。穿孔火焰保持器102接纳主燃料116和氧化剂110的混合物，并且支撑主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
根据一个实施方案，主燃料分配器604不同于预热燃料分配器506，因为主燃料分配器向主燃料116和/或氧化剂110施加比预热燃料分配器506向预热燃料112和/或氧化剂110施加的更小程度的涡流。例如，涡流器524可产生介于约0.6和1.0之间的涡流数。涡流器632可产生小于0.6的涡流数。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102至少部分地在穿孔火焰保持器102内维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。穿孔火焰保持器102还可在穿孔火焰保持器102的外部邻近穿孔火焰保持器102维持燃烧反应118。例如，穿孔火焰保持器102可在穿孔火焰保持器102的下游、上游、内部和/或侧面上维持燃烧反应118。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可主要在穿孔火焰保持器102内保持燃烧反应118，同时还在穿孔火焰保持器102的外部保持燃烧反应118的一部分。
图6D为根据一个实施方案的燃烧系统600的主燃料分配器604和预热燃料分配器506的顶视图。图6D的顶视图示出了多个主燃料分配器604被定位在预热燃料分配器506外围。具体地讲，主燃料分配器604横向围绕预热燃料分配器506。主燃料分配器604可被定位成高于预热燃料分配器506，低于预热燃料分配器506，或基本上与预热燃料分配器506平齐。
图7A为根据一个实施方案的燃烧系统700的图示。燃烧系统700包括定位在炉容积701中的穿孔火焰保持器102。燃烧系统700包括多个预热燃料分配器506和定位在预热燃料分配器506外围的多个主燃料分配器604。根据一个实施方案，燃烧系统700可基本上类似于燃烧系统600或燃烧系统500，不同的是燃烧系统700包括多个预热燃料分配器506而不是单个预热燃料分配器506。
图7B为根据一个实施方案的图7A的处于预热状态的燃烧系统700的图示。在预热状态下，氧化剂源108输出氧化剂110，并且预热燃料分配器506将预热燃料112输出到炉容积701中。预热燃料分配器506向预热燃料112和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动。预热燃料分配器506共同支撑预热燃料112和氧化剂110的涡流稳定的预热火焰114。涡流稳定的预热火焰114将穿孔火焰保持器102预热至阈值温度。
根据一个实施方案，在预热状态下，燃烧系统700可按与燃烧系统500或燃烧系统600基本上类似的方式操作，如关于图5B和图6B所述，不同的是多个预热燃料分配器506支撑涡流稳定的预热火焰114。燃烧系统700的每个预热燃料分配器506可基本上类似于关于图5B至图5E和图6B中任一个所述的预热燃料分配器506。另选地，预热燃料分配器506可以另一种合适的方式操作以支撑涡流稳定的预热火焰114。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，预热燃料分配器506可包括除本文所述结构之外的涡流诱导结构。所有此类其他涡流诱导结构均落入本公开的范围内。
图7C为根据一个实施方案的图7A的处于标准操作状态的燃烧系统600的图示。在标准操作状态下，主燃料分配器604将主燃料116输出到炉容积701中。在标准操作状态下，氧化剂源108继续将氧化剂110输出到炉容积701中。穿孔火焰保持器102接纳主燃料116和氧化剂110的混合物，并且维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
根据一个实施方案，主燃料分配器604向主燃料116和氧化剂110中的一者或两者施加涡流运动，如关于图6C所述。另选地，燃烧系统700的主燃料分配器604可类似于燃烧系统500的主燃料分配器504。燃烧系统700的主燃料分配器604可另选地包括与关于燃烧系统500和600所述的结构或特性不同的结构或特性。
图7D为根据一个实施方案的燃烧系统600的主燃料分配器604和预热燃料分配器506的顶视图。图7D的顶视图示出了多个主燃料分配器604被定位在多个预热燃料分配器506外围。具体地讲，主燃料分配器604横向围绕预热燃料分配器506。主燃料分配器604可被定位成高于预热燃料分配器506，低于预热燃料分配器506，或基本上与预热燃料分配器506平齐。
根据一个实施方案，主燃料分配器604联接到主燃料歧管740。主燃料歧管740将主燃料116提供给主燃料分配器604。主燃料歧管740可为环形主燃料歧管。主燃料歧管740可为燃料管线527的一部分。
根据一个实施方案，预热燃料分配器506联接到预热燃料歧管742。预热燃料歧管742将预热燃料116提供给预热燃料分配器506。预热燃料歧管742可为燃料管线529的一部分。
图8A为根据一个实施方案的燃烧系统800的图示。燃烧系统800包括定位在炉容积801中的穿孔火焰保持器102。燃烧系统800包括定位在炉容积801中的燃烧器主体844。燃烧器主体844容纳预热燃料分配器506和多个主燃料分配器604。燃烧系统800还包括主燃料源520和预热燃料源522。主燃料源520通过燃料管线527可操作地连接到主燃料分配器604。阀门526将主燃料源520连接到燃料管线527。预热燃料源522通过燃料管线529可操作地连接到预热燃料分配器506。阀门528将预热燃料源522连接到燃料管线529。燃烧系统600还包括氧化剂源108。
根据一个实施方案，燃烧系统800可基本上类似于燃烧系统500、600、700，不同的是主燃料分配器604和预热燃料分配器506容纳在单个燃烧器主体844中。
根据一个实施方案，燃烧器主体844限定预热燃料歧管846。预热燃料歧管846围绕预热燃料分配器506。预热燃料源522可将预热燃料112供应到预热燃料歧管846中。预热燃料歧管846通过壁与预热燃料分配器506的导管533分离。预热燃料歧管846可经由一个或多个燃料通道848将预热燃料112提供到内部导管533和预热燃料分配器506中，所述一个或多个燃料通道将预热燃料歧管846可通信地联接到预热燃料分配器506的内部导管533。根据一个实施方案，燃料通道848向上成角度，使得预热燃料112以向上的速度输入到内部导管533中，使得预热燃料112向上行进至涡流器524，而不是向下并离开内部导管533的底部。虽然图8A中示出了单个预热燃料分配器506，但是燃烧器主体844可容纳多个预热燃料分配器506。
根据一个实施方案，燃烧器主体844容纳主燃料歧管850。主燃料歧管850围绕主燃料分配器604。主燃料源520可将主燃料116供应到主燃料歧管850中。主燃料歧管850通过壁与主燃料分配器604的导管639分离。主燃料歧管850可将主燃料116提供到一个或多个燃料通道852的主燃料分配器604的导管639中，所述一个或多个燃料通道将主燃料歧管850可通信地联接到主燃料分配器604的导管639。根据一个实施方案，燃料通道852向上成角度，使得主燃料116以向上的速度进入导管639。向上的速度有助于确保主燃料116将向上行进通过涡流器632并且避免穿过导管639的底部。
根据一个实施方案，燃烧器主体844包括顶板851，该顶板为预热燃料歧管846和主燃料歧管850的上边界。燃烧器主体844还可包括底板853，该底板为预加热燃料歧管846和主燃料歧管850的下边界。
根据一个实施方案，燃烧器主体844包括一种或多种陶瓷材料。除燃烧器主体844之外的陶瓷材料可选自将确保燃烧器主体844的结构完整性和燃烧系统800的非常高温环境的陶瓷材料。根据一个实施方案，燃烧器主体844包括碳化硅、氧化锆、氧化铝或其他合适的陶瓷材料中的一种或多种，按照本公开，这对于本领域的技术人员将是显而易见的。
图8B为根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统800的图示。在预热状态下，氧化剂源108输出氧化剂110。在预热状态下，阀门528被打开，使得预热燃料源522可经由燃料管线529向预热燃料歧管846供应预热燃料112。预热燃料112经由燃料通道848从预热燃料歧管846传入预热燃料分配器506的导管533中。预热燃料112穿过涡流器524，预热燃料分配器506通过该涡流器以涡流运动将预热燃料112输出到炉容积801中。
在预热状态下，来自氧化剂源108的氧化剂110进入导管533并穿过涡流器524。涡流器524向氧化剂110施加涡流运动。燃烧系统800经由点火器点燃预热燃料112和氧化剂110，以便启动由预热燃料分配器506支撑的涡流稳定的预热火焰114。
根据一个实施方案，在预热状态下，燃烧系统800可按与燃烧系统500或燃烧系统600基本上类似的方式操作，如关于图5B和图6B所述，不同的是预热燃料分配器506容纳在燃烧器主体844中。燃烧系统800的预热燃料分配器506可基本上类似于关于图5B至图5E和图6B中任一个所述的预热燃料分配器506。另选地，预热燃料分配器506可以另一种合适的方式操作以支撑涡流稳定的预热火焰114。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，预热燃料分配器506可包括除本文所述结构之外的涡流诱导结构。所有此类其他涡流诱导结构均落入本公开的范围内。
图8C为根据一个实施方案的图8A的处于标准操作状态的燃烧系统800的图示。在标准操作状态下，氧化剂源108输出氧化剂110。在标准操作状态下，阀门526被打开，使得主燃料源520可经由燃料管线527向主燃料歧管850供应主燃料116。主燃料经由燃料通道852从主燃料歧管850传入主燃料分配器604的导管639中。预热燃料穿过涡流器632，主燃料分配器604通过该涡流器以涡流运动将主燃料116输出到炉容积801中。
在标准操作状态下，氧化剂110进入主燃料分配器604的导管639中并穿过涡流器632。涡流器632向氧化剂110施加涡流运动。
在标准操作状态下，氧化剂110和主燃料116的涡流运动增强了氧化剂110和主燃料116的混合。穿孔火焰保持器102接纳主燃料116和氧化剂110的混合物，并且维持主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
根据一个实施方案，在标准操作状态下，燃烧系统800可以与燃烧系统500、燃烧系统600或燃烧系统700大致相同的方式操作，如关于图5B、图6B和图7B所述，不同的是主燃料分配器604容纳在燃烧器主体844中。
根据一个实施方案，主燃料分配器604向主燃料116和氧化剂110中仅一者施加涡流运动。主燃料分配器604可以类似于关于图5B至图5E所述的预热燃料分配器506的方式向主燃料116和/或氧化剂110施加涡流运动。另选地，这可通过除本文所述的那些方式之外的方式来实现，按照本公开，这对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。
根据一个实施方案，主燃料分配器604既不向氧化剂110施加涡流运动，也不向主燃料116施加涡流运动。因此，主燃料分配器604可包括图8A至图8C中未示出的结构之外的结构。根据一个实施方案，主燃料分配器604类似于关于图5A所示的主燃料分配器504，不同的是主燃料分配器容纳在燃烧器主体844中。按照本公开，本领域的技术人员将认识到，根据本公开的原理的燃烧器主体844可容纳主燃料分配器604和预热燃料分配器506，以及许多与图8A至图8C中所示不同的其他结构和组成。
图8D为根据一个实施方案的包括主燃料分配器604和预热燃料分配器506的燃烧器主体844的顶视图。图8D的顶视图示出了多个主燃料分配器604被定位在预热燃料分配器506外围。燃烧器主体844的顶部表面覆盖预热燃料歧管846和主燃料歧管850。将主燃料歧管850和预热燃料歧管846分离的壁854显示为虚线。壁854定位在燃烧器主体844的顶板和底板之间。燃烧器主体844和主燃料歧管850的外壁858也以虚线示出。
图9为根据一个实施方案的燃烧器960的顶视图。燃烧器960包括多个预热燃料分配器506和多个主燃料分配器604。预热燃料歧管964将预热燃料分配器506联接在一起，并且将预热燃料112分配到预热燃料分配器506。主燃料歧管962将主燃料116供应到主燃料分配器504。主燃料分配器504可对应于主燃料歧管962中的孔口，主燃料116可通过该孔口排出。燃烧器960可定位在具有穿孔火焰保持器102的炉容积101中，并且可如前所述在预热状态和标准操作状态下操作。
图10A为根据一个实施方案的处于未组装状态的预热燃料分配器1006的各种部件的透视图。预热燃料分配器1006包括被配置成联接到底板1064的燃料立管1062。支撑架1066紧固到燃料立管1062。燃料分配接头1072被配置成联接到燃料立管1062。燃料分配接头1072包括燃料分配臂1068。每个燃料分配臂1068包括一个或多个孔口1037。涡流器支撑件1074被配置成联接到燃料分配接头1072。涡流器524联接到涡流器支撑件1074。空气动力学端帽1076联接到涡流器支撑件1074。圆柱形壳体1078被配置成定位在支撑架1066上并由该支撑架支撑。点火器支撑件1080和火焰杆支撑件1082联接到圆柱形壳体1078。
根据一个实施方案，燃料立管1062的底端是螺纹的。底板1064包括被配置成与燃料立管1062的螺纹底端配合的螺纹接头。因此，通过将燃料立管1062的底端拧入底板1064中，可将燃料立管1062联接到底板1064。
根据一个实施方案，燃料立管1062的上端是螺纹的。燃料分配接头1072的下端是螺纹的。通过将燃料分配接头1072的下端拧到燃料立管1062的上端上，可将燃料分配接头1072联接到燃料立管1062的上端。
根据一个实施方案，燃料分配接头1072包括螺纹上端。涡流器支撑件1074包括被配置成被拧到燃料分配接头1072的螺纹上端上的下螺纹端部。因此，可通过将涡流器支撑件1074的螺纹下端拧到燃料分配接头1072的螺纹上端来将涡流器支撑件1074联接到燃料分配接头1072。
根据一个实施方案，支撑架1066可紧固到燃料立管1062。支撑架1066可选择性地紧固到燃料立管1062的任何部分。支撑架1066可松开并沿着燃料立管1062上下移动到选定位置。支撑架1066可在选定位置处紧固到燃料立管1062。
根据一个实施方案，圆柱形壳体1078的下端可定位在支撑架1066的臂的缩进端上。因此，支撑架1066的臂的缩进端可将圆柱形壳体1078支撑在选定位置中。根据一个实施方案，圆柱形壳体1078将包封燃料立管1062的上部以及燃料分配接头1072。
图10B为根据一个实施方案的处于组装状态的预热燃料分配器1006的示意图。燃料立管1062联接到底板1064。支撑架1066紧固到燃料立管1062。燃料分配接头1072联接到燃料立管1062。涡流器支撑件1074联接到燃料分配接头1072。圆柱形壳体1078定位在支撑架1066上并由该支撑架支撑。圆柱形壳体1078围绕燃料立管1062、燃料分配接头1072和涡流器524的一部分。
根据一个实施方案，预热燃料分配器1006被配置成支撑涡流稳定的预热火焰114以便预热穿孔火焰保持器102。具体地讲，预热燃料分配器1006被配置成将预热燃料112输出到炉容积101中。预热燃料分配器1006被配置成向预热燃料112施加涡流运动。预热燃料分配器1006也被配置成向穿过预热燃料分配器1006的圆柱形壳体1078的氧化剂110施加涡流运动。因此，预热燃料分配器1006被配置成向预热燃料112和氧化剂110两者施加涡流运动。
根据一个实施方案，燃料管线529将预热燃料112供应到预热燃料立管1062的内部通道中。预热燃料112流经燃料立管1062至燃料分配接头1072。燃料分配接头1072的燃料分配臂1068各自包括可通信地联接到燃料立管1062内部的内部燃料通道。燃料分配接头1072的顶部被关闭，使得预热燃料112不流入涡流器支撑件1074中。预热燃料112传入到燃料分配臂1068中，并且从燃料分配臂1068向上朝涡流器524通过孔口1037发射。在从孔口1037输出预热燃料之后，预热燃料112穿过涡流器524，涡流器524通过这种方式向预热燃料112施加涡流运动。涡流预热燃料112离开圆柱形壳体1078的上端。
根据一个实施方案，氧化剂110通过支撑架1066中的间隙而被吸入圆柱形壳体1078中。氧化剂110向上流过圆柱形壳体1078流向涡流器524。氧化剂110穿过涡流器524，涡流器524通过这种方式向氧化剂110施加涡流运动。涡流氧化剂110离开圆柱形壳体1078的上端并与预热燃料112混合。预热燃料112和氧化剂110的涡流混合物支撑涡流稳定的预热火焰114。
根据一个实施方案，点火器(未示出)可联接到点火器支撑件1080。点火器可从点火器支撑件延伸至点火器可经由火花或导燃火焰点燃涡流稳定的预热火焰114的位置。
根据一个实施方案，火焰杆(未示出)可联接到火焰杆支撑件1082。火焰杆可向上延伸至火焰杆可监测涡流稳定的预热火焰114和/或燃烧反应118的位置。
图11A为根据一个实施方案的处于未组装状态的圆筒活门1108、喉衬1184和圆筒活门底部1186的透视图。
根据一个实施方案，圆筒活门1108包括孔1181，所述孔被配置成将氧化剂110从圆筒活门1108的外部吸入圆筒活门1108的内部中。圆筒活门1108还包括被配置成接纳和保持支撑结构的支撑臂的支撑臂接纳器1183。支撑结构可被配置成支撑炉容积101中的穿孔火焰保持器102。圆筒活门1108可包括在圆筒活门1108的上板或凸缘上的螺孔，圆筒活门1108可通过该螺孔拧到或螺栓连接到炉的底板或壁上。
根据一个实施方案，喉衬1184被配置成定位在炉的底板或壁中的孔中。喉衬1184包括孔1185。孔1185被配置成在圆筒活门1108的支撑臂接纳器1183上滑动并且靠在圆筒活门1108的上部上。当喉衬1184定位在圆筒活门1108上时，穿过圆筒活门1108的孔1181的氧化剂110继续通过喉衬1184的中心孔1187并进入炉容积101中。
根据一个实施方案，圆筒活门底部1186包括燃料立管接头1189，燃料立管1062可通过该燃料立管接头联接到圆筒活门底部1186。燃料立管1062可向上延伸穿过圆筒活门1108并穿过喉衬1184的中心孔1187进入炉容积101中。圆筒活门底部1186还包括内部主燃料歧管，该歧管在图11A的视图中不可见。内部主燃料歧管可通过入口1193接纳主燃料116。燃料立管接头1189被配置成能够使主燃料116从主燃料歧管进入可联接到燃料立管接头1189的主燃料立管1062中。圆筒活门底部1186还包括底板。底板被配置成紧固到预热燃料分配器1006的底板1064。具体地讲，当底板1064和预热燃料分配器1006紧固到圆筒活门底部1186的底板上时，预热燃料立管1062穿过主燃料立管接头1189之间的中心孔1187并向上穿过圆筒活门1108和喉衬1184。圆筒活门底部1186包括上板上的螺孔或螺栓孔，通过该上板，圆筒活门底部1186可经由圆筒活门1108的底板中的对应螺孔或螺栓孔紧固到圆筒活门1108的底板上。
图11B为根据一个实施方案的燃烧系统1100的侧视图，该燃烧系统包括圆筒活门1108、喉衬1184和圆筒活门底部1186。圆筒活门1108紧固到炉的底板的底表面。喉衬1184定位在圆筒活门1108上并且有效地减小了炉的底板中的孔的面积，使得在炉的底板中的该孔的有效面积为喉衬1184的中心孔1187的面积。支撑臂接纳器1183穿过孔1185。预热燃料分配器1006突出穿过喉衬1184中的中心孔1187。主燃料立管1104也突出穿过中心孔1187。圆筒活门底部1186紧固到圆筒活门1108。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102定位在炉容积101中。穿孔火焰保持器102至少部分地由支撑腿1191支撑。支撑腿1191的下端定位在圆筒活门1108的支撑臂接纳器1183内。
图11C为根据实施方案的燃烧系统1100的剖视图。该剖视图示出了定位在圆筒活门底部1186内的主燃料歧管850。主燃料管线527向主燃料歧管850提供燃料116。主燃料歧管850可通信地联接到主燃料立管1104，使得主燃料116可从主燃料歧管850提供给主燃料立管1104。
根据一个实施方案，预热燃料管线529经由预热燃料分配器1006的底部支撑板1064中的孔将预热燃料112供应至预热燃料立管1062。底部支撑板1064联接到圆筒活门底部1186的底板。
根据一个实施方案，氧化剂110经由孔1181流入圆筒活门1108中。氧化剂110的一部分经由圆柱形壳体1078的下端进入预热燃料分配器1006的圆柱形壳体1078，穿过涡流器524，并且以涡流运动从圆柱形壳体1078的上开口输出。氧化剂110的一部分穿过喉衬1184的中心孔1187并进入炉容积101中。
图11D为根据一个实施方案的处于预热状态的燃烧系统1100的剖视图。在预热状态下，燃料管线529将预热燃料112供应到预热燃料立管1062中。预热燃料112向上穿过预热燃料立管1062的内部，直到预热燃料112到达燃料分配接头1072。预热燃料112从预热燃料立管1062穿过并进入燃料分配接头1072的燃料分配臂1068的内部通道中。预热燃料112从燃料分配臂1068中的孔口1037向上朝涡流器524输出。预热燃料112穿过涡流器524。涡流器524向预热燃料112施加涡流运动。预热燃料112从圆柱形壳体1078朝穿孔火焰保持器102传递。
根据一个实施方案，在预热状态下，氧化剂110经由孔1181进入圆筒活门1108中。氧化剂110的一部分在下端处进入圆柱形壳体1078中。氧化剂110向上穿过圆柱形壳体1078向涡流器524传递。氧化剂110穿过涡流器524。涡流器524向氧化剂110施加涡流运动。
根据一个实施方案，涡流预热燃料112和涡流氧化剂110在朝穿孔火焰保持器102行进时，该涡流预热燃料和该涡流氧化剂在短距离内混合在一起。从点火器支撑件1080延伸的点火器点燃预热燃料112和氧化剂110的混合物，从而启动涡流稳定的预热火焰114。涡流稳定的预热火焰114将穿孔火焰保持器102加热至阈值温度。在穿孔火焰保持器102已被加热至阈值温度之后，燃烧系统1100退出预热状态并进入标准操作状态。
图11E为根据一个实施方案的图11C的处于标准操作状态的燃烧系统1100的图示。在标准操作状态下，燃料管线529不再向预热燃料立管1062提供预热燃料112。将涡流稳定的预热火焰114熄灭。
根据一个实施方案，在标准操作状态下，燃料管线527将主燃料116供应至主燃料歧管850。主燃料116从主燃料歧管850传入主燃料立管1104。主燃料116向上穿过主燃料立管1104的内部朝主燃料立管1104的上端传递。主燃料116从主燃料立管1104的上端的一个或多个孔输出。主燃料立管1104可各自包括联接到主燃料立管1104的上端的燃料喷嘴。每个燃料喷嘴可包括将主燃料116朝穿孔火焰保持器102输出的一个或多个孔口。
根据一个实施方案，在标准操作状态下，氧化剂110经由孔1181进入圆筒活门1108中。氧化剂110的一部分流过喉衬1184的中心孔1187。
根据一个实施方案，当主燃料116向穿孔火焰保持器102行进时，主燃料116与氧化剂110混合。穿孔火焰保持器102支撑主燃料116和氧化剂110的燃烧反应118。
图12A为根据一个实施方案的包括另一个另选穿孔火焰保持器102的燃烧系统1200的简化透视图。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102为网状陶瓷穿孔火焰保持器。图12B为根据一个实施方案的图12A的网状陶瓷穿孔火焰保持器102的一部分的简化侧剖面图。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、图12B的穿孔火焰保持器102。穿孔火焰保持器102被配置成在输入面212和输出面214之间至少部分地支撑穿孔火焰保持器102内燃料和氧化剂206的燃烧反应。根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可被配置成支持燃料和氧化剂206在网状陶瓷穿孔火焰保持器102的上游、下游、内部和附近的燃烧反应。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器主体208可包括网状纤维1239。网状纤维1239可限定围绕并且穿过网状纤维1239编织的分支穿孔210。根据一个实施方案，穿孔210形成为网状陶瓷纤维1239之间的通道。
根据一个实施方案，网状纤维1239形成为网状陶瓷泡沫。根据一个实施方案，网状纤维1239使用网状聚合物泡沫作为模板形成。根据一个实施方案，网状纤维1239可包括硅酸铝。根据一个实施方案，网状纤维1239可包括氧化锆。根据一个实施方案，网状纤维1239由挤出的陶瓷材料形成。根据一个实施方案，网状纤维1239可由挤出的莫来石或堇青石形成。根据一个实施方案，网状纤维1239可包括碳化硅。
术语“网状纤维”指的是网状结构。在网状纤维实施方案中，燃料和氧化剂206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的热传递可与上文关于图2至图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网状纤维1239形成允许在相邻穿孔210之间来回流动的不连续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，网状纤维网络对于下游网状纤维1239足够开放以发射辐射供上游网状纤维1239接纳，以供达到充分加热上游网状纤维1239以维持燃料和氧化剂206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1239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306(热接收区)传送至网状纤维1239的热输出区域310(热输出区)。
根据一个实施方案，各穿孔210可在穿孔火焰保持器102的输入面212至输出面214之间延伸。穿孔210可具有不同的长度L。根据一个实施方案，因为穿孔210分支到彼此中并且从彼此中分支出来，所以单独的穿孔210不由长度L清晰限定。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102被配置成支撑或保持燃烧反应或者至少部分地在输入面212和输出面214之间支撑或保持火焰。根据一个实施方案，输入面212对应于穿孔火焰保持器102的在燃料喷嘴218近侧的表面，或对应于首先接纳燃料的表面。根据一个实施方案，输入面212对应于在燃料喷嘴218近侧的网状纤维1239的范围。根据一个实施方案，输出面214对应于在燃料喷嘴218远侧或与输入面212相对的表面。根据一个实施方案，输入面212对应于在燃料喷嘴218远侧或与输入面212相对的网状纤维1239的范围。
根据一个实施方案，界面层314的形成、穿孔反应保持器主体208与流过穿孔210的气体之间的热传递、特征穿孔宽度尺寸D和长度L可被视为与通过穿孔反应保持器102的平均或总路径相关。换句话讲，尺寸D可作为在沿着流动路径的每个点处确定的各个Dn值的均方根进行测定。相似地，长度L可以是包括由流动路径的迂曲性贡献的长度的长度，该长度可比从输入面212穿过穿孔火焰保持器102到输出面214的直线距离TRH略长。根据一个实施方案，空隙率(表示为(总穿孔反应保持器102容积-纤维1239容积)/总容积)为约70％。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器102为约1英寸×4英寸×4英寸的砖。根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器102包括每平方英寸表面积约100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102。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器102可包括除本文所述之外的形状和尺寸。例如，穿孔火焰保持器102可包括网状陶瓷砖，其大于或小于上述尺寸。另外，网状陶瓷穿孔火焰保持器102可包括除了大致立方体形状之外的形状。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔火焰保持器102可包括多个网状陶瓷砖。可将多个网状陶瓷砖接合在一起，使得每个陶瓷砖与一个或多个相邻的网状陶瓷砖直接接触。多个网状陶瓷砖可共同形成单个穿孔火焰保持器102。另选地，每个网状陶瓷砖可被视为不同的穿孔火焰保持器102。
图13为根据一个实施方案的用于操作燃烧系统的过程1300的流程图。在1302处，将氧化剂输出到炉容积中。在1304处，将预热燃料输出到炉容积中。在1306处，用预热燃料和氧化剂支撑涡流稳定的预热火焰。在1308处，用预热火焰预热穿孔火焰保持器。在1310处，将主燃料输出到炉容积中。在1312处，将主燃料和氧化剂的混合物接纳在穿孔火焰保持器中。在1314处，在穿孔火焰保持器中支撑主燃料和氧化剂的燃烧反应。
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，真实范围和实质由以下权利要求书指示。

Claims (73)

1.一种燃烧系统，包括：
氧化剂源，所述氧化剂源被配置成将氧化剂输出到炉容积中；
一个或多个预热燃料分配器，所述一个或多个预热燃料分配器被配置成输出预热燃料并且在预热状态期间支撑所述预热燃料和所述氧化剂的涡流稳定的预热火焰；
一个或多个主燃料分配器，所述一个或多个主燃料分配器定位在所述一个或多个预热燃料分配器外围，并且被配置成在标准操作状态期间将主燃料输出到所述炉容积中；和
穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器被定位成被所述预热火焰预热并接纳所述主燃料和所述氧化剂的混合物，所述穿孔火焰保持器被配置成在所述穿孔火焰保持器内保持所述主燃料和氧化剂的燃烧反应。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述预热燃料分配器包括涡流器。
3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中所述涡流器被配置成向所述预热燃料和所述氧化剂中的至少一者施加涡流运动。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述涡流器被定位成接纳所述预热燃料，并且通过使所述预热燃料穿过所述涡流器来向所述预热燃料施加所述涡流运动。
5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中所述涡流器被定位成接纳所述氧化剂，并且通过使所述氧化剂穿过所述涡流器来向所述氧化剂施加所述涡流运动。
6.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述涡流器被定位成接纳所述预热燃料和所述氧化剂，并且使所述预热燃料和所述氧化剂穿过所述涡流器。
7.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述主燃料分配器包括涡流器。
8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其中所述涡流器被配置成向所述主燃料和所述氧化剂中的至少一者施加涡流运动。
9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中所述涡流器被定位成使所述主燃料穿过所述涡流器。
10.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中所述涡流器被定位成使所述氧化剂穿过所述涡流器。
11.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述涡流器被配置成使所述主燃料和所述氧化剂穿过所述涡流器。
12.根据权利要求1所述的燃烧系统，包括多个所述预热燃料分配器。
13.根据权利要求12所述的燃烧系统，其中所述预热燃料分配器从预热燃料歧管接纳预热燃料。
14.根据权利要求13所述的燃烧系统，包括多个所述主燃料分配器。
15.根据权利要求14所述的燃烧系统，其中所述多个主燃料分配器横向围绕多个预热燃料喷嘴。
16.根据权利要求14所述的燃烧系统，其中所述多个主燃料分配器各自从主燃料歧管接纳燃料。
17.根据权利要求16所述的燃烧系统，其中所述多个主燃料分配器包括多个孔口，所述多个孔口将所述主燃料从所述主燃料歧管输出到所述炉容积中。
18.根据权利要求17所述的燃烧系统，还包括燃烧器主体，所述燃烧器主体包括所述主燃料分配器和所述预热燃料分配器。
19.根据权利要求18所述的燃烧系统，其中所述燃烧器主体包括所述主燃料歧管和所述预热燃料歧管。
20.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述预热燃料分配器包括：
流体室，所述流体室被配置成接纳所述预热燃料和所述氧化剂中的至少一者；和
涡流器，所述涡流器被配置成向所述预热燃料和所述氧化剂中的至少一者施加涡流运动。
21.根据权利要求20所述的燃烧系统，其中所述涡流器包括：
中心毂；和
多个涡流叶片。
22.根据权利要求21所述的燃烧系统，其中所述预热燃料分配器从所述中心毂输出所述预热燃料。
23.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器是网状陶瓷穿孔火焰保持器。
24.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括多个网状纤维。
25.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括氧化锆。
26.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括硅酸铝。
27.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括碳化硅。
28.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由挤出的莫来石形成。
29.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由堇青石形成。
30.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器被配置成支撑所述燃料和所述氧化剂在所述穿孔火焰保持器的上游、下游和内部的燃烧反应。
31.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括每平方英寸表面积约100个孔。
32.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中所述穿孔被形成为所述网状纤维之间的通道。
33.根据权利要求32所述的燃烧系统，其中所述穿孔是分支穿孔。
34.根据权利要求32所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括：
输入面，所述输入面对应于在所述一个或多个主燃料分配器近侧的所述网状纤维的范围；和
输出面，所述输出面对应于在所述一个或多个主燃料分配器远侧的所述网状纤维的范围。
35.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸。
36.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器被配置成在所述输入面和所述输出面之间支撑所述穿孔火焰保持器内的所述燃烧反应的至少一部分。
37.一种操作燃烧器系统的方法，包括：
将氧化剂输出到炉容积中；
将预热燃料输出到所述炉容积中；
用所述预热燃料和所述氧化剂支撑涡流稳定的预热火焰；
用所述预热火焰预热定位在所述炉容积中的穿孔火焰保持器；
将主燃料输出到所述炉容积中；
在所述穿孔火焰保持器中接纳所述主燃料和所述氧化剂的混合物；以及
在所述穿孔火焰保持器中支撑所述主燃料和所述氧化剂的燃烧反应，
其中将所述预热燃料输出到所述炉容积中包括用预热燃料分配器将所述预热燃料输出到所述炉容积中。
38.根据权利要求37所述的方法，其中支撑所述涡流稳定的预热火焰包括涡流所述氧化剂和所述预热燃料中的至少一者。
39.根据权利要求37所述的方法，其中涡流所述氧化剂和所述预热燃料中的至少一者包括用所述预热燃料分配器向所述氧化剂和所述预热燃料中的至少一者施加所述涡流运动。
40.根据权利要求39所述的方法，其中涡流所述氧化剂和所述预热燃料中的至少一者包括用所述预热燃料分配器的涡流器施加所述涡流运动。
41.根据权利要求40所述的方法，还包括用所述涡流器涡流所述氧化剂和所述预热燃料两者。
42.根据权利要求38所述的方法，其中支撑所述涡流稳定的预热火焰包括涡流所述氧化剂和所述预热燃料两者。
43.根据权利要求42所述的方法，其中涡流所述氧化剂和所述预热燃料两者包括以相反的方向涡流所述预热燃料和所述氧化剂。
44.根据权利要求40所述的方法，其中用所述预热燃料分配器的涡流器施加所述涡流运动包括用所述预热燃料分配器的燃料喷嘴向所述预热燃料和所述氧化剂中的至少一者施加所述涡流运动。
45.根据权利要求40所述的方法，还包括当所述主燃料朝所述穿孔火焰保持器行进时混合所述主燃料和所述氧化剂。
46.根据权利要求45所述的方法，其中混合所述主燃料和所述氧化剂包括涡流所述主燃料和所述氧化剂中的至少一者。
47.根据权利要求46所述的方法，还包括用主燃料分配器输出所述主燃料。
48.根据权利要求47所述的方法，其中涡流所述燃料和所述氧化剂中的至少一者包括用所述主燃料分配器涡流所述氧化剂。
49.根据权利要求47所述的方法，还包括用所述主燃料分配器涡流所述主燃料。
50.根据权利要求49所述的方法，还包括用所述主燃料分配器涡流所述主燃料和所述氧化剂两者。
51.根据权利要求50所述的方法，还包括用所述主燃料分配器的涡流器涡流所述主燃料和所述氧化剂两者。
52.一种燃烧系统，包括：
穿孔火焰保持器，所述穿孔火焰保持器定位在炉容积中；
氧化剂源，所述氧化剂源被配置成将氧化剂输出到所述炉容积中；
预热燃料分配器，包括：
预热燃料立管，所述预热燃料立管具有被配置成输送预热燃料的内部通道；
一个或多个孔口，所述一个或多个孔口可通信地联接到所述预热燃料立管的所述内部通道并且被配置成输出所述预热燃料；和
涡流器，所述涡流器定位于所述孔口下游并且被配置成向所述预热燃料施加涡流运动，所述预热燃料分配器被配置成在被选择用于预热所述穿孔火焰保持器的位置处支撑所述预热燃料和所述氧化剂的涡流稳定的预热火焰；和
主燃料分配器，所述主燃料分配器被配置成在所述穿孔火焰保持器已被所述预热火焰预热之后朝所述穿孔火焰保持器输出主燃料，所述穿孔火焰保持器被配置成至少部分地在所述穿孔火焰保持器内支撑所述预热火焰保持器的燃烧反应。
53.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述预热燃料分配器包括围绕所述预热燃料立管的一部分的圆柱形壳体。
54.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述氧化剂源被配置成使所述氧化剂穿过所述涡流器下游的所述圆柱形壳体。
55.根据权利要求54所述的燃烧系统，其中所述涡流器被配置成向所述氧化剂施加涡流运动。
56.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述孔口定位在所述圆柱形壳体内。
57.根据权利要求53所述的燃烧系统，还包括支撑架，所述支撑架包括从所述预热燃料立管延伸的一个或多个臂，并且其中所述圆柱形壳体支撑在所述支撑架的所述臂上。
58.根据权利要求52所述的燃烧系统，还包括燃料分配接头，所述燃料分配接头联接到所述预热燃料立管上并且包括一个或多个燃料分配臂，每个均包括相应的内部通道。
59.根据权利要求58所述的燃烧系统，其中所述一个或多个孔口定位在所述燃料分配臂上，其中所述燃料分配臂的所述内部通道各自可通信地将所述孔口中的一个或多个孔口联接到所述预热燃料立管的所述内部通道。
60.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述主燃料分配器包括被构造成在所述穿孔火焰保持器已被预热至阈值温度之后将所述主燃料朝所述穿孔火焰保持器输出的一个或多个主燃料立管。
61.根据权利要求60所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器被配置成至少部分地在所述穿孔火焰保持器内支撑所述主燃料和所述氧化剂的燃烧反应。
62.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述氧化剂源包括圆筒活门。
63.根据权利要求62所述的燃烧系统，其中所述圆筒活门联接到炉底板。
64.根据权利要求63所述的燃烧系统，还包括联接到所述圆筒活门的底部的圆筒活门底部。
65.根据权利要求64所述的燃烧系统，其中所述预热燃料立管联接到所述圆筒活门支撑件。
66.根据权利要求65所述的燃烧系统，其中所述圆筒活门包括主燃料歧管。
67.根据权利要求66所述的燃烧系统，其中所述主燃料立管联接到所述圆筒活门底部并且被配置成从所述主燃料歧管接纳所述主燃料。
68.根据权利要求63所述的燃烧系统，还包括由所述圆筒活门支撑并定位在所述炉底板中的开口中的喉衬，所述喉衬包括被配置成将所述氧化剂从所述圆筒活门传递到所述炉容积中的中心孔。
69.根据权利要求68所述的燃烧系统，还包括被配置成支撑所述炉底板上方的所述穿孔火焰保持器的支撑臂。
70.根据权利要求68所述的燃烧系统，其中所述圆筒活门包括被配置成保持所述支撑臂的支撑臂接纳器。
71.根据权利要求70所述的燃烧系统，其中所述支撑臂接纳器从所述圆筒活门延伸并且突出穿过所述喉衬的外孔。
72.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述穿孔火焰保持器包括网状陶瓷砖。
73.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述网状陶瓷砖为碳化硅。
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