CN113795713A - 引燃稳定燃烧器 - Google Patents

Abstract

根据一个实施方案，燃烧器系统包括：引燃燃烧器，该引燃燃烧器在炉中沿主燃料和燃烧空气流轴线设置在远侧位置处；和一个或多个主燃料喷嘴，该一个或多个主燃料喷嘴沿主燃料和燃烧空气流轴线设置在近侧位置处。引燃燃烧器被配置为支撑引燃火焰，并且一个或多个主燃料喷嘴被配置为支撑与引燃火焰接触的主火焰。引燃燃烧器被设置成致使主燃料和燃烧空气被引燃火焰点燃。

Description

引燃稳定燃烧器

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2019年5月7日提交的名称为“引燃稳定燃烧器(PILOT STABILIZEDBURNER)”的共同未决的美国临时专利申请号62/844,669(代理人案卷号2651-348-02)的优先权权益。本申请还要求2020年2月5日提交的名称为“低排放模块化火把烟囱(LOWEMISSION MODULAR FLARE STACK)”的共同未决的美国临时专利申请号16/782,861(代理人案卷号2651-257-05)的优先权权益。前述专利申请中的每一者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，燃烧器系统包括：引燃燃烧器，该引燃燃烧器在炉中沿主燃料和燃烧空气流轴线设置在远侧位置处；和一个或多个主燃料喷嘴，该一个或多个主燃料喷嘴沿主燃料和燃烧空气流轴线设置在近侧位置处。引燃燃烧器被配置为支撑引燃火焰，并且一个或多个主燃料喷嘴被配置为支撑与引燃火焰接触的主火焰。引燃燃烧器被设置成致使主燃料和燃烧空气被引燃火焰点燃。

根据一个实施方案，燃烧器系统包括：主燃料源，该主燃料源沿炉的流轴线设置在近侧位置处；引燃燃烧器，该引燃燃烧器沿流轴线设置在中间距离处；和远侧火焰保持器，该远侧火焰保持器沿流轴线设置在远侧位置处；引燃燃烧器被配置为支撑引燃火焰以加热远侧火焰保持器。主燃料源被配置为在远侧火焰保持器被至少部分地加热之后向远侧火焰保持器提供主燃料。远侧火焰保持器被配置为保持由主燃料支撑的燃烧反应的至少一部分。

根据一个实施方案，一种用于操作燃烧器系统的方法包括从由引燃燃烧器支撑的引燃火焰向远侧火焰保持器提供热量，引燃火焰由引燃燃料提供燃料。远侧火焰保持器和引燃燃烧器设置在炉中并且彼此靠近，引燃燃烧器设置在远侧火焰保持器与一个或多个主燃料喷嘴之间，其中引燃燃烧器与远侧火焰保持器之间的距离小于引燃燃烧器与一个或多个主燃料喷嘴之间的距离。用于操作燃烧器系统的方法包括：将混合的主燃料和空气引入远侧火焰保持器；以及在引燃燃烧器继续支撑引燃火焰时，通过远侧火焰保持器保持混合的主燃料和空气的燃烧反应的至少一部分。

根据一个实施方案，一种用于操作燃烧器系统的方法包括：在远离炉底板的位置处跨炉体积的宽度的一部分支撑扩散火焰；从炉底板附近的位置向炉体积提供燃烧空气；从炉底板附近的一个或多个位置处的一个或多个主燃料喷嘴中的每一者输出高压主燃料射流；在主燃料和燃烧空气从炉底板附近的位置行进到远侧位置的同时将主燃料与燃烧空气混合；通过将混合的主燃料和空气暴露于扩散火焰来燃烧主燃料以产生主火焰。根据一个实施方案，主火焰由远侧火焰保持器保持，远侧火焰保持器比扩散火焰更远离炉底板。

根据一个实施方案，一种燃烧系统包括：氧化剂源，该氧化剂源被配置成将氧化剂输出到炉体积中；引燃燃烧器，该引燃燃烧器被配置为通过至少在预热状态期间输出引燃燃料以支撑引燃扩散火焰来支撑引燃火焰；和主燃料喷嘴，该主燃料喷嘴被配置为至少在预热状态完成之后在标准操作状态期间将主燃料从近侧位置输出到炉体积中。燃烧系统包括远侧火焰保持器，该远侧火焰保持器定位在炉体积中以在预热状态期间由引燃火焰预热，并且在标准操作状态期间将主燃料和氧化剂的燃烧反应保持在远侧火焰保持器附近。燃烧系统包括：燃烧传感器，该燃烧传感器被配置为感测燃烧系统的状况并且生成指示燃烧系统的状况的传感器信号；和一个或多个致动器，该一个或多个致动器被配置为调整来自主燃料喷嘴的主燃料的流量，调整到引燃燃烧器的引燃燃料的流量，并且调整来自氧化剂源的氧化剂的流量。燃烧系统包括控制器，该控制器可通信地联接到致动器和燃烧传感器，该控制器被配置为从燃烧传感器接收传感器信号，并且控制致动器以响应于传感器信号并且根据存储在联接到控制器的非暂态计算机可读介质中的软件指令来调整引燃燃料、主燃料和氧化剂的流量。

根据一个实施方案，一种用于操作燃烧系统的计算系统实现的方法包括：在燃烧系统的预热状态期间，从引燃火焰传感器接收指示由引燃燃料和氧化剂的流支撑的炉体积中的引燃火焰的状况的传感器信号；以及在预热状态期间接收来自远侧火焰保持器传感器的传感器信号，传感器信号指示定位在炉体积中以便在预热状态期间将由引燃火焰预热到操作温度的远侧火焰保持器的温度。该方法包括：响应于来自引燃火焰传感器的传感器信号并且根据存储在非暂态计算机可读介质上的软件指令，输出控制信号以控制一个或多个致动器来调整引燃燃料的流量、调整氧化剂的流量或生成电弧来点燃引燃火焰；以及如果来自远侧火焰保持器传感器的传感器信号指示远侧火焰保持器已达到操作温度，则输出控制信号以控制一个或多个致动器以便使燃烧系统从预热状态转变为标准操作状态，标准操作状态对应于支撑远侧火焰保持器中的主燃料和氧化剂的燃烧反应并且根据存储在非暂态计算机可读介质上的软件指令。该方法包括：在标准操作状态期间从远侧火焰保持器传感器接收指示远侧火焰保持器的状况的传感器信号；以及响应于在标准操作状态期间来自远侧火焰保持器传感器的传感器信号并且根据存储在非暂态计算机可读介质上的软件指令，输出控制信号以控制一个或多个致动器以便调整主燃料的流量或调整氧化剂的流量。

根据一个实施方案，一种低排放模块化燃烧器系统包括一个或多个燃烧器模块。每个燃烧器模块包括：主燃料源，该主燃料源与所有其他燃料源分开阀控，主燃料源被配置为选择性地递送主燃料流以通过燃烧空气的流进行稀释；主燃料点火器，该主燃料点火器被配置为致使从主燃料源发射的主燃料流点燃；远侧火焰保持器，该远侧火焰保持器与主燃料源和主燃料点火器通过相应非零距离分开，远侧火焰保持器被配置为当远侧火焰保持器处于或高于预定温度时保持由主燃料流支撑的燃烧反应；和预热装置，该预热装置被配置为将远侧火焰保持器预热到预定温度。低排放模块化燃烧器系统包括：公共燃烧空气源，该公共燃烧空气源被配置为向多个燃烧器模块中的每一者提供燃烧空气；和壁，该壁环绕一个或多个燃烧器模块的全部，壁被配置为横向地包含对应于一个或多个燃烧器模块的燃烧流体。

根据一个实施方案，一种燃烧器包括：壳体，该壳体在基部处具有燃烧空气入口；和燃烧器模块，该燃烧器模块定位在壳体内。燃烧器模块包括：入口，该入口被配置为联接到主燃料源并且经由壳体接收燃烧空气；远侧火焰保持器，该远侧火焰保持器定位在壳体内；和主喷嘴，该主喷嘴被配置为从入口接收主燃料的流，并且朝向远侧火焰保持器发射主燃料流。

根据一个实施方案，一种燃烧器系统包括：远侧火焰保持器，该远侧火焰保持器被配置为保持燃料和氧化剂的燃烧反应；氧化剂管道，该氧化剂管道被配置为朝向远侧火焰保持器引导氧化剂；主燃料喷嘴，该主燃料喷嘴被取向成当远侧火焰保持器的温度高于预定温度时，将主燃料的流引导到燃烧体积中以用于在主燃料喷嘴和远侧火焰保持器之间的稀释区域中与氧化剂混合；和混合管，该混合管设置在稀释区域中，并且在主燃料喷嘴与远侧火焰保持器之间从混合管入口通向混合管出口，混合管被形成为致使氧化剂和燃料的流动将烟道气排出到混合管中以用于与燃料和氧化剂混合。

附图说明

图1A是根据一个实施方案的燃烧器系统的框图。

图1B是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器的燃烧器系统的框图。

图2A是根据一个实施方案的燃烧器系统的图示。

图2B是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器的燃烧器系统的图示。

图3是根据一个实施方案的燃烧系统的透视图。

图4是根据一个实施方案的呈H形状的引燃燃烧器的图示。

图5是根据一个实施方案的呈螺旋形状的引燃燃烧器的图示。

图6是根据一个实施方案的呈六边形形状的引燃燃烧器的图示。

图7是根据一个实施方案的包括被配置为保持燃烧反应的远侧火焰保持器的燃烧系统的简化图，其中远侧火焰保持器包括穿孔火焰保持器。

图8是根据一个实施方案的图7的穿孔火焰保持器的一部分的侧剖面图。

图9是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远侧火焰保持器的燃烧器系统的方法的流程图。

图10A是根据一个实施方案的包括被配置为保持燃烧反应的网状陶瓷穿孔火焰保持器的燃烧系统的简化透视图。

图10B是根据一个实施方案的图10A的网状陶瓷穿孔火焰保持器的一部分的简化侧剖面图。

图11是示出根据一个实施方案的用于操作燃烧器系统的方法的流程图。

图12是示出根据一个实施方案的用于操作燃烧器系统的方法的流程图。

图13A是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器和电容燃烧传感器的燃烧系统的图。

图13B是根据一个实施方案的远侧火焰保持器和电容燃烧传感器的顶视图。

图14是根据一个实施方案的针对多个燃烧器模块中的每一者的布置的图。

图15是根据一个实施方案的用于在图14的控制系统中使用的控制电路的图。

图16是根据一个实施方案的燃烧器系统的框图。

图17是根据一个实施方案的燃烧器系统的图示。

图18是根据一个实施方案的示出包括远侧引燃燃烧器和混合管的水平点火式燃烧器系统的图示。

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是根据一个实施方案的燃烧器系统100的框图。燃烧器系统100包括引燃燃烧器104和一个或多个主燃料喷嘴106。引燃燃烧器104和主燃料喷嘴106设置在炉体积101中。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104沿着主燃料和燃烧空气流轴线A在远侧位置处设置在炉101中。该一个或多个主燃料喷嘴106沿着主燃料和燃烧空气流轴线A设置在近侧位置处。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104被配置为支撑引燃火焰108。如下面更详细地描述的，引燃火焰108帮助点燃和/或维持主燃烧反应110。

在一个实施方案中，引燃燃烧器104通过输出引燃燃料112来支撑引燃火焰108。引燃火焰108由引入炉体积101中的引燃燃料112和燃烧空气支撑。因此，引燃火焰108是引燃燃料112和燃烧空气的燃烧反应。

在一个实施方案中，该一个或多个主燃料喷嘴106被配置为支撑炉体积101内的主火焰110。主火焰110在引燃火焰108的下游被支撑。

在一个实施方案中，主燃料喷嘴106通过将主燃料114输出到炉体积101中来支撑主火焰110。主火焰110由引入炉体积101中的主燃料114和燃烧空气支撑。因此，主火焰110是主燃料114和燃烧空气的燃烧反应。

在一个实施方案中，引燃燃烧器104和该一个或多个主燃料喷嘴106被配置为同时支撑与引燃火焰108接触的主火焰110。引燃燃烧器104被设置成致使主燃料和燃烧空气被引燃火焰108点燃。

在一个实施方案中，主火焰110可不与引燃火焰108接触。而是主火焰110可通过间隙与引燃火焰108分开。

在一个实施方案中，引燃燃烧器104包括从轴线A横向延伸的多个管或臂。管或臂包括输出引燃燃料的多个孔口。因此，引燃火焰108保持在引燃燃烧器104的管、臂或段中的每一者上方。可选择引燃燃烧器104的形状以覆盖对应于主燃料喷嘴106上方的区域的横向区域，或主燃料114穿过的区域。

在一个实施方案中，主燃料114穿过引燃燃烧器104的横向延伸部分之间的间隙或开放空间。当主燃料114邻近引燃火焰108经过时，主燃料114可最初由引燃火焰108点燃。在主燃料114已被点燃由此生成主火焰110之后，主火焰110可在稳定状态下由主燃料114支撑。

在一个实施方案中，引燃燃烧器104的横向延伸臂形成星形形状。除此之外或另选地，引燃燃烧器104可形成螺旋形状、圆形形状、H形形状、正方形形状、六边形形状、或覆盖期望的横向距离并同时包括主燃料114可穿过的间隙的其他形状。(参见例如图2A至图6。)

在一个实施方案中，引燃燃烧器104包括引燃燃料歧管。引燃燃料歧管包括横向延伸的管、段、臂或部分。引燃燃料112从定位在引燃燃料歧管的横向延伸的管、段、臂或部分中的孔口输出。

根据一个实施方案，当燃烧器系统100在额定热输出下操作时，主火焰110包括具有为引燃火焰108的热输出的至少10倍的热输出的火焰。在一个实施方案中，在额定热输出下操作对应于在燃烧器系统100的稳态标准操作模式下操作。在另一个实施方案中，当燃烧器系统100在额定热输出下操作时，主火焰110包括具有为引燃火焰108的热输出的至少20倍的热输出的火焰。

根据一个实施方案，燃烧器系统100在可操作地联接到燃烧器系统100的烟囱处具有约二十百万分数或更少的NOx输出、调整至3％的过量O₂。在一个实施方案中，燃烧器系统100在可操作地联接到燃烧器系统100的排气烟囱处具有约二十百万分数或更少的NOx输出、调整至3％的过量O₂。

图1B是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器102的燃烧器系统111的框图。图1B的燃烧器系统111基本上类似于图1A的燃烧器系统100，不同的是燃烧器系统111包括远侧火焰保持器102。

根据一个实施方案，燃烧器系统111包括：主燃料源106，该主燃料源沿炉体积101的流轴线A设置在近侧位置处；引燃燃烧器104，该引燃燃烧器沿流轴线A设置在中间距离处；和远侧火焰保持器102，该远侧火焰保持器沿着流轴线A设置在远侧位置处。引燃燃烧器104可被配置为支撑引燃火焰108以加热远侧火焰保持器102。主燃料源106可被配置为在远侧火焰保持器102被至少部分地加热之后向远侧火焰保持器102提供主燃料114。远侧火焰保持器102可被配置为保持由主燃料114支撑的主火焰110的至少一部分。

在一个实施方案中，远侧火焰保持器102是穿孔火焰保持器。关于图7至图10B更具体地描述了穿孔火焰保持器的操作和结构。在其他实施方案中，远侧火焰保持器102可包括一个或多个实心钝体火焰保持器，或者可包括一个或多个穿孔火焰保持器和一个或多个钝体火焰保持器的混合物。

图2A是根据一个实施方案的燃烧器系统200的图示。燃烧器系统200包括引燃燃烧器104和主燃料喷嘴106。虽然在图2A中未示出，但引燃燃烧器104通过输出引燃燃料112来支撑引燃火焰108。虽然未在图2A中示出，但主燃料喷嘴106被配置为通过输出主燃料114来支撑主火焰110。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104由燃料管220支撑并经由该燃料管接收燃料。燃料管220经由炉的底板238中的开口240延伸到炉体积101中。加强件222可围绕燃料管220定位以防止燃料管220摇晃。主燃料喷嘴106还延伸通过底板238中的开口240。主燃料喷嘴106可由燃料立管224支撑。在一个实施方案中，主燃料喷嘴106包括以2°展开输出主燃料114的孔口。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104限定多个燃料孔口218，该多个燃料孔口具有足够大的收集面积以共同支撑低动量引燃火焰108。在一个实施方案中，由主燃料喷嘴106输出的主燃料114和燃烧空气形成可燃混合物，该可燃混合物在其从主燃料喷嘴106的近侧位置流动到引燃燃烧器104的远侧位置时在宽度上扩展。多个燃料孔口218可足够广泛地设置在炉体积101上，以致使引燃火焰108与主燃料114和燃烧空气混合物在可燃混合物的宽度上接触。在另一个实施方案中，主燃料喷嘴106被配置为输出与空气共流的燃料。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104包括燃料歧管，该燃料歧管具有接合在一起的多个段219，每个段219具有被配置为使燃料从燃料歧管内部传递到炉体积101的多个燃料孔口218。多个段219可形成为被配置为使从燃料管220递送的燃料自由地进入燃料歧管的相应管。在一个实施方案中，管的至少一部分被布置为从基本上设置在沿轴线的中心线处的中心辐射的辐条。在其他实施方案中，管的至少一部分可被布置为“X”形、矩形、“H”形、货车轮形或星形。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104包括歧管，该歧管包括曲线管。在一个实施方案中，曲线管被布置为螺旋形、

或“∞”。

根据一个实施方案，主燃料喷嘴106在与炉的底板238重合或靠近炉的底板的近侧位置处形成主燃料转储平面。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104在与炉的底板238相距至少100个主燃料喷嘴106直径的远侧位置处支撑扩散火焰。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104包括横向于燃料和燃烧空气流轴线A设置的至少一个管。该至少一个管可包括从至少一个管向上延伸以形成“U”形通道的相对的竖直突片。

根据一个实施方案，燃烧器系统200包括引燃燃料源230。引燃燃料源230将引燃燃料112供应到燃料管220中。引燃燃料112经由燃料孔口218从引燃燃烧器104输出。引燃燃料控制阀234可手动地或电子地控制以启用或关闭引燃燃料112从引燃燃料源230到引燃燃烧器104的流动。

根据一个实施方案，燃烧器系统200包括主燃料源232。主燃料源232向主燃料喷嘴106供应主燃料114。主燃料114可经由燃料立管224供应到主燃料喷嘴106。主燃料控制阀236可手动或以电子方式控制以启用或关闭主燃料114从主燃料源232到主燃料喷嘴106的流动。

根据一个实施方案，主燃料源232和引燃燃料源230可以是单个燃料源或贮存器，其燃料可分别被引导到引燃燃烧器104和主燃料喷嘴106并且可经由例如引燃燃料控制阀234和主燃料控制阀236单独控制。

在一个实施方案中，燃烧空气通过炉的底板238中的开口240作为自然通风流提供到炉体积101中。除此之外或另选地，燃烧空气可以除通过底板238中的开口240之外的方式提供到炉体积101中。例如，燃烧空气可包括再循环烟道气，如下文更详细地讨论。在另一个示例中，燃烧空气可包括来自鼓风机(未示出)的强制通风。

图2B是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器102的燃烧器系统211的图示。燃烧器系统211基本上类似于图2A的燃烧器系统200，不同的是燃烧器系统211包括定位在引燃燃烧器104上方的远侧火焰保持器102，即设置在比引燃燃烧器104更远离主燃料喷嘴106的位置处。虽然引燃燃烧器支撑引燃火焰108(参见图1A和图1B)，但远侧火焰保持器102保持主火焰110(参见图1B)。引燃火焰108可点燃并稳定主火焰110。

根据一个实施方案，远侧火焰保持器102可包括穿孔火焰保持器，该穿孔火焰保持器被配置为保持二级火焰110并控制二级火焰110的长度。此类穿孔火焰保持器102可将二级火焰110的至少一部分保持在穿孔火焰保持器102内。

图3是根据一个实施方案的燃烧系统300的透视图。燃烧器系统300包括引燃燃烧器104和主燃料喷嘴106。尽管图3中未示出，但引燃燃烧器104被配置为经由通过低速孔口输出引燃燃料112来支撑引燃扩散火焰108。虽然未在图3中示出，但主燃料喷嘴106被配置为通过输出主燃料114作为一个或多个高速流或“射流”来支撑主火焰110。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104由燃料管220支撑并经由该燃料管接收引燃燃料112。燃料管220经由炉的底板238中的开口240延伸到炉体积101中。加强件222可围绕燃料管220定位以防止燃料管220摇晃。主燃料喷嘴106还延伸通过底板238中的开口240。主燃料喷嘴106可由燃料立管224支撑。在一个实施方案中，主燃料喷嘴106包括以约2°展开输出主燃料的孔口。

根据一个实施方案，引燃燃烧器104包括燃料歧管，该燃料歧管具有接合在一起的多个段219，每个段219具有被配置为使燃料从燃料歧管内部传递到炉体积101的多个燃料孔口(例如，图2A、图2B中的燃料孔口218)。多个段219可形成为被配置为使从燃料管220递送的燃料自由地进入燃料歧管的相应管。在一个实施方案中，管的至少一部分被布置为从基本上设置在沿轴线的中心线处的中心辐射的辐条。在图3的实施方案中，多个段219被布置成“X”形。

在一个实施方案中，每个段219包括网状陶瓷的一个或多个区段226，该网状陶瓷的一个或多个区段设置在段219中的“U”形通道中并由该“U”形通道支撑。引燃燃料112可从燃料孔口218流入网状陶瓷的该一个或多个区段226的通道或通路中。引燃火焰108可至少部分地保持在网状陶瓷的该一个或多个区段226的通道或通路内。

在一个实施方案中，网状陶瓷的该一个或多个区段226设置在形成多个段219的管中的至少一个管的上方。至少一个管可限定沿着至少一个管的长度设置的多个燃料流孔。在一个实施方案中，至少一个管限定多个燃料流孔，该多个燃料流孔被配置为允许气态引燃燃料112向上流入在至少一个管上方形成的“U”形通道中。

在一个实施方案中，燃烧器系统300包括支腿252。支腿252可在引燃燃烧器104上方的炉体积101中支撑远侧火焰保持器102(在图3中未示出)，包括实心钝体和/或穿孔火焰保持器。远侧火焰保持器可保持主火焰110的一部分。

图4是根据一个实施方案的呈H形状的引燃燃烧器104的图示。引燃燃烧器104包括可输出引燃燃料112的多个燃料孔口218。引燃燃烧器104可由接合在一起以形成“H”形的多个管段组成。

图5是根据一个实施方案的呈螺旋形状的引燃燃烧器104的图示。引燃燃烧器104包括可输出引燃燃料112的多个燃料孔口218。引燃燃烧器104可由接合在一起以形成螺旋形的多个管段组成。

图6是根据一个实施方案的具有附接到中心毂的侧面的呈六边形形状的引燃燃烧器104的图示。引燃燃烧器104包括可输出引燃燃料112的多个燃料孔口218。引燃燃烧器104可由接合在一起以形成图6所示的形状的多个管段组成。

图7是根据一个实施方案的包括被配置为保持燃烧反应的远侧火焰保持器102的燃烧系统700的简化图，其中远侧火焰保持器102包括穿孔火焰保持器。根据各种实施方案，远侧火焰保持器102可在燃烧器系统111、200和300中实现。如本文所用，除非上下文另有规定或提供进一步的定义，否则术语远侧火焰保持器、钝体火焰保持器、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或可互换的。图7至图10B具体描述了采用穿孔火焰保持器作为一种类型的远侧火焰保持器102的燃烧器系统。

发明人执行的实验显示，本文所述的远侧火焰保持器102可支撑非常洁净的燃烧。具体地讲，在燃烧器系统700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)下降至烟囱处的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℉)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700包括被设置成将主燃料和氧化剂输出到燃烧体积704中以形成主燃料和氧化剂混合物706的燃料和氧化剂源702。燃料和氧化剂源可包括主燃料喷嘴106。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704中，并且被定位成接收主燃料和氧化剂混合物706。

图8是根据一个实施方案的作为图7的远侧火焰保持器102的穿孔火焰保持器的一部分的侧剖面图800。参见图7和图8，穿孔火焰保持器102包括限定多个穿孔710的穿孔火焰保持器主体708，该多个穿孔对齐以接收来自燃料和氧化剂源702的主燃料和氧化剂混合物706。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710被配置为共同地保持由主燃料和氧化剂混合物706支撑的燃烧反应。

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708可由被设置为接收主燃料和氧化剂混合物706的输入面712、背离燃料和氧化剂源702的输出面714，以及限定穿孔火焰保持器102的横向范围的外周表面716界定。由穿孔火焰保持器主体708限定的该多个穿孔710从输入面712延伸到输出面714。该多个穿孔710可在输入面712处接收主燃料和氧化剂混合物706。然后，主燃料和氧化剂混合物706可在该多个穿孔710内或附近燃烧，并且燃烧产物可在输出面714处或附近离开该多个穿孔710。

根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102被配置为将大部分的燃烧反应802保持在穿孔710内。例如，在稳态基础上，由燃料和氧化剂源702输出到燃烧体积704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712和输出面714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712和输出面714之间输出由燃烧反应802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802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710可被配置为共同将至少80％的燃烧反应802保持在穿孔火焰保持器102的输入面712和输出面714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712和输出面714之间的穿孔710中的燃烧反应802。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712和输出面714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714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712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710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712和主燃料喷嘴718之间的区域中、在稀释区域D_D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710中、在输入面712和输出面714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714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可被配置为接收来自燃烧反应802的热量并且将所接收的热量的一部分作为热辐射804输出到燃烧体积704中或附近的热接收结构(例如炉壁和/或辐射区段工作流体管)。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708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8，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712处接收的主燃料和氧化剂混合物706。穿孔火焰保持器主体708可至少在穿孔壁808的热量接收区域806中接收来自燃烧反应802的热量。实验证据已向发明人表明，热量接收区域806的位置或至少对应于热量接收最大速率的位置可沿着穿孔壁808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712到输出面714距离的1/3和1/2之间(即与输出面714相比离输入面712略近一些的位置)。发明人设想了以下情况：在其他条件下，热量接收区域806可位于距穿孔火焰保持器102的输出面714更近的位置。最有可能的是，热量接收区域806(或就此而言，在下文中描述的热量输出区域810)没有清晰限定的边缘。为了便于理解，热量接收区域806和热量输出区域810将被描述为特定区域806、810。

穿孔火焰保持器主体708可通过热容表征。穿孔火焰保持器主体708可保持量对应于热容乘以温度上升的来自燃烧反应802的热能，并且将来自热量接收区域806的热能传递至穿孔壁808的热量输出区域810。通常，热量输出区域810比热量接收区域806更靠近输入面712。根据一种解释，穿孔火焰保持器主体708可经由热辐射(在图中示为804)将来自热量接收区域806的热量传递至热量输出区域810。根据另一种解释，穿孔火焰保持器主体708可经由热传导沿着热传导路径812将来自热量接收区域806的热量传递至热量输出区域810。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收区域806的热量传递到热量输出区域810。以这种方式，即使在由常规火焰保持器支撑时燃烧反应802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802。

发明人认为，穿孔火焰保持器102使得燃烧反应802开始于邻近穿孔710的壁808形成的热边界层814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。随着相对较冷的主燃料和氧化剂混合物706接近输入面712，混合物流被分为分别流过各穿孔710的部分。随着越来越多的热量被传递至进入的主燃料和氧化剂混合物706，热的穿孔火焰保持器主体708将热量传递给流体，特别是在厚度渐增的热边界层814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802。因此，燃烧反应802被示为发生在热边界层814内。随着流动的进行，热边界层814在合并点816处合并。理想的是，合并点816位于输入面712和输出面714之间，该输入面和输出面限定穿孔710的端部。在沿着穿孔710的长度的某个位置处，燃烧反应802向穿孔火焰保持器主体708输出的热量比从穿孔火焰保持器主体708接收的热量更多。热量在热量接收区域806处被接收，由穿孔火焰保持器主体708保持，并且被传输至更靠近输入面712的热量输出区域810，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710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712和输出面714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710的物质。在输入面712附近，反应流体包括主燃料和氧化剂混合物706(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802区域内，反应流体可包括与燃烧反应802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714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。

该多个穿孔710可各自通过相对穿孔壁808之间的横向尺寸D来表征。发明人已发现，如果每个穿孔710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814在流经穿孔710的反应流体中邻近穿孔壁808形成以在穿孔火焰保持器102的输入面712和输出面714之间的穿孔710内会聚于合并点816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708可被配置为在相邻穿孔710之间传输热量。在相邻穿孔710之间传输的热量可被选择为使得从第一穿孔710中的燃烧反应部分802输出的热量供应热量来稳定相邻穿孔710中的燃烧反应部分802。

具体参见图7，燃料和氧化剂源702可还包括被配置为输出主燃料114的主燃料喷嘴718(例如，对应于本文描述的主燃料喷嘴106)，以及被配置为输出包含氧化剂的流体的氧化剂源720。例如，主燃料喷嘴718可被配置为输出基本上纯的燃料(而不是例如燃料-空气混合物)。氧化剂源720可被配置为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722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为使穿孔火焰保持器102与主燃料喷嘴718保持稀释距离D_D。主燃料喷嘴718可被配置为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主燃料喷嘴718和穿孔火焰保持器102之间的稀释距离D_D行进至穿孔火焰保持器102而形成主燃料和氧化剂混合物706。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720可被配置为夹带燃料并且燃料和氧化剂行进通过稀释距离D_D。在一些实施方案中，可提供烟道气再循环路径724。除此之外或另选地，主燃料喷嘴718可被配置为发射所选择的燃料射流，以随着燃料射流行进通过主燃料喷嘴718和穿孔火焰保持器102的输入面712之间的稀释距离D_D而夹带氧化剂以及夹带烟道气。

主燃料喷嘴718可被配置为通过一个或多个燃料孔口726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722可支撑穿孔火焰保持器102以在离主燃料喷嘴718的距离是喷嘴直径的大于20倍的距离D_D处接收主燃料和氧化剂混合物706。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器102被设置成在离主燃料喷嘴718的距离是喷嘴直径的100至1100倍的距离D_D处接收主燃料和氧化剂混合物706。优选地，穿孔火焰保持器支撑结构722被配置为将穿孔火焰保持器102保持在距主燃料喷嘴718喷嘴直径的约200倍或更多的距离处。当主燃料和氧化剂混合物706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802产生最低NOx。

根据一个实施方案，燃料和氧化剂源702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远侧火焰保持器102之间，并且被配置为阻止火焰回火至预混燃料和氧化剂源中。另选地，如本文所述，引燃燃烧器、引燃火焰保持器和/或连续引燃火焰可设置在燃料和氧化剂源702与远侧火焰保持器102之间以确保主燃料和氧化剂的燃烧。

无论是被配置用于夹带在燃烧体积704中还是用于预混，氧化剂源720都可包括被配置为推动氧化剂经过燃料和氧化剂源702的鼓风机。

穿孔火焰保持器支撑结构722可被配置为例如从燃烧体积704的底板或壁(未示出)支撑有孔火焰保持器102。在另一个实施方案中，穿孔火焰保持器支撑结构722从燃料和氧化剂源702支撑穿孔火焰保持器102。另选地，穿孔火焰保持器支撑结构722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。穿孔火焰保持器支撑结构722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708。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722可被配置为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722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716的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为输入面712和输出面714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716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712和输出面714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704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再循环路径724位于穿孔火焰保持器102的外周表面716和燃烧体积壁(未示出)之间。

再次参见图7和图8，穿孔710可具有各种形状。在一个实施方案中，穿孔710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710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710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710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712延伸到输出面714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710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710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710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，该多个穿孔710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，该多个穿孔710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710的总体积除以包括穿孔火焰保持器主体708和穿孔710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708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708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

陶瓷蜂窝结构形成。

穿孔710可彼此平行并且垂直于输入面712和输出面714。在另一个实施方案中，穿孔710可彼此平行并且相对于输入面712和输出面714成角度形成。在另一个实施方案中，穿孔710可彼此之间不平行。在另一个实施方案中，穿孔710可彼此之间不平行且不相交。在另一个实施方案中，穿孔710可相交。穿孔火焰保持器主体708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710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708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708可包括不连续填料体，使得穿孔710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802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802。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706接触穿孔火焰保持器102的输入面712的点，燃料流706的平均燃料与氧化剂比率低于燃料流706的燃料组分的(常规)燃烧下限—燃烧下限定义了当主燃料和氧化剂混合物706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主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以及包括穿孔火焰保持器102和或远侧放置的火焰保持器的系统提供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808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802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9是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远侧火焰保持器102(例如，穿孔火焰保持器)的燃烧器系统的方法900的流程图。为了操作包括远侧火焰保持器的燃烧器系统，首先加热远侧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900从步骤902开始，其中将远侧火焰保持器预热至启动温度T_S。远侧火焰保持器上升至启动温度后，方法行进到步骤904，其中向远侧火焰保持器提供燃料和氧化剂，并且由远侧火焰保持器保持燃烧。

根据更加详细的描述，步骤902从步骤906开始，其中在远侧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908确定远侧火焰保持器的温度T是否等于或高于启动温度T_S。只要远侧火焰保持器的温度低于其启动温度，该方法就在预热步骤902中的步骤906和908之间循环。在决定步骤908中，如果远侧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900行进到总步骤904，其中向远侧火焰保持器提供燃料和氧化剂，并且由远侧火焰保持器保持燃烧。

步骤904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。

从决定步骤908开始，向远侧火焰保持器提供燃料和氧化剂混合物，如步骤910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，该方向被选择为致使由远侧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)，以在为可保持在远侧火焰保持器的穿孔内的稳定燃烧反应选择的燃料稀释度，在远侧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912，通过远侧火焰保持器保持燃烧反应。

在步骤914中，可从远侧火焰保持器输出热量。从远侧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916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，远侧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916的附加或替代变型中，燃烧在远侧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918，如果感测到燃烧不稳定，则方法900可退出到步骤924，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902、输出警报信号、点燃备用燃烧系统或其他步骤。在决定步骤918中，如果确定远侧火焰保持器中的燃烧是稳定的，则方法900行进到决定步骤920，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904内)回到步骤910，并且继续燃烧过程。如果指示燃烧参数中的改变，则方法900行进到步骤922，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904内)回到步骤910，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922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904内的循环的一次或多次重复中向远侧火焰保持器逐渐增加燃料和氧化剂流量。

再次参见图7，燃烧器系统700包括可操作地联接到远侧火焰保持器102的加热器728。如结合图8和图9所述，远侧火焰保持器102通过将热量输出至进入的主燃料和氧化剂混合物706来操作。建立燃烧后，由燃烧反应802提供该热量；但是建立燃烧前，由加热器728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728可包括被配置为支撑火焰的火焰保持器，所述火焰被设置成加热远侧火焰保持器102。燃料和氧化剂源702可包括被配置为发射燃料流706的主燃料喷嘴718和被配置为输出与燃料流706相邻的氧化剂(例如，燃烧空气)的氧化剂源720。主燃料喷嘴718和氧化剂源720可被配置为输出待由氧化剂(例如，燃烧空气)逐级稀释的燃料流706。远侧火焰保持器102可被设置成接收稀释的主燃料和氧化剂混合物706，该混合物支撑燃烧反应802，该燃烧反应在远侧火焰保持器102处于操作温度时由远侧火焰保持器102稳定。相比之下，启动火焰保持器可被配置为在对应于不需要由加热的远侧火焰保持器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700可还包括可操作地联接到加热器728和数据接口732的控制器730。例如，控制器730可被配置为控制启动火焰保持器致动器，该启动火焰保持器致动器被配置为使启动火焰保持器在远侧火焰保持器102需要被预热时保持启动火焰并在远侧火焰保持器102处于操作温度(例如，当T≥T_S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远侧端部，该远侧端部被配置为被致动以拦截主燃料和氧化剂混合物706以引起热再生和/或稳定涡流，从而保持启动火焰；或被致动不拦截主燃料和氧化剂混合物706以使主燃料和氧化剂混合物706行进到远侧火焰保持器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主燃料和氧化剂混合物706流速；以及在远侧火焰保持器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728可包括与控制器730可操作地联接并且被配置为向主燃料和氧化剂混合物706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主燃料和氧化剂混合物706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728可包括被配置为向远侧火焰保持器102和/或向主燃料和氧化剂混合物706输出热量的电阻加热器。电阻加热器728可被配置为加热远侧火焰保持器102至操作温度。加热器728还可包括电源和在控制器730的控制下可操作以将电源选择性地联接到电阻加热器728的开关。

可通过各种方式形成电阻加热器728。例如，电阻加热器728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

线材穿过由远侧火焰保持器主体708限定的穿孔710的至少一部分。另选地，加热器728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728可包括被配置为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，如本文中更详细地讨论，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远侧火焰保持器102的主燃料和氧化剂混合物706。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730，该控制器可在远侧火焰保持器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远侧火焰保持器102中或其上游维持主燃料和氧化剂混合物706的燃烧。

燃烧器系统700可还包括可操作地联接到控制器730的传感器734。传感器734可包括被配置为检测红外辐射或远侧火焰保持器102的温度的热传感器。控制电路730可被配置为响应于来自传感器734的输入控制加热器728。任选地，燃料控制阀736可操作地联接到控制器730，并且被配置为控制燃料向燃料和氧化剂源702的流动。除此之外或另选地，氧化剂鼓风机或阻尼器738可操作地联接到控制器730，并且被配置为控制氧化剂(或燃烧空气)的流动。

传感器734可还包括可操作地联接到控制电路730的燃烧传感器，该燃烧传感器被配置为检测由远侧火焰保持器102保持的燃烧反应802的温度、视频图像和/或光谱特征。燃料控制阀736可被配置为控制从燃料源到燃料和氧化剂源702的燃料的流动。控制器730可被配置为响应于来自燃烧传感器734的输入控制燃料控制阀736。控制器730可被配置为控制燃料控制阀736和/或氧化剂鼓风机或阻尼器738以控制加热器728的预热火焰类型，从而将远侧火焰保持器102加热至操作温度。控制器730可类似地控制燃料控制阀736和/或氧化剂鼓风机或阻尼器738，以响应于通过数据接口732作为数据接收的热量需求变化来改变主燃料和氧化剂混合物706流。

图10A为根据一个实施方案的包括另一个另选远侧火焰保持器102的燃烧系统1000的简化透视图。根据一个实施方案，远侧火焰保持器102是被配置为保持燃烧反应的网状陶瓷穿孔火焰保持器。图10B为根据一个实施方案的图10A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10A、图10B的远侧火焰保持器102。远侧火焰保持器102被配置为支持从至少部分地在远侧火焰保持器102内的燃料和氧化剂源702接收的主燃料和氧化剂混合物706的燃烧反应(例如，图8的燃烧反应802)。根据一个实施方案，远侧火焰保持器102可被配置为支持主燃料和氧化剂混合物706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708可包括网状纤维1039。网状纤维1039可限定围绕并且穿过网状纤维1039编织的分支穿孔710。根据一个实施方案，穿孔710形成为网状纤维1039之间的通道。

根据一个实施方案，网状纤维1039形成为网状陶瓷泡沫。根据一个实施方案，网状纤维1039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1039可包括硅酸铝。根据一个实施方案，网状纤维1039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1039可包括氧化锆。根据一个实施方案，网状纤维1039可包括碳化硅。

如上所提及，术语“网状纤维”指的是网状结构。根据一个实施方案，网状纤维1039由挤出的陶瓷材料形成。在网状纤维1039实施方案中，主燃料和氧化剂混合物706之间的相互作用、燃烧反应802以及往返穿孔火焰保持器主体708的热传递可与上文关于图7至图9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1039形成允许在相邻穿孔710之间来回流动的不连续穿孔火焰保持器主体708而导致穿孔710之间的混合。

根据一个实施方案，网状纤维1039的网络对于下游网状纤维1039足够开放以发射辐射供上游网状纤维1039接收，以供达到充分加热上游网状纤维1039以维持主燃料和氧化剂混合物706的燃烧的目的。与连续的穿孔火焰保持器主体708相比，网状纤维1039之间的热传导路径(诸如图8中的热传导路径812)由于网状纤维1039的分离而减少。这可致使相对较多的热量经由热辐射(在图8中示为元素804)从网状纤维1039的热量接收区域或区(诸如图8中的热量接收区域806)传递到热量输出区域或区(诸如图8中的热量输出区域810)。

根据一个实施方案，各穿孔710可在穿孔火焰保持器102的输入面712至输出面714之间延伸。穿孔710可具有不同的长度L。根据一个实施方案，因为穿孔710分支到彼此中并且从彼此中分支出来，所以单独的穿孔710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被配置为支撑或保持燃烧反应(参见图8的元素802)或者至少部分地在输入面712和输出面714之间保持火焰。根据一个实施方案，输入面712对应于穿孔火焰保持器102的在主燃料喷嘴718近侧的表面，或对应于首先接收燃料的表面。根据一个实施方案，输入面712对应于在主燃料喷嘴718近侧的网状纤维1039的范围。根据一个实施方案，输出面714对应于在主燃料喷嘴718远侧或与输入面712相对的表面。根据一个实施方案，输入面712对应于在主燃料喷嘴718远侧或与输入面712相对的网状纤维1039的范围。

根据一个实施方案，热界面层814的形成、穿孔火焰保持器主体708与流过穿孔710的气体之间的热传递、特征穿孔宽度尺寸D和长度L可各自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712穿过穿孔火焰保持器102到输出面714的直线距离T_RH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体积-网状纤维1039体积)/总体积)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11是示出根据一个实施方案的用于操作远侧火焰保持器燃烧器系统的方法1100的流程图。根据一个实施方案，方法1100包括，在操作1102中，从由引燃燃烧器支撑的引燃火焰向远侧火焰保持器(102)提供热量，引燃火焰由引燃燃料提供燃料，远侧火焰保持器和引燃燃烧器设置在炉中并且彼此靠近。引燃燃烧器可设置在远侧火焰保持器与一个或多个主燃料喷嘴之间，并且引燃燃烧器与远侧火焰保持器之间的距离小于引燃燃烧器与该一个或多个主燃料喷嘴之间的距离。操作1104包括将混合的主燃料和空气引入远侧火焰保持器。操作1106包括当引燃燃烧器继续支撑引燃火焰时，将混合的主燃料和空气的燃烧反应的至少一部分保持在远侧火焰保持器内。

操作1102可包括从引燃燃料源向引燃燃烧器提供引燃燃料，控制引燃燃料流速，以及从引燃燃烧器的多个孔口(例如，图2A、图2B、图4至图6中的218)发射引燃燃料。孔口可设置在混合的主燃料和空气的宽度上。操作还可包括在引燃燃烧器处用引燃火焰点燃混合的主燃料和空气。

根据一个实施方案，方法1100还可包括测量远侧火焰保持器的温度，并且当远侧火焰保持器的温度等于或高于预定阈值时，减小引燃燃料流速以减小引燃火焰的尺寸。相对于混合的主燃料和空气的燃烧反应的尺寸减小引燃火焰的尺寸可导致氮氧化物的排放减小。

在操作1104中，将混合的主燃料和空气引入远侧火焰保持器可包括在混合管的近侧端部处经由该一个或多个主燃料喷嘴引入主燃料以及引入空气。混合管的近侧端部可靠近该一个或多个主燃料喷嘴设置，而混合管的远侧端部可靠近远侧火焰保持器设置。混合管可从其近侧端部向其远侧端部开放。

根据一个实施方案，方法1100还可包括将烟道气引出到混合管的近侧端部中。

在一个实施方案中，引燃燃烧器可设置在远侧火焰保持器和混合管的远侧端部之间。

图12是示出根据一个实施方案的用于操作燃烧器系统的方法1200的流程图。根据一个实施方案，方法1200包括在操作1202中，在远离炉底板的位置处跨炉体积的宽度的一部分支撑扩散火焰。操作1204包括从炉底板附近的位置向炉体积提供燃烧空气。操作1206包括从炉底板附近的一个或多个位置处的一个或多个主燃料喷嘴中的每一者输出高压主燃料射流。操作1208包括在主燃料和燃烧空气从炉底板附近的位置行进到远侧位置的同时将主燃料与燃烧空气混合。操作1210包括通过将混合的主燃料和空气暴露于扩散火焰来燃烧主燃料。

根据一个实施方案，方法1200还可包括将由燃烧主燃料产生的主火焰保持在稳定位置，其中远侧火焰保持器设置成比扩散火焰更远离炉底板。

在一个实施方案中，在操作1202中，扩散火焰的支撑可包括在引燃燃烧器处产生并保持扩散火焰，该引燃燃烧器设置在该一个或多个主燃料喷嘴与远侧火焰保持器之间的炉体积中。引燃燃烧器可被设置成与其相对于炉底板相比更加靠近远侧火焰保持器。在另一个实施方案中，将扩散火焰保持在引燃燃烧器处可包括向引燃燃烧器供应引燃燃料，从引燃燃烧器的一个或多个引燃燃料孔口发射引燃燃料，以及维持在引燃燃烧器处点燃燃烧空气和所发射的引燃燃料的混合物以支撑扩散火焰。该一个或多个引燃燃料孔口可构成设置在炉体积的宽度的部分上的多个引燃燃料孔口，该部分足够宽以使得扩散火焰与主燃料和燃烧空气的混合物在混合的主燃料和燃烧空气的宽度上接触。除此之外和/或另选地，该一个或多个引燃燃料孔口可包括具有足够大的收集区域以在低动量下支撑扩散火焰的多个引燃燃料孔口。将扩散火焰保持在引燃燃烧器处可包括控制将引燃燃料供应到引燃燃烧器的速率。

根据一个实施方案，方法1200还可包括检测设置在扩散火焰上方的远侧火焰保持器的温度，并且当远侧火焰保持器达到至少预定阈值温度时，减小将引燃燃料供应到支撑扩散火焰的引燃燃烧器的速率。

根据一个实施方案，方法1200还可包括使用电容传感器来检测主燃料在远侧火焰保持器处的燃烧，该电容传感器被配置为将传感器信号输出到控制器。

根据一个实施方案，燃烧系统可包括氧化剂源，该氧化剂源被配置为将氧化剂输出到炉体积中。引燃燃烧器可被配置为通过至少在预热状态期间输出引燃燃料以支撑引燃扩散火焰来支撑引燃火焰，并且主燃料喷嘴可被配置为在至少在预热状态完成之后的标准操作状态期间将主燃料从近侧位置输出到炉体积中。燃烧系统可包括：远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器定位在所述炉体积中以在所述预热状态期间由所述引燃火焰预热，并且在所述标准操作状态期间将所述主燃料和氧化剂的燃烧反应保持在所述远侧火焰保持器附近；以及燃烧传感器，所述燃烧传感器被配置为感测所述远侧火焰保持器的状况并且生成指示所述远侧火焰保持器的所述状况的传感器信号。燃烧系统还包括一个或多个致动器，所述一个或多个致动器被配置为调整来自所述主燃料喷嘴的所述主燃料的流量，调整到所述引燃燃烧器的所述引燃燃料的流量，并且调整来自所述氧化剂源的所述氧化剂的流量。控制器可通信地联接到致动器和燃烧传感器。所述控制器可被配置为从所述燃烧传感器接收所述传感器信号，并且控制所述致动器以响应于所述传感器信号并且根据存储在联接到所述控制器的非暂态计算机可读介质中的软件指令来调整所述引燃燃料、所述主燃料和所述氧化剂的所述流量。

根据一个实施方案，燃烧系统还包括引燃火焰传感器，所述引燃火焰传感器被配置为感测引燃火焰的状况并且输出指示所述引燃火焰的所述状况的传感器信号。燃烧传感器可包括引燃火焰传感器。在一个实施方案中，引燃火焰传感器可包括电容传感器、电阻传感器和/或断层摄影传感器(例如，采用电容断层摄影(ECT))。

根据一个实施方案，燃烧系统还包括被配置为生成电弧的点火器。所述控制器可被配置为控制所述致动器中的一者或多者以便如果所述电容传感器指示所述引燃火焰不存在并且满足所有安全联锁装置，则致使所述点火器生成电弧以点燃所述引燃火焰。在一个实施方案中，所述控制器被配置为响应于来自至少所述燃烧传感器的所述传感器信号而通过控制所述致动器中的一者或多者以调整所述引燃燃料或所述氧化剂的所述流量来调整所述引燃火焰的尺寸。所述燃烧传感器可被配置为检测所述远侧火焰保持器处的所述燃烧反应，并且响应于所述燃烧反应的所检测的状态而将传感器信号输出到所述控制器。在一个实施方案中，所述燃烧传感器被配置为作为回火传感器操作，所述回火传感器被配置为检测所述燃烧反应从所述远侧火焰保持器朝向所述主燃料喷嘴的回火。燃烧传感器可包括电容传感器。

图13A是根据一个实施方案的包括远侧火焰保持器102和电容(EC)传感器1305的燃烧系统1300的图。图13B是根据一个实施方案的远侧火焰保持器102和电容传感器1305的顶视图。

在一个实施方案中，EC传感器可被配置为电容断层摄影(ECT)传感器。另选地，燃烧传感器可通过修改信号处理而被配置为电阻或导电传感器。如本文所用，术语电容将被理解为也指电阻传感器或导电传感器。EC传感器基本上是简化的ECT传感器，因为其具有较少的电极并且可感测燃烧存在，但不一定感测燃烧的特定位置。应当理解，对ECT传感器的引用类似地是指EC传感器。

如本文所用，术语电容断层摄影(ECT)应如所述的那样理解。ECT感测可以是基本上电容的，或者可除此之外或另选地进行以测量电导、电阻、阻抗或其他电参数。ECT可包括多个传感器通道，诸如可通过将传感器移动通过不同位置或通过使用传感器阵列来产生，诸如可在更常见的(例如，医学)断层摄影系统中看到。除此之外或另选地，ECT系统可以包括一系列传感器通道，这些传感器通道少至由相对于感测区域(例如，火焰保持区域、脱火区域、回火区域、烟道气区域、引燃火焰区域等)定位的两个电极限定的单个通道。除非上下文另有规定，否则本文的公开内容和权利要求应被赋予该广泛含义。

在一个实施方案中，燃烧系统1300可包括燃烧传感器，该燃烧传感器包括EC传感器或ECT设备，诸如图13A和图13B的电容传感器1305。电容传感器1305可包括围绕远侧火焰保持器102横向定位以便感测远侧火焰保持器102的参数的第一组电极1320，包括多对电极1320。电容传感器1305还可包括定位在远侧火焰保持器102上游的第二组电极。第一组电极1320可感测远侧火焰保持器102附近的电容或其他参数。第二组电极可感测远侧火焰保持器102上游(例如，在引燃燃烧器处(例如，图3中的104))或引燃燃烧器上游的电容或其他参数。控制器730可将由第一组电极1320感测的电容或其他参数与由第二组电极感测的电容或其他参数进行比较，以便检测燃烧反应参数、回火的存在等。

在一个实施方案中，燃烧系统1300可包括远侧火焰保持器传感器，该远侧火焰保持器传感器包括电容传感器1305。远侧火焰保持器传感器可共享关于燃烧传感器描述的第一组电极1320的使用。在这种情况下，包括围绕远侧火焰保持器102横向定位的电极对的第一组电极1320可充当电容传感器1305和燃烧传感器的至少一部分两者。

在一个实施方案中，燃烧系统1300可包括引燃火焰传感器(未示出)，该引燃火焰传感器包括电容传感器1305。引燃火焰传感器和燃烧传感器可共享定位在远侧火焰保持器102上游或围绕远侧火焰保持器102横向定位的电极的使用。引燃火焰传感器、燃烧传感器和远侧火焰保持器传感器中的两者或更多者可以共享电容传感器1305的电极1320。

燃烧系统1300包括燃料和氧化剂源702、远侧火焰保持器102、控制器730、电容断层摄影设备1305和存储器1307。燃料和氧化剂源702可包括主燃料喷嘴(例如，上述主燃料喷嘴106)和氧化剂源720。另外，燃料和氧化剂源702可包括引燃燃烧器，诸如上述引燃燃烧器104。

根据一个实施方案，燃料和氧化剂源702包括例如燃料喷嘴，该燃料喷嘴被配置为将主燃料和氧化剂输出到远侧火焰保持器102上。远侧火焰保持器102主要保持燃料和氧化剂在远侧火焰保持器102附近和/或内部的燃烧反应。

根据一个实施方案，电容传感器1305可被配置为图像捕获设备(例如，使用ECT)，该图像捕获装置包括定位在与远侧火焰保持器102相邻的选定位置处的多个电极1320。电容传感器1305被配置为基于电极1320之间的电容制作远侧火焰保持器102的图像。图像基于电极1320之间的电容表示远侧火焰保持器102的切片。电极1320的对之间的电容部分地取决于电极1320的对之间的材料的介电常数。具体地讲，远侧火焰保持器102的穿孔内的介电常数可基于穿孔内的燃烧反应的特性而改变。因此，由电容传感器1305产生的图像可基于远侧火焰保持器102的各个位置处的介电常数来给出穿孔内的温度、或对应于远侧火焰保持器102的各个位置处的燃料、氧化剂和烟道气的浓度或流量的指示。控制器730可分析图像并且基于图像调整燃烧反应。

根据一个实施方案，控制器730被配置为致使电容传感器1305捕获燃烧反应的一个或多个图像。在一个实施方案中，控制器730被进一步配置为分析该一个或多个图像并且基于对该一个或多个图像的分析来调整燃烧反应的特性。

图13B是根据一个实施方案的远侧火焰保持器102和电容性传感器1305的顶视图。电容传感器1305包括围绕远侧火焰保持器102横向定位的多对电极1320。每对电极1320包括彼此相对的两个电极1320，其中远侧火焰保持器102定位在该对电极1320之间或两者间的边缘场中。根据一个实施方案，控制器730控制每对电极1320以形成远侧火焰保持器102的多个图像(或聚合图像)。

在一个实施方案中，电极1320a和1320a为一对，电极1320b和1320b为一对，电极1320c和1320c为一对，电极1320d和1320d为一对，电极1320e和1320e为一对，并且电极1320f和1320f为一对。电容传感器1305可基于电极1320的对之间的电容生成电容断层摄影图像。

在一个实施方案中，多个电极1320包括电极1320的一个或多个第一对，该一个或多个第一对由远侧火焰保持器102彼此分开并且以基本上垂直于主燃料朝向远侧火焰保持器102的流动的主方向的第一取向彼此相对地设置。在一个示例中，电极1320的第一对可包括电极1320a的对和电极1320b的对。电极1320a和1320b的第一对沿基本上垂直于主燃料和氧化剂朝向远侧火焰保持器102的流动的主方向的X方向感测远侧火焰保持器102的电容。主燃料和氧化剂朝向远侧火焰保持器102的流动的主方向可对应于Z方向。

在一个实施方案中，多个电极1320包括电极的一个或多个第二对，该一个或多个第二对由远侧火焰保持器102彼此分开并且以基本上垂直于第一取向和主燃料的流动的主方向两者的第二取向彼此相对地设置。在一个示例中，电极1320的第二对可包括电极1320c的对和电极1320d的对。电极1320c和1320d的第二对沿着基本上垂直于主燃料和氧化剂的流动的主方向并且基本上垂直于电极1320a和1320b的第一对的取向的Y方向感测远侧火焰保持器102的电容。

在一个实施方案中，多个电极1320可包括横向于电极1320a和电极1320b的第一对以及电极1320c和电极1320d的第二对两者取向的电极1320的对。电极1320的横向对可包括电极1320e的对和电极1320f的对。

尽管图13A和图13B的视图示出了包括围绕远侧火焰保持器102横向定位的电极1320的电容传感器1305，但根据本公开原理的电容传感器可包括以除围绕远侧火焰保持器102横向定位之外的配置定位的电极对。电容传感器可包括定位在远侧火焰保持器102上游、远侧火焰保持器102下游、或取决于电容传感器旨在感测或监测的燃烧系统的特定方面的其他位置的电极对。因此，在合适的情况下，相对于本文所公开的实施方案描述或设想的其他传感器(例如，传感器734、1414)可包括电容传感器。

图14是根据一个实施方案的包括一个或多个燃烧器模块1401的低排放模块化燃烧器系统1400的图。每个燃烧器模块1401可包括与所有其他燃料源分开阀控的主燃料源，其被配置为选择性地递送主燃料流1404以通过燃烧空气流进行稀释。在某些实施方案中，主燃料源可对应于一个或多个主燃料喷嘴1402或被实现为包括该一个或多个主燃料喷嘴。每个燃烧器模块1401可包括主燃料点火器1406，该主燃料点火器被配置为导致从主燃料喷嘴1402发射的主燃料流1404的点燃。每个燃烧器模块1401可分别包括远侧火焰保持器102，该远侧火焰保持器被配置为当远侧火焰保持器102处于或高于预定温度时保持由主燃料流1404支撑的燃烧反应。在一个实施方案中，预定温度可等于或大于主燃料自燃温度。根据一个实施方案，每个燃烧器模块1401可包括被配置为将远侧火焰保持器102预热到预定温度的引燃燃烧器1408。在一个实施方案中，每个燃烧器模块1401的引燃燃烧器1408可包括也可操作以点燃主燃料的连续引燃燃烧器。在一些实施方案中，远侧火焰保持器102可与主燃料喷嘴1402和引燃燃烧器1408分开相应的非零距离(D1,D2)。

低排放模块化燃烧器系统1400可包括公共燃烧空气源1405和壁1407，该公共燃烧空气源被配置为向该一个或多个燃烧器模块1401中的每一者提供燃烧空气，该壁环绕该一个或多个燃烧器模块1401的全部，该壁1407被配置为横向地包含对应于该一个或多个燃烧器模块1401的燃烧流体。在一个实施方案中，远侧火焰保持器102被配置为当远侧火焰保持器102处于或高于主燃料自燃温度时，保持由主燃料流1404支撑的燃烧反应。在一个实施方案中，每个引燃燃烧器1408包括连续引燃燃烧器。在一个实施方案中，引燃燃烧器1408被配置为以多个加热速率中的任一者选择性地输出热量。可选择至少一个加热速率以致使远侧火焰保持器102的可感测温度上升到预定操作温度，并且可选择至少一个其他加热速率以致使引燃燃烧器1408维持引燃火焰功能，同时由主燃料源1402提供每单位时间消耗的总燃料的大部分。在一个实施方案中，公共燃烧空气源1405被配置为向该一个或多个燃烧器模块1401中的每个燃烧器模块(1401)提供自然通风燃烧空气。

图15是根据一个实施方案的用于在图14的控制系统1412中使用的控制电路1512的图。

根据一个实施方案，参见图14和图15，低排放模块化燃烧器系统1400还包括针对每个燃烧器模块1401的一个或多个单独主燃料阀1410，每个主燃料阀1410包括被配置为响应于接收到控制信号而操作的单独主燃料阀致动器，并且还包括被配置为将相应控制信号输出到每个单独主燃料阀致动器的控制系统1412。在一个实施方案中，控制系统1412还包括控制系统1412与输入信道之间的接口1514(参见图15)。输入信道可包括物理(例如，导电)连接或无线连接。因此，接口1514可包括网络接口和/或硬件接口，诸如但不限于USB接口、PID控制器接口、中继接口、无线电接口、WiFi接口、蓝牙接口等。在一个实施方案中，接口1514包括到被设置成感测与每个燃烧器模块1401和周围环境相关的物理参数的一个或多个传感器的接口。传感器(例如，图14中的1414)及其操作可包括电容联接的(例如，贴片)电极(其可另选地称为天线)，该电极协作以跨旨在保持燃烧反应的区域发射和接收射频信号。电容变化对应于带电物质浓度的变化，已发现带电物质浓度的变化与燃烧的存在或不存在是共变的。根据一个实施方案，电极可以足够数量设置并且被定位成提供燃烧区域的断层摄影扫描。传感器1414可通过通信信道1415连接到控制系统1412。在一些实施方案中，通信信道可有线连接(例如，导电)。在传感器1414采用电容测量和/或电容断层摄影的情况下，通信信道1415可向传感器1414的电极提供电压和/或电流。

接口1514可被配置为接收对应于燃烧器容量要求的信号。控制系统1412还可包括一个或多个燃烧器模块传感器输入1515a、1515b，该一个或多个燃烧器模块传感器输入1515a、1515b中的每一者被配置为接收对应于燃烧器模块状态的信号，其中燃烧器模块状态由传感器硬件1414提供。控制系统1412还可包括微控制器或其他逻辑处理器1516、计算机可读存储器1518和模块定序器1520(其可任选地体现为逻辑处理器1516和计算机可读存储器1518或者在执行模块定序功能时由该逻辑处理器和计算机可读存储器执行)，该模块定序器被配置为选择该一个或多个燃烧器模块1401的子集以用于点燃。控制系统1412还可包括相应的一个或多个主燃料阀驱动器输出，每个主燃料阀驱动器输出可操作地联接到单独主燃料阀致动器1410中的一者。在一个实施方案中，该一个或多个燃烧器模块传感器输入1515a、1515b被配置为接收来自一个或多个传感器(诸如传感器硬件1414)或来自燃烧器模块(1401)外部的一个或多个传感器的输入。该一个或多个传感器可包括需求传感器，该需求传感器包括冷凝物压力传感器、热能需求传感器和冷凝物存在传感器中的一者或多者。

在具有多于一个燃烧器模块1401的实施方案中，控制电路1512(参见图15)可包括模块定序器1520。模块定序器1520可包括被配置为可改变地对该一个或多个燃烧器模块1401的致动进行定序的状态机。例如，可能期望根据需要周期性地改变对致动序列中的不同位置的燃烧器模块分配。在一个实施方案中，在先前模块序列中接通的最后模块也可作为在关断状态期间接通的第一/唯一模块来操作。在另一个实施方案中，燃烧器模块1401的分配不需要相对于容量、年限(例如，周期计数)和设计为相同的。启动序列可关于每个基础需求/喘振容量周期至少部分地相同。发明人设想燃烧器模块1401的各种布置、致动序列和分配选择可向特定应用特性提供特定优点。

根据一个实施方案，低排放模块化燃烧器系统1400还包括运行定序器1522。在一个实施方案中，控制电路1512可包括运行定序器1522。对于由模块定序器1520服务的致动队列中的给定模块，运行定序器1522可包括状态机，该状态机被配置为对燃烧器模块1401中的一者或多者的燃烧器模块启动计划中的步骤进行定序。启动计划可存储在存储器1518中并经由包括网络接口的接口1514周期性地更新。相对于本文所包括的若干其他附图描述了启动定序的示例性方法和方面。

根据一个实施方案，低排放模块化燃烧器系统1400的(图14的控制系统1412的)控制电路1512还包括致动器驱动器模块1524。在一个实施方案中，控制电路1512可包括致动器驱动器模块1524。致动器驱动器模块1524可被配置为向单独阀致动器中的每一者提供相应控制信号。致动器驱动器模块1524可包括状态机，该状态机被配置为响应于来自启动定序器的数据而加载驱动器移位寄存器启用位以供功率模块1526放大。往返于功率模块1526的信号可经由连接件1411分别联接到可致动主燃料阀1410。类似地，可致动引燃燃料阀1416可经由连接件1417分别联接到功率模块1526。

传感器1414在本文中被描述为执行感测功能或用作信号输出。在需要在传感器/电极1414处输出信号的实施方案中，功率模块1526可用于放大此类信号，例如，用于跨燃烧区域的射频信号的前述发射和接收。在另选的实施方案中，传感器1414可提供用于生成数据(例如，火焰断层图)的信号。在此类实施方案中，可利用专用传感器输入1515a、1515b。在又一个另选的实施方案中，传感器1414可提供经由控制电路1512的接口1514通信的许多数据信号的子集。如上所述，接口1514可使用各种通信协议来提供无线或有线连接，这些通信协议可允许传感器1414经由标准方法诸如USB、WiFi、以太网等进行通信。

根据一个实施方案，低排放模块化燃烧器系统1400还可包括需求模块1528。在一个实施方案中，经由包括在接口1514中的网络接口基本上实时地接收对系统容量的需求。需求模块1528可被配置为基于存储的计划和所接收的需求信号中的至少一者来选择性地监督该一个或多个燃烧器模块1401的自动操作。

需求模块1528可基本上由存储器1518的寄存器中的数据值组成。在另一个实施方案中，尤其是在不保证经由接口1514的实时数据访问的系统中，需求模块1528可包括实时时钟以及作为数据的计划系统容量。在一个实施方案中，需求模块1528可作为监督状态操作，该监督状态被配置为根据季节和/或周期性需求动态来自动操作模块化燃烧器系统1400。类似地，在具有无序动态需求的环境中，接口1514的操作可能更重要。在以容量需求的无序波动为特征的系统中，发明人设想具有并行或更大信道多样化和/或硬化的接口可为可取的。任选地，模块定序器1520的部分可被虚拟化并被云访问。

根据一个实施方案，逻辑处理器1516被配置为读取和执行由非暂态计算机可读存储器1518支持的计算机可执行指令，以接收对应于燃烧器容量要求信号的容量输入数据，从对应于至少一个燃烧器模块的传感器读取模块状态传感器数据以验证燃烧器模块1401中的所选择的一者或多者准备好点火，选择该一个或多个燃烧器模块1401的子集用于点火，并且驱动对应于所选择的一个或多个燃烧器模块的单独主燃料阀(1410)致动器中的至少一者打开以便向由该一个或多个燃烧器模块1401支撑的燃烧反应提供燃料。

根据一个实施方案，控制系统1412还包括需求传感器。需求传感器可包括热能需求传感器。

根据一个实施方案，每个燃烧器模块1401还包括被配置为提供引燃燃料的引燃燃料源、被配置为点燃引燃燃料流的引燃燃料点火器(例如，1406)，以及被配置为保持由引燃燃料支撑的引燃火焰的远侧引燃或启动燃烧器(例如，构成引燃燃烧器1408)，选择引燃燃料源流速以提供引燃火焰，该引燃火焰的尺寸被设计成将远侧火焰保持器102的温度升高到预定温度。在一个实施方案中，预定温度等于或大于主燃料自燃温度。如本文所用，除非上下文另有规定，否则术语引燃器、引燃燃烧器、远侧引燃器和启动燃烧器以及预热装置应被认为是同义的。

根据一个实施方案，主点火器1406包括远侧引燃器。根据另一个实施方案，当远侧火焰保持器102被远侧引燃器1408加热到预定温度时，主点火器1406包括远侧火焰保持器102。也就是说，燃料和燃烧空气可在与预热的远侧火焰保持器102接触时点燃，而不是通过单独点火器点燃。根据一个实施方案，预定温度为主燃料自燃温度。

根据一个实施方案，远侧引燃燃烧器1408被配置为受控以提供其尺寸被设计成在燃烧器模块启动周期期间将远侧火焰保持器102升高到预定温度的引燃火焰，并且不提供其尺寸被设计成在燃烧器模块启动周期期间之外的时间将远侧火焰保持器102升高到预定温度的引燃火焰。在一个实施方案中，远侧引燃燃烧器1408被配置为在燃烧器模块启动周期期间之外的时间减少到引燃火焰容量。在另一个实施方案中，远侧引燃燃烧器1408被配置为在燃烧器模块启动周期期间之外的时间停止支撑燃烧反应。除此之外和/或另选地，远侧引燃燃烧器1408可邻近远侧火焰保持器102设置，并且控制远侧引燃燃烧器1408以在燃烧器模块启动周期期间之外的时间减少到引燃火焰容量。在另一个实施方案中，引燃燃烧器1408邻近远侧火焰保持器102设置，并且选择远侧引燃输出以在操作期间始终维持恒定容量。在一个实施方案中，引燃燃烧器1408被配置为例如在远侧火焰保持器102不支撑燃烧反应时确保主燃料的燃烧。主燃料可以是烃气。引燃燃料可以是氢气、天然气或丙烷中的一者或多者。根据实施方案，引燃燃料和主燃料可基本上由相同的燃料组成。

根据一个实施方案，模块化燃烧器1401包括在基部处具有燃烧空气入口的壳体1403。每个燃烧器模块1401可包括被配置为联接到主燃料供应源并经由壳体1403接收燃烧空气的入口、定位在壳体1403内的远侧火焰保持器102，以及被配置为从入口接收主燃料流并朝向远侧火焰保持器102发射主燃料流的主燃料喷嘴1402。

根据一个实施方案，该一个或多个燃烧器模块1401中的每一者被配置为是独立式的，仅由入口处的联接件支撑。

在一个实施方案中，燃烧器模块1401被配置为联接到燃烧器并由其支撑。

根据一个实施方案，主燃料喷嘴是多个主燃料喷嘴1402中的一者，主燃料喷嘴1402中的每一者被配置为从入口接收主燃料流，并且朝向远侧火焰保持器102的相应部分发射主燃料流1404。

根据一个实施方案，模块化燃烧器1401还包括多个主燃料阀1410，该多个主燃料阀可操作地联接在公共燃料管线与多个主燃料喷嘴1402中的相应一者之间并且被配置为独立地控制相应主喷嘴1402的操作。也就是说，虽然图14示出了由主燃料喷嘴1402中的每一者共享的主燃料阀1410，但实施方案可包括针对每个主燃料喷嘴1402的单独且可单独控制的主燃料阀1410。

根据一个实施方案，模块化燃烧器1401还包括远侧引燃燃烧器1408，该远侧引燃燃烧器定位在远侧火焰保持器102与针对每个燃烧器模块的主燃料喷嘴1402之间。模块化燃烧器1401可以是定位在壳体1407内的改进型燃烧器，该改进型燃烧器包括远侧火焰保持器102和主燃料喷嘴1402。每个远侧引燃燃烧器1408可以包括布置成阵列的多个引燃喷嘴。在另一个实施方案中，远侧引燃燃烧器1408被配置为将引燃火焰支撑在远侧引燃燃烧器1408和远侧火焰保持器102之间。

主燃料喷嘴1402可包括具有可变的尺寸的孔。主燃料喷嘴1402可被配置为调节主燃料流的速度。根据一个实施方案，模块化燃烧器1401还包括可操作地联接到主燃料喷嘴1402并且被配置为控制孔的尺寸的致动器。主燃料喷嘴1402可各自包括主喷嘴出口和控制元件，该控制元件被定位成堵塞主喷嘴出口的某个部分，并且其中控制元件的移动改变主喷嘴出口被控制元件堵塞的程度。

在一个实施方案中，每个燃烧器模块具有约8MBtu/Hr的加热容量。

图16是根据一个实施方案的燃烧器系统1600的框图。燃烧器系统1600包括远侧火焰保持器1602(对应于本文所述的远侧火焰保持器102)、燃料和氧化剂源1620以及混合管1610。燃料和氧化剂源1620可包括用于递送氧化剂1606a的氧化剂管道1604，以及用于燃料1606b的主要递送的一个或多个主燃料喷嘴1618。燃料1606b和氧化剂1606a在混合管1610中在到达远侧火焰保持器1602的途中混合，从而产生燃料和氧化剂混合物1607。远侧火焰保持器1602被设置和取向成接收并且(当处于操作温度时)点燃燃料和氧化剂混合物1607。氧化剂管道1604为氧化剂1606a(例如，空气)提供通路，并且朝向远侧火焰保持器1602引导氧化剂1606a。主燃料喷嘴1618朝向远侧火焰保持器1602引导燃料1606b。主燃料喷嘴1618可经由主燃料供应管线1608从燃料贮存器或管线(未示出，每一者或两者在本文中被称为燃料供应)接收燃料1606b。燃烧器系统1600可包括单个主燃料喷嘴1618或多个主燃料喷嘴1618，每个主燃料喷嘴如本文所述设置和配置。由主燃料喷嘴1618发射的燃料1606b和由氧化剂管道1604发射的氧化剂1606a随着它们朝向远侧火焰保持器1602行进而混合。燃料1606b和氧化剂1606a实现足够均匀的燃料和氧化剂混合物1607(还可参见图7中的元素706)，以允许在操作温度下在远侧火焰保持器1602内的有效且均匀的燃烧。

燃烧器系统1600可包括引燃燃烧器1612。引燃燃烧器1612设置在远侧火焰保持器附近并且提供引燃火焰，该引燃火焰可保持燃料和氧化剂混合物1607的点燃。在一些具体实施中，引燃燃烧器1612可从引燃燃料供应管线1614接收燃料。另选地，引燃燃烧器1612可与主燃料供应管线1608流体连接。

根据一个实施方案，混合管可被设置成与燃烧器系统的底板相距预定距离，并且可被配置为经由氧化剂管道1604接收至少燃烧空气。

如本公开中先前所述，设想烟道气稀释剂1616的源。发明人已经观察到，引入混合管有利于烟道气作为大量烟道气稀释剂从远侧火焰保持器1602的下游再循环。烟道气1616通过主燃料和燃烧氧化剂通过混合管1610在主燃料喷嘴1618和远侧火焰保持器1602之间的流动被排出到混合管1610的近侧端部(即，主喷嘴端部)。再循环烟道气1616在到达远侧火焰保持器1602之前与燃料和燃烧空气混合。所得混合物的非反应元件使远侧火焰保持器1602上游的回火的可能性最小化，同时允许烟道气的反应元件的附加燃烧，从而减小例如NOx和其他潜在污染物。

现在转到图17，燃烧器系统1700可包括远侧火焰保持器1602、多个主燃料喷嘴1618、一个或多个远侧引燃燃烧器1704(例如，对应于引燃喷嘴1612)和混合管1710。主燃料喷嘴1618可被布置成与主燃料源1732流体连接。根据一个实施方案，可经由主燃料控制阀1736来控制来自主燃料源1732的主燃料的流动。该一个或多个远侧引燃燃烧器1704可被布置成与引燃燃料源1730流体连接。根据一个实施方案，可经由引燃燃料控制阀1734来控制来自引燃燃料源1730的引燃燃料的流动。

远侧引燃燃烧器1704可被配置为通过输出经由引燃燃料管1712从引燃燃料源1730接收的引燃燃料来支撑引燃火焰。引燃燃料管1712可设置在混合管1710内部或在混合管1710外部(有利地用于维护、温度调节等)。在一些实施方案中，引燃燃料管1712可形成混合管1710的支撑件的一部分。根据一个实施方案，远侧引燃燃烧器1704可由引燃燃料管1712支撑并经由引燃燃料管接收燃料。引燃燃料管1712经由炉的底板1738中的开口1740延伸到炉体积1701中。每个远侧引燃燃烧器1704(对应于先前描述的引燃燃烧器104)可包括以若干形状中的任一形状形成的引燃歧管。例如，在图17中，引燃歧管形成为Y形。还可参见上文对应于例如图3至图6的相对于引燃燃烧器配置的讨论。

根据一个实施方案，每个远侧引燃燃烧器1704包括一个或多个歧管，该一个或多个歧管限定具有较大收集面积以共同支撑低动量引燃火焰(未示出)的多个燃料孔口1718。在一个实施方案中，由主燃料喷嘴1618输出的主燃料和燃烧空气形成可燃混合物，该可燃混合物在其从主燃料喷嘴1618的近侧位置流动到远侧引燃燃烧器1704的远侧位置时在宽度上扩展。多个燃料孔口1718可足够广泛地设置在炉体积1701上，以致使引燃火焰与主燃料和燃烧空气混合物在可燃混合物的宽度上接触。在另一个实施方案中，主燃料喷嘴1618可被配置为输出与空气共流的燃料。

根据一个实施方案，远侧引燃燃烧器1704包括燃料歧管，该燃料歧管具有接合在一起的多个段1719，每个段1719具有被配置为使燃料从燃料歧管内部传递到炉体积1701的多个燃料孔口1718。多个段1719可形成为被配置为使从引燃燃料管1712递送的燃料自由地进入燃料歧管的相应管。在一个实施方案中(例如，如图17中)，管的至少一部分被布置为从基本上设置在沿轴线的中心线处的中心辐射的辐条。在另一个实施方案中，管的至少一部分被布置为“X”形、矩形、“H”形、货车轮形或星形。

根据一个实施方案，远侧引燃燃烧器1704包括歧管，该歧管包括曲线管。在一个实施方案中，曲线管被布置为螺旋形、

或“∞”。

根据一个实施方案，混合管1712可围绕主燃料喷嘴1618和远侧火焰保持器1602之间的纵向流轴线布置。根据一个实施方案，混合管1710可包括在靠近主燃料喷嘴1618的端部处的钟形或喇叭形部分1714。钟形或喇叭形部分1714可被设置成与燃烧器系统的底板1738相距预定距离，并且可被配置为经由底板1738中的开口1740接收至少燃烧空气。

如本公开中先前所述，设想烟道气稀释剂的源。发明人已经观察到，引入混合管有利于烟道气作为大量烟道气稀释剂从远侧火焰保持器1602的下游再循环，并且/或者包括在引燃燃烧器1704处保持的引燃火焰的燃烧产物。烟道气通过主燃料和燃烧氧化剂通过混合管1710在底板1738和远侧火焰保持器1602之间的流动被排出到混合管1710的近侧端部(即，底板端部)。再循环烟道气在到达远侧火焰保持器1602之前与燃料和燃烧空气混合。所得混合物的非反应元件使远侧火焰保持器1602上游的回火的可能性最小化，同时允许烟道气的反应元件的附加燃烧，从而减小例如NOx和其他潜在污染物。

本领域的技术人员将认识到，不应依赖图17来表示适当的比例、相对尺寸、形状等。例如，混合管1710可具有适于向远侧火焰保持器1602的至少大部分输入面(例如，图7的输入面712)提供燃料和氧化剂的混合物(例如，燃料和氧化剂混合物1607)的直径。最靠近主燃料喷嘴1618的混合管1710的近侧端部处的开口可具有最大直径，该最大直径的尺寸被设计成对应于底板1738中的开口1740或足以接收来自主燃料喷嘴1618中的每一者的燃料输入。例如，在包括钟形或喇叭形部分1714的实施方案中，钟形或喇叭形部分1714的最大直径可对应于底板1738中的开口1740或可对应于至少主燃料喷嘴1618之间的最远距离。混合管的长度可被选择为允许足够的时间和/或距离以用于燃料和氧化剂在到达远侧火焰保持器1602之前的适当混合。

根据一个实施方案，燃烧器系统包括被配置为保持燃料和氧化剂的燃烧反应的远侧火焰保持器，以及被配置为朝向远侧火焰保持器引导氧化剂的氧化剂管道。所述燃烧器系统包括：主燃料喷嘴，所述主燃料喷嘴被取向成当所述远侧火焰保持器的温度高于预定温度时，将主燃料的流引导到燃烧体积中以用于在所述主燃料喷嘴和所述远侧火焰保持器之间的稀释区域中与所述氧化剂混合；和混合管，所述混合管设置在所述稀释区域中，并且在所述主燃料喷嘴与所述远侧火焰保持器之间从混合管入口通向混合管出口，所述混合管被形成为致使所述氧化剂和燃料的流动将烟道气排出到所述混合管中以用于与燃料和氧化剂混合。

在一个实施方案中，混合管被配置为致使氧化剂和燃料的流动形成烟道气再循环路径。烟道气再循环路径可在燃烧室的外部。

根据一个实施方案，燃烧器系统还包括被配置为将引燃火焰支撑在混合管的出口和远侧火焰保持器之间的引燃燃烧器。

在一个实施方案中，混合管包括在混合管入口处的喇叭形部分。烟道气再循环路径可至少包括混合管与燃烧体积的壁之间的环形体积。烟道气可在混合管入口处被排出到燃料和氧化剂流中以用于稀释燃料和氧化剂流。

根据一个实施方案，燃烧器系统还包括：连续引燃器，所述连续引燃器邻近所述远侧火焰保持器设置，所述连续引燃器被配置为将所述远侧火焰保持器加热到所述预定温度；和控制器，所述控制器可操作地联接到所述主燃料源，所述控制器被配置为接收对所述远侧火焰保持器的温度的指示并且响应于对所述温度的所述指示而控制所述主燃料的所述流量。

根据一个实施方案，燃烧器系统还包括混合管支撑结构，所述混合管支撑结构被配置为支撑所述混合管，所述混合管支撑结构被配置为由限定所述燃烧体积的表面支撑。

图18是根据一个实施方案的示出包括远侧引燃燃烧器1804和混合管1810的水平点火式燃烧器系统1800的图示。发明人已观察到，在各种炉应用中，在远侧火焰保持器1802与燃料和氧化剂(燃烧空气)源1820之间发生不期望的燃烧振荡。虽然不一定限于密闭炉配置—例如，热水器、锅炉或直流蒸汽发生器(OTSG)—此类应用是可允许此类燃烧振荡的代表性环境。

当燃料和氧化剂处于足够可燃比例并且暴露于足以点燃的热量时，它们可在远侧火焰保持器1802的上游不期望地点燃。该现象趋于振荡并且在本文中称为“回火”并且有时通俗地称为“吹气”。在一些具体实施中，不充分和/或不均匀冷却的氧化剂(例如，烟道气)可从例如远侧火焰保持器1802的下游再循环，从而产生具有足够高温度的燃料-氧化剂混合物，使得该混合物可在到达远侧火焰保持器1802之前点燃。回火至少部分地减小燃烧器1800的效率，因为来自该过早燃烧的热量不是(在燃气燃烧器中)辐射热量，未被远侧火焰保持器1802和/或锅炉管充分吸收，并且因此被浪费。来自回火的燃烧产物可稀释混合物并且因此暂时扑灭回火燃烧。因此，回火的振荡性质。

远侧引燃燃烧器1804可被配置用于远侧火焰保持器1802的预热和/或通过在足够靠近远侧火焰保持器1802的位置处为燃料和燃烧空气混合物提供恒定和/或可控的点火源来解决不期望的回火，从而提供从扩散引燃火焰1808到远侧火焰保持器1802的热益处。

远侧引燃燃烧器1804可邻近远侧火焰保持器1802设置在燃烧体积1801中。远侧火焰保持器1802可由包括耐火材料的多个柱形成。在一个实施方案中，远侧引燃燃烧器1804被配置为在由远侧火焰保持器1802保持的燃烧反应中的主燃料的燃烧期间维持扩散引燃火焰1808。主燃料和燃烧空气可由设置在远侧引燃燃烧器1804上游一定距离处的燃料和燃烧空气源1820供应。因此，在一个实施方案中，燃料和燃烧空气源1820的主燃料喷嘴1806与远侧引燃燃烧器1804之间的距离可以是主燃料喷嘴1806的直径的至少50倍、主燃料喷嘴1806的直径的至少100倍或主燃料喷嘴1806的直径的至少200倍。

根据一个实施方案，水平点火式燃烧器系统1800可包括设置在燃料和燃烧空气源1820与远侧引燃燃烧器1804之间的混合管1810。混合管1810可包括在燃料和燃烧空气源1820近侧的开口处的喇叭形部分。混合管1810将燃料和燃烧空气的流从燃料和燃烧空气源1820朝向远侧引燃燃烧器1804和远侧火焰保持器1802引导。烟道气1816可在混合管1810外部再循环以进入其近侧端部以用于与燃料和燃烧空气混合。

根据另一个实施方案，水平点火式燃烧器系统1800包括邻近多个柱设置的远侧引燃燃烧器1804。远侧引燃燃烧器1804可被配置为相继提供预热火焰，以在引入主燃料之前将远侧火焰保持器1802的温度升高到至少主燃料的自燃温度，并且在由远侧火焰保持器1802保持的燃烧反应中的主燃料的燃烧期间维持扩散引燃火焰1808。远侧引燃燃烧器1804可被配置为在远侧火焰保持器1802的预热期间支撑大燃烧反应，并且在主燃料的后续燃烧期间支撑较小燃烧反应。

所公开的水平点火式燃烧器系统可包括控制器1812(对应于例如本文所述的控制系统1412)，该控制器被配置为接收例如来自传感器1815的传感器输入并且控制燃料和燃烧空气的输出。在对应于图18的实施方案中，控制器1812可控制远侧引燃燃烧器1804的使用。例如，控制器1812可控制致动器(未示出)，该致动器基于例如示出远侧火焰保持器1802的温度、远侧火焰保持器1802和/或远侧引燃燃烧器1804处的火焰的存在或不存在或质量的传感器输入来控制提供给远侧引燃燃烧器1804的燃料的速率和/或量。

鉴于本公开，本领域的技术人员将认识到，根据本公开原理的燃烧系统可包括除本文所公开的那些之外的传感器和致动器、传感器和致动器的其他组合，以及控制器(例如，图7的730)响应于传感器信号而将采取的其他类型的动作。所有此类其他传感器、致动器、组合和动作落入本公开的范围内。

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 (120)

1.一种燃烧器系统，包括：

引燃燃烧器，所述引燃燃烧器在炉中沿主燃料和燃烧空气流轴线设置在远侧位置处；和

一个或多个主燃料喷嘴，所述一个或多个主燃料喷嘴沿所述主燃料和燃烧空气流轴线设置在近侧位置处；

其中所述引燃燃烧器被配置为支撑引燃火焰；并且

其中所述一个或多个主燃料喷嘴被配置为支撑与所述引燃火焰接触的主火焰；

其中所述引燃燃烧器被设置成致使所述主燃料和燃烧空气被所述引燃火焰点燃。

2.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中当所述燃烧器系统在额定热输出下操作时，所述主火焰包括具有为所述引燃火焰的热输出的至少10倍的热输出的火焰。

3.根据权利要求2所述的燃烧器系统，其中在所述额定热输出下操作对应于在稳态标准操作模式下操作。

4.根据权利要求2所述的燃烧器系统，其中当所述燃烧器系统在额定热输出下操作时，所述主火焰包括具有为所述引燃火焰的热输出的至少20倍的热输出的火焰。

5.根据权利要求1所述的燃烧器系统，还包括可操作地联接到所述燃烧器系统的烟囱，其中所述燃烧器系统在所述烟囱处具有约二十百万分数或更少的NOx输出、调整至3％的过量O₂。

6.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器输出引燃燃料，并且所述引燃燃料支撑所述引燃火焰。

7.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述主燃料喷嘴输出主燃料，并且所述主燃料支撑所述主火焰。

8.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器限定多个燃料孔口，所述多个燃料孔口足够大的收集面积以共同支撑低动量引燃火焰。

9.根据权利要求8所述的燃烧器系统，其中所述主燃料喷嘴和燃烧空气形成可燃混合物，所述可燃混合物在其从所述近侧位置流动到所述远侧位置时在宽度上扩展。

10.根据权利要求9所述的燃烧器系统，其中所述多个燃料孔口足够广泛地设置在所述炉上以致使所述引燃火焰与所述主燃料和空气混合物在所述可燃混合物的宽度上接触。

11.根据权利要求8所述的燃烧器系统，其中所述主燃料喷嘴被配置为输出与所述空气共流的燃料。

12.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器包括燃料歧管，所述燃料歧管具有接合在一起的多个段，每个段具有被配置为使燃料从所述燃料歧管内部传递到炉燃烧体积的多个燃料孔口。

13.根据权利要求12所述的燃烧器系统，其中所述多个段形成为被配置为使从燃料管递送的所述燃料自由地进入所述燃料歧管的相应管。

14.根据权利要求13所述的燃烧器系统，其中所述管的至少一部分被布置为从基本上设置在沿所述轴线的中心线处的中心辐射的辐条。

15.根据权利要求13所述的燃烧器系统，其中所述管的至少一部分被布置为“X”形、矩形、“H”形、货车轮形或星形。

16.根据权利要求13所述的燃烧器系统，还包括被配置为在所述远侧位置处支撑所述引燃燃烧器的所述燃料管。

17.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器包括歧管，所述歧管包括曲线管。

18.根据权利要求17所述的燃烧器系统，其中所述曲线管被布置为螺旋形、

或“∞”。

19.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述主燃料喷嘴在与所述炉的底板重合或靠近所述炉的底板的所述近侧位置处形成燃料转储平面。

20.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器在与所述炉的所述底板相距至少100个主燃料喷嘴直径的所述远侧位置处支撑扩散火焰。

21.根据权利要求20所述的燃烧器系统，还包括外支撑件，所述外支撑件被配置为基本上防止所述燃料管的摇晃。

22.根据权利要求1所述的燃烧器系统，其中所述引燃燃烧器包括横向于所述燃料和燃烧空气流轴线设置的至少一个管。

23.根据权利要求22所述的燃烧器系统，还包括：

网状陶瓷的一个或多个区段，所述网状陶瓷的一个或多个区段设置在所述至少一个管的上方。

24.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述至少一个管限定沿所述至少一个管的长度设置的多个燃料流孔。

25.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述至少一个管限定多个燃料流孔，所述多个燃料流孔被配置为允许气态燃料向上流入在所述至少一个管上方形成的“U”形通道中。

26.根据权利要求1所述的燃烧器系统，还包括：

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器沿所述燃料和燃烧空气流轴线设置在第三位置处，比所述引燃燃烧器更远离所述主燃料喷嘴。

27.根据权利要求26所述的燃烧器系统，其中所述远侧火焰保持器包括被配置为控制火焰长度的穿孔火焰保持器。

28.一种燃烧器系统，包括：

主燃料源，所述主燃料源沿炉的流轴线设置在近侧位置处；

引燃燃烧器，所述引燃燃烧器沿所述流轴线设置在中间距离处；和

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器沿所述流轴线设置在远侧位置处；

其中所述引燃燃烧器被配置为支撑引燃火焰以加热所述远侧火焰保持器；

其中所述主燃料源被配置为在所述远侧火焰保持器被至少部分地加热之后向所述远侧火焰保持器提供主燃料；并且

其中所述远侧火焰保持器被配置为保持由所述主燃料支撑的燃烧反应的至少一部分。

29.根据权利要求28所述的燃烧器系统，还包括将所述远侧火焰保持器支撑在所述炉中的支撑腿。

30.根据权利要求28所述的燃烧器系统，其中所述远侧火焰保持器包括网状陶瓷。

31.根据权利要求30所述的燃烧器系统，其中所述远侧火焰保持器包括多个网状纤维。

32.根据权利要求31所述的燃烧器系统，其中所述远侧火焰保持器被配置为支撑所述燃料和所述燃烧空气在所述远侧火焰保持器的上游、下游和内部的燃烧反应。

33.根据权利要求31所述的燃烧器系统，其中所述网状纤维形成为网状陶瓷泡沫。

34.根据权利要求31所述的燃烧器系统，其中所述远侧火焰保持器包括：

输入面；

输出面；和

多个穿孔，所述多个穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸。

35.根据权利要求34所述的燃烧器系统，其中所述穿孔被形成为所述网状纤维之间的通道。

36.一种用于操作燃烧器系统的方法，包括：

从由引燃燃烧器支撑的引燃火焰向远侧火焰保持器提供热量，所述引燃火焰由引燃燃料提供燃料，所述远侧火焰保持器和所述引燃燃烧器设置在炉中并且彼此靠近，所述引燃燃烧器设置在所述远侧火焰保持器与一个或多个主燃料喷嘴之间，所述引燃燃烧器与所述远侧火焰保持器之间的距离小于所述引燃燃烧器与所述一个或多个主燃料喷嘴之间的距离；

将混合的主燃料和空气引入所述远侧火焰保持器；以及

在所述引燃燃烧器继续支撑所述引燃火焰时，通过所述远侧火焰保持器保持所述混合的主燃料和空气的燃烧反应的至少一部分。

37.根据权利要求36所述的方法，其中从由所述引燃燃烧器支撑的所述引燃火焰向所述远侧火焰保持器提供热量包括：

从引燃燃料源向所述引燃燃烧器提供所述引燃燃料；

控制引燃燃料流速；

从所述引燃燃烧器的多个孔口发射所述引燃燃料，所述孔口设置在所述混合的主燃料和空气的宽度上；以及

在所述引燃燃烧器处用所述引燃火焰点燃所述混合的主燃料和空气。

38.根据权利要求36所述的方法，还包括：

测量所述远侧火焰保持器的温度；以及

当所述远侧火焰保持器的所述温度等于或高于预定阈值时，减小引燃燃料流速以减小所述引燃火焰的尺寸；

其中相对于所述混合的主燃料和空气的所述燃烧反应的所述尺寸减小所述引燃火焰的所述尺寸导致氮氧化物的排放减小。

39.根据权利要求36所述的方法，其中将混合的主燃料和空气引入所述远侧火焰保持器包括在混合管的近侧端部处经由所述一个或多个主燃料喷嘴引入主燃料以及引入所述空气；

其中所述混合管的所述近侧端部靠近所述一个或多个主燃料喷嘴设置，并且所述混合管的远侧端部靠近所述远侧火焰保持器设置，所述混合管从所述近侧端部通向所述远侧端部。

40.根据权利要求39所述的方法，还包括：

将烟道气排出到所述混合管的所述近侧端部中。

41.根据权利要求39所述的方法，其中所述引燃燃烧器设置在所述远侧火焰保持器和所述混合管的所述远侧端部之间。

42.一种用于操作燃烧器系统的方法，包括：

在远离炉底板的位置处跨炉体积的宽度的一部分支撑扩散火焰；

从所述炉底板附近的位置向所述炉体积提供燃烧空气；

从所述炉底板附近的一个或多个位置处的一个或多个主燃料喷嘴中的每一者输出高压主燃料射流；

在所述主燃料和燃烧空气从所述炉底板附近的所述位置行进到所述远侧位置的同时将所述主燃料与所述燃烧空气混合；以及

通过将所述混合的主燃料和空气暴露于所述扩散火焰来燃烧所述主燃料以产生主火焰。

43.根据权利要求42所述的方法，还包括将由所述燃烧所述主燃料产生的所述主火焰保持在稳定位置，其中远侧火焰保持器设置成比所述扩散火焰更远离所述炉底板。

44.根据权利要求43所述的方法，其中支撑扩散火焰包括在引燃燃烧器处产生并保持所述扩散火焰，所述引燃燃烧器设置在所述一个或多个主燃料喷嘴与所述远侧火焰保持器之间的所述炉体积中。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述引燃燃烧器被设置成与其相对于所述炉底板相比更加靠近所述远侧火焰保持器。

46.根据权利要求44所述的方法，其中将所述扩散火焰保持在所述引燃燃烧器处包括：

向所述引燃燃烧器供应引燃燃料；

从所述引燃燃烧器的一个或多个引燃燃料孔口发射所述引燃燃料；以及

维持燃烧空气和所发射的引燃燃料的混合物在所述引燃燃烧器处的点燃以支撑所述扩散火焰。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述一个或多个引燃燃料孔口构成设置在所述炉体积的所述宽度的部分上的多个引燃燃料孔口，所述部分足够宽以使得所述扩散火焰与所述主燃料和燃烧空气的所述混合物在混合的主燃料和燃烧空气的宽度上接触。

48.根据权利要求46所述的方法，其中所述一个或多个引燃燃料孔口包括具有足够大的收集区域以在低动量下支撑所述扩散火焰的多个引燃燃料孔口。

49.根据权利要求44所述的方法，其中将所述扩散火焰保持在所述引燃燃烧器处包括控制将引燃燃料供应到所述引燃燃烧器的速率。

50.根据权利要求42所述的方法，还包括：

检测设置在所述扩散火焰上方的远侧火焰保持器的温度；以及

当所述远侧火焰保持器达到至少预定阈值温度时，减小将引燃燃料供应到支撑所述扩散火焰的引燃燃烧器的速率。

51.根据权利要求50所述的方法，还包括：

使用电容传感器来检测所述主燃料在所述远侧火焰保持器处的所述燃烧，所述电容传感器被配置为将传感器信号输出到控制器。

52.一种燃烧系统，包括：

氧化剂源，所述氧化剂源被配置成将氧化剂输出到炉体积中；

引燃燃烧器，所述引燃燃烧器被配置为通过至少在预热状态期间输出引燃燃料以支撑引燃扩散火焰来支撑引燃火焰；

主燃料喷嘴，所述主燃料喷嘴被配置为至少在所述预热状态完成之后在标准操作状态期间将主燃料从近侧位置输出到所述炉体积中；

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器定位在所述炉体积中以在所述预热状态期间由所述引燃火焰预热，并且在所述标准操作状态期间将所述主燃料和氧化剂的燃烧反应保持在所述远侧火焰保持器附近；

燃烧传感器，所述燃烧传感器被配置为感测所述远侧火焰保持器的状况并且生成指示所述远侧火焰保持器的所述状况的传感器信号；

一个或多个致动器，所述一个或多个致动器被配置为调整来自所述主燃料喷嘴的所述主燃料的流量，调整到所述引燃燃烧器的所述引燃燃料的流量，并且调整来自所述氧化剂源的所述氧化剂的流量；和

控制器，所述控制器可通信地联接到所述致动器和所述燃烧传感器，所述控制器被配置为从所述燃烧传感器接收所述传感器信号，并且控制所述致动器以响应于所述传感器信号并且根据存储在联接到所述控制器的非暂态计算机可读介质中的软件指令来调整所述引燃燃料、所述主燃料和所述氧化剂的所述流量。

53.根据权利要求52所述的燃烧系统，还包括：

引燃火焰传感器，所述引燃火焰传感器被配置为感测所述引燃火焰的状况并且输出指示所述引燃火焰的所述状况的传感器信号。

54.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述燃烧传感器包括所述引燃火焰传感器。

55.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述引燃火焰传感器包括电容传感器。

56.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述引燃火焰传感器包括电阻传感器。

57.根据权利要求53所述的燃烧系统，其中所述引燃火焰传感器包括断层传感器。

58.根据权利要求55所述的燃烧系统，还包括被配置为生成电弧的点火器。

59.根据权利要求58所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置为控制所述致动器中的一者或多者以便如果所述电容传感器指示所述引燃火焰不存在并且满足所有安全联锁装置，则致使所述点火器生成电弧以点燃所述引燃火焰。

60.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述控制器被配置为响应于来自至少所述燃烧传感器的所述传感器信号而通过控制所述致动器中的一者或多者以调整所述引燃燃料或所述氧化剂的所述流量来调整所述引燃火焰的尺寸。

61.根据权利要求52所述的燃烧系统，其中所述燃烧传感器被进一步配置为检测所述远侧火焰保持器处的所述燃烧反应，并且响应于所述燃烧反应的所检测的状态而将传感器信号输出到所述控制器。

62.根据权利要求61所述的燃烧系统，其中所述燃烧传感器能够作为回火传感器操作，所述回火传感器被配置为检测所述燃烧反应从所述远侧火焰保持器朝向所述主燃料喷嘴的回火。

63.根据权利要求61所述的燃烧系统，其中所述燃烧传感器包括电容传感器。

64.根据权利要求63所述的燃烧系统，其中所述电容传感器包括：

第一组电极，所述第一组电极围绕所述远侧火焰保持器横向定位并且被配置为感测所述远侧火焰保持器附近的参数。

65.根据权利要求64所述的燃烧系统，其中所述电容传感器包括：

第二组电极，所述第二组电极定位在所述远侧火焰保持器的上游并且被配置为感测所述远侧火焰保持器上游的参数。

66.根据权利要求65所述的燃烧系统，其中所述控制器通过将由所述第一组电极感测的所述参数与由所述第二组电极感测的所述参数进行比较来感测所述燃烧反应。

67.根据权利要求66所述的燃烧系统，其中所述第一组电极是所述燃烧传感器的一部分。

68.根据权利要求63所述的燃烧系统，其中所述电容传感器包括一组电极，所述一组电极定位在所述远侧火焰保持器的上游并且被配置为通过感测所述远侧火焰保持器上游的参数来检测回火。

69.根据权利要求63所述的燃烧系统，其中所述电容传感器包括围绕所述远侧火焰保持器横向定位的多个电极。

70.根据权利要求69所述的燃烧系统，其中所述多个电极包括通过所述远侧火焰保持器彼此分开的一个或多个电极对。

71.根据权利要求70所述的燃烧系统，其中所述电容传感器基于所述一个或多个电极对之间的电容来生成电容断层摄影图像。

72.根据权利要求69所述的燃烧系统，其中所述多个电极包括电极的一个或多个第一对，所述一个或多个第一对通过所述远侧火焰保持器彼此分开并且以基本上垂直于所述主燃料朝向所述远侧火焰保持器的流动的主方向的第一取向彼此相对地设置。

73.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述多个电极包括电极的一个或多个第二对，所述一个或多个第二对通过所述远侧火焰保持器彼此分开并且以基本上垂直于所述第一取向和所述主燃料的所述流动的主方向两者的第二取向彼此相对地设置。

74.一种用于操作燃烧系统的计算系统实现的方法，所述方法包括：

在燃烧系统的预热状态期间，从引燃火焰传感器接收指示由引燃燃料和氧化剂的流支撑的炉体积中的引燃火焰的状况的传感器信号；

在所述预热状态期间接收来自远侧火焰保持器传感器的传感器信号，所述传感器信号指示定位在所述炉体积中以便在所述预热状态期间将由所述引燃火焰预热到操作温度的远侧火焰保持器的温度；

响应于来自所述引燃火焰传感器的所述传感器信号并且根据存储在非暂态计算机可读介质上的软件指令，输出控制信号以控制一个或多个致动器来调整所述引燃燃料的所述流量、调整所述氧化剂的所述流量或生成电弧来点燃所述引燃火焰；

如果来自所述远侧火焰保持器传感器的所述传感器信号指示所述远侧火焰保持器已达到所述操作温度，则输出控制信号以控制一个或多个致动器以便使所述燃烧系统从所述预热状态转变为标准操作状态，所述标准操作状态对应于支撑所述远侧火焰保持器中的主燃料和所述氧化剂的燃烧反应并且根据存储在所述非暂态计算机可读介质上的所述软件指令；

在所述标准操作状态期间从所述远侧火焰保持器传感器接收指示所述远侧火焰保持器的状况的传感器信号；以及

响应于在所述标准操作状态期间来自所述远侧火焰保持器传感器的所述传感器信号并且根据存储在所述非暂态计算机可读介质上的所述软件指令，输出控制信号以控制一个或多个致动器以便调整所述主燃料的流量或调整所述氧化剂的所述流量。

75.根据权利要求74所述的计算系统实现的方法，其中所述从所述引燃火焰传感器接收传感器信号包括从所述引燃火焰传感器接收电容断层摄影信号。

76.根据权利要求74所述的计算系统实现的方法，其中从所述远侧火焰保持器传感器接收传感器信号包括从所述远侧火焰保持器传感器接收电容断层摄影信号。

77.一种低排放模块化燃烧器系统，包括：

一个或多个燃烧器模块，每个燃烧器模块包括：

主燃料源，所述主燃料源与所有其他燃料源分开阀控，所述主燃料源被配置为选择性地递送主燃料流以通过燃烧空气的流进行稀释，

主燃料点火器，所述主燃料点火器被配置为致使从所述主燃料源发射的所述主燃料流点燃，

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器与所述主燃料源和所述主燃料点火器通过相应非零距离分开，所述远侧火焰保持器被配置为当所述远侧火焰保持器处于或高于预定温度时保持由所述主燃料流支撑的燃烧反应，和

预热装置，所述预热装置被配置为将所述远侧火焰保持器预热到所述预定温度；

公共燃烧空气源，所述公共燃烧空气源被配置为向所述多个燃烧器模块中的每一者提供燃烧空气；和

壁，所述壁环绕所述一个或多个燃烧器模块的全部，所述壁被配置为横向地包含对应于所述一个或多个燃烧器模块的燃烧流体。

78.根据权利要求77所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述预定温度等于或大于主燃料自燃温度。

79.根据权利要求77所述的低排放模块化燃烧器系统，其中每个燃烧器模块的所述预热装置包括连续引燃燃烧器。

80.根据权利要求79所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述连续引燃燃烧器被配置为选择性地以多个加热速率中的任一个输出热量。

81.根据权利要求80所述的低排放模块化燃烧器系统，其中选择至少一个加热速率以致使所述远侧火焰保持器的可感测温度升高至所述预定操作温度；并且

其中选择至少一个其他加热速率以致使所述预热装置维持引燃火焰功能，同时由所述主燃料源提供每单位时间消耗的总燃料的大部分。

82.根据权利要求77所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述公共燃烧空气源被配置为向所述多个燃烧器模块中的每个燃烧器模块提供自然通风燃烧空气。

83.根据权利要求77所述的低排放模块化燃烧器系统，还包括：

一个或多个单独主燃料阀，所述一个或多个单独主燃料阀各自包括被配置为响应于接收到控制信号而操作的单独主燃料阀致动器；并且

还包括：

控制系统，所述控制系统被配置为将相应控制信号输出到所述单独阀致动器中的每一者；

其中所述控制系统还包括：

接口，所述接口在所述控制系统和输入信道之间，其中所述接口被配置为接收对应于燃烧器容量要求的信号；

一个或多个燃烧器模块传感器输入，所述一个或多个燃烧器模块传感器输入中的每一者被配置为接收对应于燃烧器模块状态的信号，其中所述燃烧器模块状态由传感器硬件提供；

微控制器、计算机可读存储器和模块定序器，其被配置为选择所述一个或多个燃烧器模块的子集以用于点燃；和

相应的一个或多个主燃料阀驱动器输出，所述相应的一个或多个主燃料阀驱动器输出各自可操作地联接到所述单独主燃料阀致动器中的一者。

84.根据权利要求83所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述控制系统还包括：

运行定序器，所述运行定序器包括状态机，所述状态机被配置为对所述燃烧器模块中的一者或多者的燃烧器模块启动计划中的步骤进行定序。

85.根据权利要求83所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述控制系统还包括：

致动器驱动器模块，所述致动器驱动器模块被配置为向所述单独阀致动器中的每一者提供所述相应控制信号。

86.根据权利要求83所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述控制系统还包括：

需求模块，所述需求模块被配置为基于存储的计划和所接收的需求信号中的至少一者来选择性地监督所述一个或多个燃烧器模块的自动操作。

87.根据权利要求83所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述微控制器被配置为读取和执行由非暂态计算机可读存储器支持的计算机可执行指令，以便：

接收对应于所述燃烧器容量要求信号的容量输入数据；

从对应于至少一个燃烧器模块的一个或多个传感器读取模块状态传感器数据，以验证所述燃烧器模块中的所选择的一者或多者准备好点火；

选择所述一个或多个燃烧器模块的所述子集以用于点火；以及

驱动对应于所述一个或多个燃烧器模块的所选择的子集的所述单独主燃料阀致动器中的至少一者以打开，以便向由所述一个或多个燃烧器模块的所述子集支撑的燃烧反应提供燃料。

88.根据权利要求83所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述控制系统还包括热能需求传感器。

89.根据权利要求77所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述预热装置包括：

引燃燃料源，所述引燃燃料源被配置为提供引燃燃料，

引燃燃料点火器，所述引燃燃料点火器被配置为点燃所述引燃燃料的流，和

远侧引燃器，所述远侧引燃器被配置为保持由所述引燃燃料支撑的引燃火焰，引燃燃料源流速被选择成提供引燃火焰，所述引燃火焰的尺寸被设计成将所述远侧火焰保持器温度升高到所述预定温度。

90.根据权利要求89所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述预定温度等于或大于主燃料自燃温度。

91.根据权利要求89所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述主燃料点火器包括所述远侧引燃器。

92.根据权利要求89所述的低排放模块化燃烧器系统，其中当所述远侧火焰保持器被所述远侧引燃器加热到所述预定温度时，所述主燃料点火器包括所述远侧火焰保持器。

93.根据权利要求89所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述远侧引燃器被配置为受控以提供其尺寸被设计成在燃烧器模块启动周期期间将所述远侧火焰保持器升高到所述预定温度的所述引燃火焰，并且不提供其尺寸被设计成在所述燃烧器模块启动周期期间之外的时间将所述远侧火焰保持器升高到所述预定温度的所述引燃火焰。

94.根据权利要求93所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述远侧引燃器被配置为在所述燃烧器模块启动周期期间之外的时间减少到引燃火焰容量。

95.根据权利要求93所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述远侧引燃器被配置为在所述燃烧器模块启动周期期间之外的时间停止支撑燃烧反应。

96.根据权利要求89所述的低排放燃烧器系统，其中所述远侧引燃器邻近所述远侧火焰保持器设置；并且

其中所述远侧引燃输出被选择为在操作期间始终维持恒定容量。

97.根据权利要求89所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述远侧引燃器邻近所述远侧火焰保持器设置；并且

其中所述远侧引燃器被控制以在所述燃烧器模块启动周期期间之外的时间减少到引燃火焰容量。

98.根据权利要求97所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述远侧引燃器被配置为确保所述主燃料的燃烧。

99.根据权利要求97所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述主燃料是烃气。

100.根据权利要求97所述的低排放模块化燃烧器系统，其中所述引燃燃料是天然气或丙烷。

101.一种燃烧器，包括：

壳体，所述壳体在基部处具有燃烧空气入口；和

燃烧器模块，所述燃烧器模块定位在所述壳体内部，所述燃烧器模块包括：

入口，所述入口被配置为联接到主燃料源并且经由所述壳体接收燃烧空气；

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器定位在所述壳体内；和

主喷嘴，所述主喷嘴被配置为从所述入口接收主燃料的流，并且朝向所述远侧火焰保持器发射主燃料流。

102.根据权利要求101所述的燃烧器，其中所述燃烧器模块被配置为是独立式的，仅由所述入口处的联接件支撑。

103.根据权利要求101所述的燃烧器，其中所述燃烧器模块被配置为联接到所述燃烧器并由其支撑。

104.根据权利要求101所述的燃烧器，其中所述主喷嘴是多个主喷嘴中的一者，所述主喷嘴中的每一者被配置为从所述入口接收所述主燃料的流，并且朝向所述远侧火焰保持器的相应部分发射主燃料流。

105.根据权利要求104所述的燃烧器，还包括多个主燃料阀，所述多个主燃料阀可操作地联接在公共燃料管线与所述多个主喷嘴中的相应一者之间并且被配置为独立地控制所述相应主喷嘴的操作。

106.根据权利要求101所述的燃烧器，还包括：

远侧引燃器，所述远侧引燃器定位在所述远侧火焰保持器和所述主喷嘴之间；并且

其中所述燃烧器模块包括定位在所述壳体内的改进型燃烧器，所述改进型燃烧器包括所述远侧火焰保持器和所述主喷嘴。

107.根据权利要求106所述的燃烧器，其中所述远侧引燃器包括布置成阵列的多个引燃喷嘴。

108.根据权利要求106所述的燃烧器，其中所述远侧引燃器被配置为支撑所述远侧引燃器和所述远侧火焰保持器之间的引燃火焰。

109.根据权利要求101所述的燃烧器，其中所述主喷嘴包括具有可变的尺寸的孔。

110.根据权利要求109所述的燃烧器，其中所述主喷嘴被配置为调节所述主燃料流的速度。

111.根据权利要求109所述的燃烧器，还包括致动器，所述致动器可操作地联接到所述主喷嘴并且被配置为控制所述孔的所述尺寸。

112.根据权利要求109所述的燃烧器，其中所述主喷嘴包括主喷嘴出口和控制元件，所述控制元件被定位成堵塞所述主喷嘴出口的某个部分，并且其中所述控制元件的移动改变所述主喷嘴出口被所述控制元件堵塞的程度。

113.根据权利要求101所述的燃烧器，其中所述每个燃烧器模块具有约8MBtu/Hr的加热容量。

114.一种燃烧器系统，包括：

远侧火焰保持器，所述远侧火焰保持器被配置为保持燃料和氧化剂的燃烧反应；

氧化剂管道，所述氧化剂管道被配置为朝向所述远侧火焰保持器引导所述氧化剂；

主燃料喷嘴，所述主燃料喷嘴被取向成当所述远侧火焰保持器的温度高于预定温度时，将主燃料的流引导到燃烧体积中以用于在所述主燃料喷嘴和所述远侧火焰保持器之间的稀释区域中与所述氧化剂混合；和

混合管，所述混合管设置在所述稀释区域中，并且在所述主燃料喷嘴与所述远侧火焰保持器之间从混合管入口通向混合管出口，所述混合管被形成为致使所述氧化剂和燃料的流动将烟道气排出到所述混合管中以用于与燃料和氧化剂混合。

115.根据权利要求114所述的燃烧器系统，其中所述混合管被配置为致使所述氧化剂和燃料的流动形成烟道气再循环路径。

116.根据权利要求115所述的燃烧器系统，其中所述烟道气再循环路径在所述燃烧室的外部。

117.根据权利要求114所述的燃烧器系统，还包括：

引燃燃烧器，所述引燃燃烧器被配置为支撑所述混合管出口与所述远侧火焰保持器之间的引燃火焰。

118.根据权利要求114所述的燃烧器系统，其中所述混合管包括在所述混合管入口处的喇叭形部分；

其中所述烟道气再循环路径至少包括所述混合管与所述燃烧体积的壁之间的环形体积，并且

其中所述烟道气在所述混合管入口处被排出到所述燃料和氧化剂流中以用于稀释所述燃料和氧化剂流。

119.根据权利要求114所述的燃烧器系统，还包括：

连续引燃器，所述连续引燃器邻近所述远侧火焰保持器设置，所述连续引燃器被配置为将所述远侧火焰保持器加热到所述预定温度；和

控制器，所述控制器可操作地联接到所述主燃料源，所述控制器被配置为接收对所述远侧火焰保持器的温度的指示并且响应于对所述温度的所述指示而控制所述主燃料的所述流量。

120.根据权利要求114所述的燃烧器系统，还包括：

混合管支撑结构，所述混合管支撑结构被配置为支撑所述混合管，所述混合管支撑结构被配置为由限定所述燃烧体积的表面支撑。

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