TWI416050B - 用於在不存有觸媒或高溫氧化劑下無焰燃燒之系統、裝置和方法 - Google Patents

Description

用於在不存有觸媒或高溫氧化劑下無焰燃燒之系統、裝置和方法

本申請案主張2006年1月5日申請的美國專利第11/325,979號申請案。

本發明概括地關於一種自發性燃燒系統、裝置和方法。更具體地，本發明揭示一種在不存有觸媒或高溫氧化劑下由此可能於一任何形狀之燃燒室中促成並維持無焰燃燒之系統、裝置和方法。本發明可用於各式應用，其包括但不限定於加熱大樓居住加熱器、商業用加熱器、工業用加熱器、提供熱源以進行分餾或觸媒反應以及任何需要加熱程序之事物。

傳統熔爐與工業加熱器係在足夠高的約為3800℉之火焰溫度下進行操作，其造成大量有時意指NO_x 之氮氧化物的產生。當前技術之熱燃燒系統典型上係藉由將燃料與空氣接觸，製造出一邊界層，並使用一種點燃此混合物使其持續燃燒之點火源。空氣富含有氧氣及氮氣分子，而燃料則富含氫與碳分子。在邊界層中，這些分子全都隨機移動。當邊界層內之溫度達到自燃溫度或藉由點火源的幫助，則開始燃燒。在燃燒期間，氫分子與氧分子結合形成水並釋放能量。此外，碳分子則與氧分子結合形成二氧化碳並釋放能量。一旦開始然燒，在邊界層中的火焰溫度上升至約3800℉，此乃因為這些分子緊密地堆疊在此體積內且每單位體積的氣體會有高度釋放出的能量。有形火焰是在此高溫中碳裂解的結果。此3800℉之高溫為常規燃燒所固有，其會導致NO_x 之生成增加。在溫度超過2200℉之燃燒過程中會產生NO_x 之排放。不幸的是，當前技術之熱燃燒系統會形成大量的NO_x 排放，典型而言在50至60 ppm之範圍內。因此，在工業中存有在燃燒過程中減少NO_x 生成之需求，其為本發明其中之一目的。

工業用加熱器已習知且陳述於當前技術中。同樣地，熟習本項技術者亦習知且瞭解無焰燃燒的技術及實行。為了在燃燒過程中減少NO_x 的生成，可使用無焰燃燒，此乃因燃燒可在低於2200℉之情況下發生。在關於無焰燃燒的先前技術中，由Gibson等人在2004年9月28日發佈的美國專利第6,796,789號申請案教示一種在一實質上為橢圓形的加熱器中之無焰燃燒的組合，用以促進在加熱器發熱區內之熱煙道氣、燃料氣和空氣之再循環率以達成並維持無焰燃燒。

先前技術之用途有限，因為該發明是憑藉著利用離心原理以控制空氣流和燃料流的混合，且亦因煙道氣必須以高再循環率進行再循環，此僅可能在橢圓殼體中實現，使得燃燒室實質上必須為橢圓形。先前技術教示，空氣、燃料氣和煙道氣係位於沿著燃燒室壁上之一極為狹窄的邊界中，其中煙道氣位於燃料氣上方，而燃料氣則位於空氣流上方。煙道氣與燃料氣混合以形成惰化燃料氣，其然後根據離心原理而與空氣混合。由於每種氣體皆位於互相之上方，熱點於是在實質上為橢圓之燃燒室內靠近燃燒室彎曲區域中產生。這些熱點可能使該區域內之溫度提高至超過2200℉，因而使其所形成的NO_x 排放量增加。

然而，直至本發明之前，所缺乏的以及工業上長久以來一直尋找的為一種可沿著無論其表面為凸面形、凹面形、筆直形或任何此類表面形狀組合形之任何表面形體而促成並維持無焰燃燒的燃燒室。此外，工業上亦一直尋找關於煙道氣來源之機動性，無論其為外源式或內源式。最後，工業上亦需求一種能實行具有最小NO_x 排放量之燃燒的無焰燃燒室，其係藉由使氣體的混合更佳且更為均勻而達成。此均勻的混合可由本發明達成，其首先係使空氣和燃料氣兩者惰化，然後讓互相並排的此兩種氣體互相擴散至對方中，因而消除熱點的產生並減少在燃燒室內所形成的NO_x 。

本發明能使用具有內表面形體亦即凸面形、凹面形、筆直形或任何這些表面形體的組合形狀的無焰燃燒室，此乃因其係使用由康達效應(Coanda Effect)所教示的原理。由康達效應所教示的原理亦讓本發明得以使用效率更佳的氣體混合方法使得在沿著燃燒室內壁表面處無熱點之形成。

康達效應係於西元1930年由羅馬尼亞的空氣動力學家Henri－Marie Coanda所發現。康達效應，或者稱為附壁效應(wall attachment effect)，是指行進中之流體，不是液體就是氣體，將其本身附著於一表面上並沿著該表面流動的傾向。當流體行經一表面時，某定量之摩擦力(稱為“表面摩擦力”)產生於流體與表面之間，其傾向於使行進中的流體變慢。此流體流動的阻力將流體拉向表面，使其黏附於表面上。因此，假如造成氣流的表面之曲率或角度不至於太陡峭的話，從噴嘴開始噴出的流體傾向於沿著附近的曲面甚至是轉角附近的轉彎處行進。舉例而言，當吾人將一湯匙之背部與從水龍頭自由流出的水流接觸時即可顯示出進行中的康達效應。在此例中，水流將會自垂直狀態偏斜以流過湯匙的背部。因此，康達效應可讓氣體、惰化燃料和惰化空氣附著於燃燒室之內表面壁以進行較先前技術更為均勻的混合和擴散，此乃因為氣體將會並排地相互與對方混合，而不是從互相之上方開始混合。由此，當並排地混合時，將不會有離心力作用在混合上而導致沿著燃燒室內表面壁上形成熱點。

因此，本發明之一目的為揭示並主張一種在不存有觸媒或高溫氧化劑之使用下無焰燃燒之系統、裝置和方法。

本發明進一步之目的為揭示並主張一種在一介於約1000℉至約1400℉之摻合溫度，較佳為約1250℉之溫度下，使用空氣或其他類似之惰化氧化劑而達成無焰燃燒之系統、裝置和方法。

本發明又進一步之目的為揭示並主張一種在非必須存有觸媒或火焰維持劑下達成無焰燃燒之系統、裝置和方法。

本發明又一目的為揭示並主張一種整合型加熱器/燃燒器裝置。在此所使用的術語“加熱器”係定義為“一種含有熱交換冷卻旋管之耐火襯裡殼體”，而術語“燃燒器”係定義為“一種用於燃料氣、空氣及煙道氣之計量儀表”。

本發明又一目的為揭示並主張一種在惰化空氣和惰化燃料氣混合前使空氣和燃料氣惰化以造成燃燒的系統、裝置和方法。

本發明另一目的為揭示並主張一種裝置，其係具體表達一種能具有凸面形、凹面形、筆直形或任何其組合形狀之內表面壁形體，還能藉由可控制惰化空氣和惰化燃料氣間之擴散速率的設備以達到無焰燃燒的燃燒室。

本發明進一步之目的為消除與先前技術之燃燒室有關聯之冷點和熱點。

本發明另一目的為提出一種由此可能促成極為均勻且溫度較低之燃燒，因而造成所測得之低NO_x 排放量約為3至5 ppm的系統、裝置和方法。

本發明又一目的為在極為均勻且經控制的溫度下為完全燃燒作準備以消除CO之排放。

本發明又一目的為藉由增加熱輻射效率以減少燃料消耗，然後其將可減少CO₂ 及溫室氣體的排放。

本發明進一步之目的為在氣體通風管上使用貴金屬網篩以進一步減少NO_x 之排放。

熟習本項技術者將變為明瞭的是，所主張的主題就整體而言，包括該裝置的結構以及該裝置元件間之協同作用，合併以造成針對本發明之非預期優點與效用。本發明之優點和目的以及此一無焰燃燒系統、裝置和方法的特徵在連帶閱讀所附之說明、圖式、圖表以及所附的申請專利範圍後將使熟習本項技術者變為明瞭。

一種在一整合型加熱器/燃燒器裝置之燃燒室內促成並維持無焰燃燒的方法，其包括以下步驟：(a)提供一燃燒室，其係具有一與至少一熱空氣注射噴嘴連通之內側表面形體，該至少一熱空氣注射噴嘴進一步係與一位於燃燒室外部之熱空氣源連通；(b)提供至少一燃料氣噴嘴(tip)，該至少一燃料氣噴嘴將一燃料氣導入，該燃料氣與一燃料氣源和該燃燒室連通；(c)經由該至少一熱空氣注射噴嘴將熱空氣導入燃燒室中；(d)在燃燒室內提供煙道氣；(e)將燃料氣導入燃燒室中；(f)以煙道氣使燃料氣惰化；(g)以煙道氣使熱空氣惰化；以及(h)使惰化燃料氣連同惰化熱空氣一併擴散成為一分子複合體，其中該分子複合體具有一摻合溫度，而該摻合溫度之範圍係自1000℉到1400℉。

一種在一整合型加熱器/燃燒器裝置之燃燒室內將常規燃燒轉換成無焰燃燒的方法，其包括以下步驟：(a)提供一燃燒室，其具有一與至少一熱空氣注射噴嘴連通之內側表面形體，該至少一熱空氣注射噴嘴進一步與一位於該燃燒室外部之熱空氣源連通；(b)提供至少一設置於燃燒室之內側表面形體上之燃燒器，其包括(i)一在常規燃燒模式下用以將環境空氣供給至燃燒室中之環境空氣注射噴嘴，該環境空氣注射噴嘴與內側表面形體連通，該環境空氣噴嘴進一步與一位於燃燒室外部之環境空氣供給閥連通；(ii)一與內側表面形體連通且燃燒室之內壓可藉以達到平衡之排氣管；(iii)一與排氣管連通並進一步與環境空氣注射噴嘴連通之文托利管(venturi)，其中該文托利管行經環境空氣注射噴嘴之內部；(iv)一在排氣管內之燃料氣噴嘴，該燃料氣噴嘴係與一燃料氣源和文托利管開口連通；(v)一與一引火氣源和環境空氣注射噴嘴開口連通之引火氣噴嘴；(c)將環境空氣藉由環境空氣注射噴嘴導入燃燒室中；(d)在燃燒室內提供煙道氣；(e)藉由燃料氣噴嘴計量並輸送燃料氣至燃燒室中；(f)使燃料氣惰化；(g)在該至少一燃燒器上點燃火焰以引發常規燃燒；(h)夾緊環境空氣供給閥以減少流經該至少一環境空氣注射噴嘴之環境空氣流，同時將熱空氣導入該至少一熱空氣注射噴嘴中，其中環境空氣流的減少量實質上係等於熱空氣流的增加量；(i)以煙道氣使熱空氣惰化；(j)進一步夾緊環境空氣供給閥直到該環境空氣供給閥完全緊閉，其造成燃燒室在100%無焰燃燒模式下操作；以及(k)持續計量惰化燃料氣、惰化熱空氣和煙道氣以使惰化熱空氣及惰化燃料氣擴散成為一分子複合體，且達到或超過該分子複合體的自燃溫度，其中惰化熱空氣和惰化燃料氣具有一摻合溫度，其中該摻合溫度之範圍係自1000℉到1400℉。此摻合溫度範圍維持無焰燃燒。

一種用以促成並維持無焰燃燒之整合型工業用加熱器/燃燒器，其包括(a)一燃燒室，其具有一頂部、一底部以和一內側表面形體；(b)至少一設置於該燃燒室內側表面形體上之燃燒器，其包括(i)一在常規燃燒模式下用以將環境空氣供給至該燃燒室中之環境空氣注射噴嘴，該環境空氣噴嘴與內側表面形體連通；(ii)一與內側表面形體連通之排氣管；(iii)一與排氣管連通並進一步與環境空氣注射噴嘴連通之文托利管；(iv)一位於排氣管內之燃料氣噴嘴；(v)一位於燃燒室內側表面形體上之引火氣噴嘴；(c)至少一在無焰燃燒模式下用以供給熱空氣至燃燒室中之熱空氣注射噴嘴，該至少一熱空氣注射噴嘴係與內側表面形體連通，該至少一熱空氣注射噴嘴進一步與一位於燃燒器外部之空氣預熱器連通。

一種在一整合型加熱器/燃燒器裝置之燃燒室內用以促成並維持無焰燃燒的系統，其包括(a)一用以促成並維持常規燃燒或無焰燃燒之燃燒室，其中環境空氣、熱空氣和燃料氣進入該燃燒室，而具有一定量NO_x 排放之煙道氣則由該燃燒室排出；(b)一位於燃燒室下游處之對流區，其使用來自燃燒室出口處之煙道氣的高溫，以對流方式加熱至少一熱交換冷卻旋管；(c)一位於對流區下游處且具有一煙囪氣閘之煙囪，其係用於在該煙囪氣閘開啟時進行自然通風操作，而在該煙囪氣閘關閉時進行空氣預熱操作；(d)一位於燃燒室上游之空氣預熱器，其係用於使環境空氣轉變成熱空氣以供燃燒室使用；(e)一具有一強制通風扇氣閘之強制通風扇，其係位於空氣預熱器上游處，並藉由該空氣預熱器用於供給熱空氣至燃燒室中；以及(f)一具有一誘導通風扇氣閘之誘導通風扇，其係位於空氣預熱器下游處及煙道氣側之煙囪上游處，用以誘導熱煙道氣流經空氣預熱器並輸送較冷的煙道氣至煙囪。

前述段落廣泛地摘要了本發明更重要的特徵，以對於後續詳細說明有較佳的理解，以及對於本發明在本項技術上的貢獻有較佳的理解。關於熟習本項技術者將瞭解的是，本揭示內容所基於的觀念可輕易地用來作為設計其他結構、方法和系統以實行本發明之意圖的根據。在該相等建構並未偏離本發明之精神及範疇之情況下，申請專利範圍因而包括此相等建構。再者，與本揭示內容有關的摘要並非意欲用來定義由申請專利範圍所決定之本發明，亦非意欲以任何方式對本發明之範疇進行限制。

這些連同其他本發明之目的以及描述本發明新穎性之特點的各式特徵係由所附加且構成本揭示內容之一部分的申請專利範圍來指出。為了對於本發明、其操作優越性以及由其用途所達成之特定目的有更佳的理解，應參照說明了本發明較佳具體實例之所附圖式以及描述性事例。

應瞭解本發明之任一特徵可個別或與其他特徵合併使用。應瞭解在此處未提及之特徵可與此處提及之一或多個特徵合併使用。在審視圖式和詳細說明後，熟習本項技術者對於本發明之其他系統、方法、特徵及優勢將會或變得明瞭。所有此類額外的系統、方法、特徵及優點意欲由所附之申請專利範圍所保護。

當考量下列本發明具體實例之詳細說明時，本發明之這些其它目的、特徵和優點將變得更為明白，其中該詳細說明是以下列所附圖式呈現。

以下討論係呈現以使熟習本項技術者可製作並使用本發明。於此所描述之一般性原則可在不偏離由附加的申請專利範圍所定義之本發明的精神及範疇下，應用於以下詳述者以外之具體實例及申請案中。本發明不意欲限制於所顯示的具體實例中，但其與此處所揭示之原則和特徵之最大範疇相符。

為完成前述內容及相關目的，本發明包括以下在申請專利範圍中充分描述及特定指出的特徵。以下說明和所附之圖式詳盡地陳述某些本發明之說明性具體實例。這些具體實例意指可利用本發明原則之各式方法。當連帶考慮圖式時，由以下本發明之詳盡說明可使本發明之其他目的、優點及新穎特徵變得明顯。

因此，已有頗廣泛摘錄之關於本發明的更重要特徵，以對於其下之詳盡說明有更佳的理解，且對於其在本項技術之現有貢獻有更佳的瞭解。本發明額外的特徵將於下文中描述且其將構成所附申請專利範圍之標的。

在這方面，在詳盡地解釋本發明之至少一具體實例前，要瞭解的是，在陳述於以下說明或說明於圖式中之詳盡建構之應用以及元件之佈置中，本發明並未受到限制。本發明能構成其他具體實例且能由各種方式履行及實踐。又，要瞭解的是，在此所使用的措辭和術語係因應說明之目的而不應被認為是種限制。

同樣地，熟習本項技術者將瞭解本揭示內容所基於的概念可輕易地用以作為設計其它結構、方法和系統以實行本發明諸多目的的根據。因此，重要的是，在並未偏離本發明之精神及範疇之情況下，本案申請專利範圍被認定為包括此類相等之建構。

圖1之先前技術說明一種無焰燃燒室，其具有一光亮的熱交換管配置，以及一燃燒空氣設備、一燃料氣導入設備及一煙道氣排出設備之單一定位。先前技術之裝置一般係指23。先前技術發明之實質上為橢圓形之燃燒室22係顯示與一空氣入口28連通，而空氣入口28則進一步與一位於橢圓燃燒室22外部之空氣源41連通。空氣源41典型而言係被具體表達為一種熟習本項技術者所習知之送風器設備或自然通風設備，而該送風設備或自然通風設備係以一與加熱器內側壁大致成介於0°及40°之角度將已加熱或未加熱之空氣導入橢圓燃燒室22中。雖然可藉由先前技術發明之實行而採用較大的角度，值得注意的是，已發現以一介於0°及40°之角度下導入空氣對於以每分鐘足夠的立方英呎(“CFM”)來導入容積量是有效的，以便促成離心力維持惰化燃料氣42、煙道氣44和可燃性空氣45之初始及個別區帶於一如線30所指示之狹窄界定邊界內，其中該邊界30係毗鄰裝置23之內橢圓表面32。燃料氣源26進一步提供於橢圓燃燒室22內，且將燃料氣42導入，其所使用的該燃料氣源26以及燃料氣42的導入當使用與當前技術有關之加熱器時，為熟習本項技術者所習知且可實行的。

如說明於圖1中之先前技術所實行者，內橢圓燃燒室22首先被位於空氣入口28之啟動燃燒器27加熱以使內橢圓燃燒器22預熱至一大致介於1400℉與2100℉間之操作溫度。在橢圓燃燒室22內之煙道氣44係因此加熱行為而再循環，同時，將可燃性空氣45以介於0°及40°之角度導入於橢圓燃燒室22中。將燃料氣42輸送至橢圓燃燒室22中並使其與再循環之煙道氣44以創造出兩相異區帶，可燃性空氣45及惰化燃料氣之方式來混合。持續將可燃性空氣45導入橢圓燃燒室22之內部，並持續促成可燃性空氣45、燃料氣42和煙道氣44分子之進一步再循環及擴散，一直到與持續偵測計量之燃料氣42合併，在可燃性空氣45與惰化燃料氣介面處之分子組成達到或超過自燃溫度。一旦達到自燃溫度，先前技術裝置之無焰燃燒係藉由熟習本項技術者所習知之手動溫度控制設備或軟體控制設備以使橢圓燃燒室22內之該無焰燃燒維持在一般介於1400℉與2100℉間之操作溫度來進行操控。

如圖1所說明，再循環煙道氣排出設備49提供了一種排出設備，藉由該排出設備，橢圓燃燒室22之內壓可因為適當導入燃料氣42和可燃性空氣45而平衡。

圖2a說明燃燒室100之側面圖，其描述了在根據本發明一具體實例之常燃燒過程中的排氣管120、燃料氣噴嘴122、文托利管124、環境空氣注射噴嘴126和熱空氣注射噴嘴128。圖3為燃燒室100之俯視圖，其說明如圖2a所顯示之排氣管120、燃料氣噴嘴122、文托利管124和環境空氣注射噴嘴126的特寫圖。

如圖2a所示，在下文中揭示的本發明描述正在執行常規燃燒的燃燒室100，其中有一可見火焰134，且其具有調節至100%無焰燃燒的能力，且當有需要時，可調回常規燃燒。執行燃燒程序的目的在於加熱流經熱交換冷卻旋管183的流體(圖4)。本發明的燃燒室100具有頂部110、底部112且能具有凸面形、凹面形、筆直形或任何此類表面形體之組合之內側表面形體114。

如參照圖2a與圖3所顯示，燃燒室100係與環境空氣注射噴嘴126連通，其中環境空氣注射噴嘴126進一步與位於燃燒室100外部之環境空氣供給閥150連通，用以供給環境空氣127至環境空氣注射噴嘴126。環境空氣注射噴嘴126藉由與文托利管124之連通亦與排氣管120連通，該文托利管124自排氣管120之側表面行經環境空氣注射噴嘴126內部，使得文托利管124之出口實質上與環境空氣注射噴嘴126之出口垂直排列。與位於燃燒室100外部之燃料氣源121連通之燃料氣噴嘴122係位於排氣管120內部。燃料氣噴嘴122使燃料氣138得以被吹經文托利管124並進入燃燒室100中。與位於燃燒室100外部之引火氣源136連通之引火氣噴嘴137就設置於環境空氣注射噴嘴126下游處。如圖2a所示，引火氣噴嘴137係使用於使常規燃燒火焰熄滅之過程中，其中有一可見火焰134及較高的NO_x 排放。排氣管120與燃燒室100連通以利於排除來自於燃燒室100內部且停滯於排氣管120上方或附近的停滯或幾乎停滯的煙道氣135。在較佳具體實例中，排氣管典型而言為18至24英吋長。熟習本項技術者將可瞭解的是，在不偏離本發明精神及範疇下，排氣管120的長度可較短或較長。雖然某些被吸入排氣管120中之煙道氣135離開燃燒室100，一部分煙道氣135與進入的燃料氣138混合而形成在之後離開文托利管124而再進入燃燒室100之惰化燃料氣130。文托利管124在燃料氣138及煙道氣135間創造出紊流，因而讓此兩種氣體得以互相均勻混和而形成惰化燃料氣130。

前述說明之單元被整體瞭解為燃燒器119。前述提及之煙道氣135可在常規燃燒操作期間於燃燒室100內被創造，或從渦輪排氣或任何能傳達適當的惰化及溫度需求以創造惰化燃料氣130氣流的外部來源中被供給。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳具體實例於每系列中僅描述兩種燃燒器119，且其位於相反的兩端，這些燃燒器119之數量或位置並未被限制，但其可在不偏離本發明之範疇及精神下，增加或減少其數量以及重新更改其位置。

圖2a中亦描述，將數個排氣管120依行之次序放置於兩燃燒器119之間，其中一燃燒器緊鄰於燃燒室100之頂部110，另一個則緊鄰於燃燒室100之底部112。此數個排氣管120藉由負壓使燃料氣135得以離開燃燒室100以使新氣體得以進入燃燒室100中。此外，兩個熱空氣注射噴嘴128係位於兩燃燒器119下游處，且位在燃燒室100之頂部110與燃燒室100之底部112的中心處。在常規燃燒過程中，並未使用如圖2a所描述之熱空氣注射噴嘴128。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳的具體實例描述每系列中有四個額外的排氣管120，這些額外的排氣管120之數量或位置並未被限制，但其可在不偏離本發明之範疇及精神下，增加或減少其數量以及重新更改其位置。熟習本項技術者亦將瞭解的是，雖然較佳的具體實例描述每系列中有兩個熱空氣注射噴嘴128，這些熱空氣注射噴嘴128之數量或位置並未被限制，但其可在不偏離本發明之範疇及精神下，增加或減少其數量以及重新更改其位置。在不偏離本發明之範疇及精神下，只要有從熱空氣注射噴嘴128而來的熱空氣140與惰化燃料氣130之摻合物時，每個熱空氣注射噴嘴128可沿著燃燒室100之頂部110與燃燒室100之底部112被設置，而兩個燃燒器119則位於燃燒室100之頂部110與燃燒室100之底部112中心處。又，雖然僅描述有一組燃燒器119、排氣管120和熱空氣注射噴嘴128，圖2a說明可能存在有數個這些具有燃燒器119n、排氣管120n和熱空氣注射噴嘴128n之系列，遍及於本發明燃燒室100之內側表面形體114內且間隔約25英呎之距離。此距離為概略值，其可能取決於完成燃燒程序時所需之距離而修改，且無論以常規燃燒或無焰燃燒方式實行，其將取決於燃燒與熱交換運用之特性。

圖2b說明描述於圖2a中之燃燒室100的側面圖，其描述相同的排氣管120、燃料氣噴嘴122、文托利管124、環境空氣注射噴嘴126和熱空氣注射噴嘴128，所不同的是其為在根據本發明之一具體實例之無焰燃燒過程中。

如圖2b所示，同時附加參照圖3，本發明之設備部份係與如圖2a所示者一致，但其操作不同。圖2b顯示具有頂部110與底部112之燃燒室100，其係於100%無焰燃燒模式下操作。在此模式下，環境空氣供給閥150為完全關閉，使得環境空氣127不會流經環境空氣注射噴嘴126而進入燃燒室100中。在無焰燃燒模式下，引火氣139可能流經引火氣噴嘴137或可能被完全關閉。然而，燃料氣源121持續供給燃料氣138，其係與某些離開排氣管120之煙道氣135混合。文托利管124在燃料氣138與煙道氣135之間創造紊流，因而使兩種氣體得以互相均勻地混和而形成之後離開文托利管124而進入燃燒室100中之惰化燃料氣130。因此，惰化燃料氣130為唯一離開燃燒器119之氣體。惰化燃料氣130離開文托利管124並藉由康達效應附著於燃燒室100之內側表面形體114上。由於環境空氣供給閥150為完全關閉，熱空氣142(圖4)則供給經由熱空氣注射噴嘴128。熱空氣142(圖4)被從燃燒室100內部而來之煙道氣135所惰化，因而在熱空氣注射噴嘴128之出口處形成惰化熱空氣140。在無焰燃燒模式下所使用之煙道氣135可能在常規燃燒模式下之操作期間於燃燒室100內被創造，或從渦輪排氣(未顯示)或任何能傳達適當的惰化及溫度需求以創造惰化燃料氣130氣流的外部來源中被供給。

惰化熱空氣140從熱空氣注射噴嘴128之出口流出，且亦藉由康達效應附著於燃燒室100之內側表面形體114上。此附著於燃燒室100之內側表面形體114上之惰化燃料氣130與惰化熱空氣140可以康達效應原理解釋，且其讓燃燒室100之內側表面形體114具有凹面形、凸面形、筆直形或任何其組合形。摻合溫度為惰化燃料氣130之溫度與惰化熱空氣140之溫度的平均值，其必須介於約1000℉與1400℉之間，較佳為1250℉，其因而促成在無焰燃燒邊界區144之無焰燃燒，其中該邊界區144為惰化燃料氣130與惰化熱空氣140擴散發生的區域。惰化燃料氣130與惰化熱空氣140並排流動直到其混和並促成無焰燃燒。此一並排流動容許惰化熱空氣140與惰化燃料氣130足夠緩慢地相互擴散至對方，使得其在燃燒期間不至於太熱，但卻是足夠的快速且分子的運動是在一足夠高能之狀態下，以致於具有無焰燃燒的發生。此兩種氣體的混合較當氣體位在互相之上方而言更為均勻，因而可消除熱點。雖然僅描述有一組燃燒器119、排氣管120和熱空氣注射噴嘴128，圖2b說明可能存在有數個具有燃燒器119n、排氣管120n和熱空氣注射噴嘴128n之系列，遍及於本發明燃燒室100之內側表面形體114內且間隔約25英呎之距離。此距離為概略值且只要其距離夠長以完成燃燒程序，其即可修改，且其將取決於燃燒與熱交換運用之特性。

圖5描述熱空氣注射噴嘴128之前視圖，其顯示在一根據本發明之具體實例中裝設於該噴嘴128上之可選擇的混合器葉片160。根據圖5且附加參照圖2b，這些可為固定或可轉動的混合器葉片160促使煙道氣135與熱空氣142(圖4)均勻地混合以在熱空氣注射噴嘴128之出口處形成惰化熱空氣140。這些混合器葉片160有利於混合，因其在熱空氣142(圖4)與煙道氣135之間造成紊流。經過熱空氣注射噴嘴128之氣體側壓力降一般為介於1英呎水柱與5英呎水柱之間。本發明能具有高的熱空氣側壓降及顯著的混合能量以使熱空氣142經由煙道氣135將之惰化，此乃因為熱空氣注射噴嘴128為獨特的且不同於環境空氣注射噴嘴126。先前技術並不具有這些能力，因為先前技術使可燃性空氣45(圖1)、環境自然通風和熱空氣經由相同的空氣入口28進入。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳的具體實例描述的混合器葉片160具有八個葉片，這些混合器葉片160之數量並未被限制，但其可在不偏離本發明之範疇及精神下，增加或減少其數量。又，熟習本項技術者將瞭解的是，這些混合器葉片160可能在不偏離本發明之範疇及精神下被定於各式角度。

圖6顯示根據本發明一具體實例之燃燒室100的側視圖，其具有頂壁110、底壁112和內側表面形體114，其描述由托臂170分隔之層狀佈置的排氣管120、燃料氣噴嘴122、文托利管124、環境空氣注射噴嘴126和熱空氣注射噴嘴128。當燃燒室100之負載增加時，由此進一步添加系列的燃燒器119n、排氣管120n和熱空氣注射噴嘴128n是不可能的，藉由在原始層之上及/或其下增加另一層之燃燒器119、排氣管120和熱空氣注射噴嘴128，且經由托臂170將各層分隔開來進行添加。由於存在於本發明中之對稱性之緣故，此類添加是可行的。如本具體實例所示，各層約為10英呎寬，其中各燃燒器119n系列實質上為約25英呎等間隔。此層狀佈置亦可在非擴增燃燒室100中使用，其中燃燒室100被限定於某種特別需求或形狀需求。顯示於圖6中之箭頭說明各層中氣體的流動以及燃燒的方向。箭頭亦顯示一層頂部之煙道氣135循環至另一層底部之煙道氣135，且反之亦然。圖6所描述之燃燒器119與圖2b所描述之燃燒器119一致，藉此，燃燒器119包括排氣管120、燃料氣噴嘴122、引火氣噴嘴137、文托利管124和環境空氣注射噴嘴126。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳的具體實例描述由兩個托臂170分隔成三層，這些層之數量並未被限制，但其可在不偏離本發明之範疇及精神下，增加或減少其數量。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳的具體實例所描述之層具有10英呎之寬度且燃燒器119n之系列間隔約25英呎之距離，這些距離可在不遠離本發明之範疇及精神下增加或減少。亦應瞭解的是，由於康達效應，圖6所描述的側視圖亦可為垂直(典型為牆)或水平(典型為屋頂或地板)且其可為凹面形、凸面形、筆直形或任何組合形。

如較佳的具體實例所實行且於圖2a、圖2b、圖3及圖4中所說明的，燃燒室100首先由常規燃燒開始進行燃燒，如圖2a所示，且然後可能轉換至無焰燃燒，如圖2b所示並使用顯示於圖4之系統。

參照圖2a、圖3及圖4，操作本發明之第一步驟為在常規燃燒模式下，啟動具有頂部110及底部112之燃燒室100。此系統首先必須確定燃燒室100內不存在可燃物，其通常使用氣體測試器(未顯示)。環境空氣127已經由環境空氣供給閥150進入燃燒室100中，由於其為自然通風，因而使燃燒室100成為空氣充足之環境。一旦可燃物被確認為不存在，此系統讓通常為天然氣的引火氣139流進燃燒室100中，然後點燃引火氣噴嘴137。一旦引火被證實，則系統即已準備好點燃可見火焰134，其在本發明中係位於通向環境空氣噴嘴126處。然後，系統將燃料氣供給閥打開(未顯示)，因而讓燃料氣138進入燃燒室100中而使有形火焰134得以點燃。此時，通常系統會將引火關閉；然而，某些系統則選擇維持引火於開啟狀態。在本發明中，描述每系列有兩個燃燒器119，而尚有許多系列存在。此有形火焰點燃程序持續於所有其他位於燃燒室100內之燃燒器110中。此時，燃燒程序係以常規燃燒模式存在，且具有由碳裂解所產生的有形火焰134。有形火焰134內之溫度可達到約3800℉，而造成高量NO_x 排放，典型而言約50至60 ppm。在燃燒過程中，當溫度一旦達到超過2200℉時，NO_x 之排放開始形成。

參照圖4，一旦燃燒室100於常規燃燒模式下操作，煙道氣135離開排氣管120並行經貴金屬篩180。此貴金屬篩180係由任何貴金屬，如金、銀、鉑、鈀、鉭、銠、釕、錸、鋨或銥所製成。貴金屬合金亦可為製作貴金屬篩180合適的材料。貴金屬篩180係用以減少NO_x 之排放。含有NO_x 排放之煙道氣135然後進入對流區182中，其中來自於煙道氣135的熱能以對流方式轉移至熱交換冷卻旋管183中。旁通氣閘184係當系統處於關閉模式下，用以控制熱空氣142在離開空氣預熱器190時的溫度(因此為無焰燃燒所需的摻合溫度)。煙道氣135然後進入煙囪186中。當常規燃燒為100%時，煙囪氣閘188係100%開啟。因此，煙道氣135不會流進空氣預熱器190中，環境空氣127亦不會流進空氣預熱器190中。

在本發明中，燃燒程序可能轉換成無焰燃燒(圖2b)使得NO_x 排放顯著地減少，典型而言約5至8 ppm。一旦系統被指示從常規燃燒轉換成無焰燃燒，如圖2b所示，系統將需要經歷一系列經由電腦程式控制的自動化步驟。在參照圖4之較佳具體實例中，從常規燃燒至無焰燃燒再返回常規燃燒的轉換程序自動地執行，其係使用電腦程式控制環境空氣供給閥150、煙囪氣閘188、強制通風扇氣閘192和誘導通風扇氣閘196。當自動化系統可在手動模式下操作時，與本發明有關之一種顯著性改善為完全自動化控制和監測。

從常規燃燒至無焰燃燒的轉換程序必須逐漸進行，以使合適的摻合溫度可以維持以利無焰燃燒之促成與繼續。在將熱空氣142藉由熱空氣注射噴嘴128導入燃燒室100前，熱空氣142必須先被加熱至可使惰化熱空氣140(圖2b)與惰化燃料氣130(圖2b)之摻合溫度範圍介於約1000℉至1400℉的溫度。在較佳的具體實例中，熱空氣142之溫度約為850℉或更高，煙道氣135之溫度約為1650℉，而燃料氣138之溫度則約介於60℉至120℉之間。在本發明中，個別氣體的溫度並非關鍵的，然而，惰化燃料氣130(圖2b)與惰化熱空氣140(圖2b)之摻合溫度為最關鍵性的。

最初，環境空氣供給閥150與煙囪氣閘188皆為100%開啟，同時強制通風扇氣閘192與誘導通風扇氣閘196則為100%關閉，但強制通風扇194與誘導通風扇198則為運轉狀態。第一步驟為將環境空氣供給閥150與煙囪氣閘188關閉10%並且將強制通風扇氣閘192與誘導通風扇氣閘196開啟10%。此步驟將使常規燃燒得以持續於90%下，而促成無焰燃燒於10%下。環境空氣127以90%質量流率通過環境空氣供給閥150並經由環境空氣注射噴嘴126(圖2a)而進入燃燒室100中。同時，環境空氣127則以10%質量流率通過強制通風扇氣閘192並藉由強制通風扇194使其經由空氣預熱器190泵出。空氣預熱器創造850℉或更高溫之熱空氣142，其然後經由熱空氣注射噴嘴128進入燃燒室100中。煙道氣135經由排氣管120離開燃燒室100。煙道氣135然後通過貴金屬篩180並經過對流區182。煙道氣135然後進入煙囪186，其中90%往上從煙囪186離開系統，而10%則藉由誘導通風扇198再循環經過空氣預熱器190與誘導通風扇氣閘196。誘導通風扇198將此氣體抽回煙囪186並使其離開系統。空氣預熱器190使用此氣體以加熱環境空氣127以製造熱空氣142。

一旦電腦程式偵測到溫度變為穩定，則電腦程式進一步使環境空氣供給閥150和煙囪氣閘188再縮緊10%並使強制通風扇氣閘192和誘導通風扇氣閘196再開啟10%，因而造成環境空氣供給閥150和煙囪氣閘188變為80%開啟且強制通風扇氣閘192和誘導通風扇氣閘196變為20%開啟。此程序持續直到環境空氣供給閥150和煙囪氣閘188變為100%關閉且強制通風扇氣閘192和誘導通風扇氣閘196開啟至適當的設定情況下以維持通風和O₂ 層級。此時，燃燒室100，如圖2b所示，係操作於100%之無焰燃燒下而製造出約5至8 ppm之NO_x 排放，此NO_x 排放之後通過貴金屬篩180，因而減少NO_x 排放至約3至5 ppm。然而，熟習本項技術者將瞭解的是，雖然較佳的具體實例描述此逐步轉變係以10%增加量進行，百分比增加量可在不偏離本發明之範疇及精神下增加或減少。

當燃燒室之操作需要從無焰燃燒切換回常規燃燒時，此切換程序非常快速且不需將開啟的閥以逐步百分比增加量之方式關閉。可能需要此切換程序的一個理由為熱空氣142停止流進熱空氣注射噴嘴128中，其可能因電力喪失、風扇關閉等而造成。此切換程序為快速的，因為本具體實例需要使空氣從燃燒器119移至熱空氣注射噴嘴128以轉換成無焰燃燒，且返回燃燒器119以轉換回常規燃燒。在本發明中，空氣移動而非燃料氣138移動，其在燃燒沒有失敗且不需要重新啟動加熱器之情況下，使調回程序較為安全而確實。一旦環境空氣127再度進入環境空氣注射噴嘴126時，常規燃燒立刻啟動。因此，環境空氣供給閥150和煙囪氣閘188係設定為故障開啟。

雖然本發明已顯示並描述了某些較佳的具體實例或具體實例，明顯的是，在閱讀及瞭解此說明書和所附圖式後，其他熟習本項技術者將可想到與此相等的改進和修飾。特別考量前述元件(套件、裝置、電路等)所執行的各式功能，即使在結構上不等同於所揭示實行於此處所說明之本發明示範性具體實例中之功能的結構，除非他處提及，否則用以描述此類元件之術語(包括“裝置”之一種參照)意指對應於任何執行所描述元件之特定功能的元件(亦即，功能上為等效)。此外，儘管已經揭示本發明之特徵是與許多具體實例中之一個有關，這類特徵可能與一或多種其他具體實例之其他可能的特徵合併。

雖然已由參照特定具體實例而說明本發明，這些說明並不意欲構成限制意義。所揭示的具體實例之各式修飾以及本發明可供選擇之具體實例對於熟習本項技術者而言，在參照本發明之說明後將變為明顯。熟習本項技術者應瞭解的是，所揭示的概念與特定具體實例可輕易地用以作為修飾或設計其他結構以實行與本發明相同用途的根據，熟習本項技術者亦應瞭解的是，如所附之申請專利範圍中所說明者，此相等的建構並未遠離本發明之精神及範疇。因此，可預期的是，申請專利範圍將涵蓋本發明之確實範疇中任何此類修飾或具體實例。

22．．．橢圓燃燒室

23．．．先前技術之裝置

26．．．燃料氣源

27．．．啟動燃燒器

28．．．空氣入口

30．．．邊界

32．．．裝置的內橢圓表面

41．．．空氣源

42．．．燃料氣

44．．．煙道氣

45．．．可燃性空氣

49．．．煙道氣排出設備

100．．．燃燒室

110．．．燃燒室的頂部

112．．．燃燒室的底部

114．．．燃燒室的內側表面形體

119．．．燃燒器

120．．．排氣管

121．．．燃料氣源

122．．．燃料氣噴嘴

124．．．文托利管

126．．．環境空氣注射噴嘴

127．．．環境空氣

128．．．熱空氣注射噴嘴

130．．．惰化燃料氣

134．．．火焰

135．．．煙道氣

136．．．引火氣源

137．．．引火氣噴嘴

138．．．燃料氣

139．．．引火氣

140．．．惰化熱空氣

142．．．熱空氣

144．．．無焰燃燒邊界區

150．．．環境空氣供給閥

160．．．混合器葉片

170．．．托臂

180．．．貴金屬篩

182．．．對流區

183．．．熱交換冷卻旋管

184．．．旁通氣閘

186．．．煙囪

188．．．煙囪氣閘

190．．．空氣預熱器

192．．．強制通風扇氣閘

194．．．強制通風扇

196．．．誘導通風扇氣閘

198．．．誘導通風扇

當連同閱讀所附圖式時，將可對於前述摘要以及以下本發明較佳具體實例之詳細說明有較佳的理解。然而，應瞭解的是，本發明並不限定於此處所顯示之確切配置與工具。圖式中之元件並不必要照比例，相反地係強調其清楚地說明本發明的原理。再者，在圖式中，諸如參照數字係代表遍及許多圖中之相對應部份。

本發明可能採用某個部份與各部份配置的實物型態。現今參照以上說明連同所附之圖式，可對於本發明以及其益處有更完整的瞭解，其中：圖1描述先前技術之無焰燃燒室；圖2a描述在根據本發明一具體實例的常規燃燒過程中燃燒室的側視圖；圖2b描述在根據本發明一具體實例的無焰燃燒過程中燃燒室的側視圖；圖3描述燃燒室的俯視圖，其說明了根據本發明一具體實例之排氣管、燃料氣噴嘴、文托利管和環境空氣注射噴嘴之特寫圖；圖4描述顯示了根據本發明一具體實例之各式元件佈置之無焰燃燒系統的示意圖；圖5描述顯示了根據本發明一具體實例之可選擇性混合葉片之熱空氣注射噴嘴的前視圖；以及圖6描述根據本發明一具體實例之燃燒室的側視圖。

100．．．燃燒室

119．．．燃燒器

120．．．排氣管

121．．．燃料氣源

122．．．燃料氣噴嘴

124．．．文托利管

126．．．環境空氣注射噴嘴

127．．．環境空氣

130．．．惰化燃料氣

134．．．火焰

135．．．煙道氣

136．．．引火氣源

137．．．引火氣噴嘴

139．．．引火氣

150．．．環境空氣供給閥

Claims (48)

1. 一種在由內表面所界定之燃燒室內促成並維持無焰燃燒的方法，該方法包括以下步驟：在通常與該燃燒室內表面平行之第一空氣通道附近，藉由朝向通常與其所連接的該燃燒室內表面平行方向的第一空氣注射噴嘴，以大體上呈圓錐狀分散模式將空氣直接導入該燃燒室中；在該燃燒室內提供來自排氣管的煙道氣；在通常與燃燒室內表面平行之第一燃料氣通道附近，藉由設置於該排氣管內且朝向通常與其所連接的該燃燒室內表面平行方向的第一燃料氣噴嘴，以大體上呈圓錐狀分散模式將燃料氣導入該燃燒室中；以煙道氣使燃料氣惰化，其係使用設置於該排氣管內且與該第一空氣注射噴嘴連通的文托利管，以接收來自該排氣管之煙道氣和來自該燃料氣噴嘴之燃料氣及經由該第一空氣注射噴嘴提供煙道氣與燃料氣及進入該燃燒室中；以煙道氣使來自該第一注射噴嘴的空氣惰化；其中在惰化燃料氣與惰化空氣擴散之前，燃料氣與空氣被煙道氣分別地惰化，以及持續地將空氣和燃料氣分別導入以使惰化空氣和惰化燃料氣之大體上呈圓錐狀分散體在無焰燃燒邊界區域內以相對於該燃燒室內表面相互擴散成為分子複合體，並且達到或超過該分子複合體的自燃溫度且藉此促成無焰燃燒。
2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該分子複合體具有一摻合溫度，其中該摻合溫度係在自1000℉至1400℉之範圍內。
3. 根據申請專利範圍第2項的方法，其進一步包括將該分子複合體之摻合溫度通常維持介於1000℉至1400℉之間同時提供一種排出設備之步驟，藉由該排出設備，燃燒室內壓可因導入燃料氣和空氣到燃燒室中而平衡。
4. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中該排出設備為排氣管。
5. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該內表面為凸面形、凹面形、筆直形或其組合形。
6. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該空氣係預熱至通常為850℉或更高之溫度範圍。
7. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該燃料氣係選自於燃料氣、H₂ 、CO、CH₄ 、C₂ H₆ 、C₂ H₄ 、C₃ H₈ 、C₃ H₆ 、C₄ H₁₀ 、C₄ H₈ 、C₅ H₁₂ 及C₆ H₁₄ 。
8. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中藉由將摻合溫度維持介於1000℉至1400℉之間以維持無焰燃燒的步驟進一步包括根據經軟體控制之溫度感測設備以控制燃料氣的導入。
9. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中藉由將摻合溫度維持介於1000℉至1400℉之間以維持無焰燃燒的步驟進一步包括根據經軟體控制之溫度感測設備以控制空氣的導入。
10. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中藉由將摻合溫度維持介於1000℉至1400℉之間以維持無焰燃燒的步驟產生範圍介於5至8ppm之一定量的NO_x 排放。
11. 根據申請專利範圍第10項的方法，其進一步包括在該排出裝置下游處提供一貴金屬篩以進一步使NO_x 之排放量降低至約3ppm之步驟。
12. 根據申請專利範圍第11項的方法，其中該貴金屬篩係由一選自於由金、銀、鉑、鈀、鉭、銠、釕、錸、鋨及銥所組成的群組中之貴金屬所製成。
13. 根據申請專利範圍第11項的方法，其中該貴金屬篩係由一貴金屬合金所製成。
14. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中惰化空氣和惰化燃料氣之大體上呈圓錐形分散體係在通常為平行的第一空氣通道和第一燃料氣通道之間互相擴散至對方中。
15. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中以煙道氣使空氣惰化係藉由在第一空氣注射噴嘴上安裝混合器葉片而促成。
16. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中在燃燒室內提供煙道氣的步驟係經由導入由外部產生的煙道氣至燃燒室中而實行。
17. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中在燃燒室內提供煙道氣的步驟係藉由在燃燒室內部製造煙道氣而實行。
18. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括提 供一第二空氣注射噴嘴，其係設置以在通常與燃燒室內表面平行之一第二空氣通道附近，以大體上呈圓錐形分散模式將空氣導入。
19. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括提供一位在第一空氣注射噴嘴下游處之第二空氣注射噴嘴，其係設置以在通常與燃燒室內表面平行之一第二空氣通道附近，以大體上呈圓錐形分散模式將空氣導入。
20. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括提供一第二燃料氣噴嘴(tip)，其係設置以在通常與燃燒室內表面平行之一第二燃料氣通道附近，以大體上呈圓錐形分散模式將燃料氣導入。
21. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括提供一位在第一燃料氣噴嘴下游處之第二燃料氣噴嘴，其係設置以在通常與燃燒室內表面平行之一第二燃料氣通道附近，以大體上呈圓錐形分散模式將燃料氣導入。
22. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括將第一空氣注入噴嘴自第一燃料氣噴嘴下游處隔開。
23. 一種在一燃燒室內自常規燃燒轉換為無焰燃燒的方法，其包括以下步驟：提供一具有一內表面的燃燒器及一設置在該內表面上之熱空氣注射噴嘴以將熱空氣注射至燃燒室中；提供一設置在燃燒室內表面上之燃燒器，其包括：一位於一排氣管內之燃料氣噴嘴，其係設置在燃燒室之內表面上； 一設置於該內表面上之環境空氣注射噴嘴以將環境空氣注射至燃燒室中；一設置於該排氣管內且與該環境空氣注射噴嘴連通以接收來自排氣管之煙道氣和來自燃料氣噴嘴之燃料氣的文托利管，及提供煙道氣和燃料氣經由環境空氣注射噴嘴進入燃燒室中；以及一設置於文托利管下游處之內表面上之引火氣噴嘴；藉由環境空氣注射噴嘴將環境空氣導入燃燒室中；在燃燒室內提供煙道氣；藉由燃料氣噴嘴將燃料氣導入；以煙道氣使燃料氣惰化；引燃引火氣噴嘴以啟動常規燃燒；使經由環境空氣注射噴嘴之環境空氣流減少，同時藉由熱空氣注射噴嘴將熱空氣導入燃燒室中，其中環境空氣流的減少量實質上等於熱空氣流的增加量；以煙道氣使熱空氣惰化；消除環境空氣流；以及持續將燃料氣和熱空氣導入以使惰化熱空氣和惰化燃料氣擴散成為一分子複合體且達到或超過該分子複合體之自燃溫度以促成無焰燃燒。
24. 根據申請專利範圍第23項的方法，其中該分子複合體具有一範圍自1000℉至1400℉之摻合溫度。
25. 一種用於促成並維持無焰燃燒的裝置，其包括：一具有一內表面之燃燒室； 一位於內表面上之第一排氣管；一設置於燃燒室內表面上之燃燒器，其包括：一設置以將環境空氣注射入燃燒室之環境空氣注射噴嘴；一設置以自燃料氣噴嘴接收燃料氣之文托利管；一設置於文托利管下游處以選擇性地點燃該文托利管下游處之一環境空氣和燃料氣之混合物的第一引火氣噴嘴；以及一設置於該內側表面上且設置以將熱空氣以高於該環境空氣的溫度注射入該燃燒室之第一熱空氣注射噴嘴。
26. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該第一熱空氣注射噴嘴係位於第一燃料氣噴嘴之下游處。
27. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其進一步包括一設置於該內表面上之第二排氣管。
28. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該第一文托利管係設置於第一排氣管內且與第一環境空氣噴嘴連通。
29. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該第一引火氣噴嘴係位於第一環境空氣注射噴嘴下游處。
30. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其進一步包括一設置於該內表面上之第二燃燒器。
31. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其進一步包括一設置於該內表面上之第二熱空氣注射噴嘴。
32. 根據申請專利範圍第31項的裝置，其中該第一熱空氣注射噴嘴和該第二熱空氣注射噴嘴係位於第一燃料氣噴 嘴之下游處。
33. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該內表面為凸面形、凹面形、筆直形、或一種其組合形。
34. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其進一步包括一位於第一空氣注射噴嘴上之混合器葉片。
35. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其進一步包括一位於第一排氣管下游處之貴金屬篩。
36. 根據申請專利範圍第35項的裝置，其中該貴金屬篩係由一選自於由金、銀、鉑、鈀、鉭、銠、釕、錸、鋨及銥所組成的群組中之貴金屬所製成。
37. 根據申請專利範圍第35項的裝置，其中該貴金屬篩係由一貴金屬合金所製成。
38. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該燃燒室進一步包括一第一熱交換冷卻旋管。
39. 根據申請專利範圍第25項的裝置，其中該燃燒室之內表面係由一托臂將其分隔成一第一層和一第二層。
40. 根據申請專利範圍第39項的裝置，其中該第一層包括第一燃燒器和第一熱空氣注射噴嘴，而該第二層包括一第一燃燒器和一第一熱空氣注射噴嘴。
41. 根據申請專利範圍第39項的裝置，其中在第一層中之空氣、燃料氣和煙道氣朝一第一方向行進，而空氣、燃料氣和煙道氣在第二層中朝一相反的第二方向行進。
42. 一種在根據申請專利範圍第25至41項中任一項的裝置之燃燒室內促成並維持無焰燃燒的系統，其包括： 一燃燒室，其中環境空氣、熱空氣和燃料氣進入該燃燒室，而煙道氣則離開該燃燒室；一位於該燃燒室下游處之對流區，其係使用來自於燃燒室出口處之煙道氣以加熱一熱交換冷卻旋管；一位於該對流區下游處且具有一煙囪氣閘之煙囪，其在煙囪氣閘開啟時能行自然通風操作，而在煙囪氣閘關閉時能進行空氣預熱操作；一位於該燃燒室上游處之空氣預熱器，其係用於將環境空氣轉化成熱空氣；一具有一強制通風扇氣閘之強制通風扇，其係位於該空氣預熱器之上游處且其係藉由空氣預熱器以提供熱空氣至燃燒室中；及一具有一誘導通風扇氣閘之誘導通風扇，其係位於該空氣預熱器下游處且在煙道氣側之煙囪上游處，其係用以誘導煙道氣行經空氣預熱器並輸送煙道氣至煙囪中。
43. 根據申請專利範圍第42項的系統，其中離開燃燒室之煙道氣具有範圍介於5至8ppm之一定量NO_x 排放。
44. 根據申請專利範圍第42項的系統，其進一步包括一位於燃燒室下游處且在對流區上游處之貴金屬篩，用以進一步減少NO_x 之排放量至約3ppm。
45. 根據申請專利範圍第44項的系統，其中該貴金屬篩係由一選自於由金、銀、鉑、鈀、鉭、銠、釕、錸、鋨及銥所組成的群組中之貴金屬所製成。
46. 根據申請專利範圍第44項的系統，其中該貴金屬篩 係由一貴金屬合金所製成。
47. 根據申請專利範圍第44項的系統，其中環境空氣供給、煙囪氣閘、強制通風扇氣閘和誘導通風扇氣閘係藉由一電腦程式進行自動控制。
48. 根據申請專利範圍第44項的系統，其中環境空氣供給、煙囪氣閘、強制通風扇氣閘和誘導通風扇氣閘係由手動控制。