專利名稱：用于沒有催化劑或高溫氧化劑的無火焰燃燒的系統(tǒng)、設備和方法
用于沒有催化劑或高溫氧化劑的無火焰燃燒的系統(tǒng)、設備和方法 相關申請的交叉引用
本申請要求2006年1月5日遞交的美國專利申請No.ll/325，979的優(yōu)先權。
聯(lián)邦贊助研究/開發(fā)聲明 不可申請。
聯(lián)合研究協(xié)議人員名字 不可申請
次序列表參考 不可申請
背景技術：
本發(fā)明一般涉及一種自燃系統(tǒng)、設備和方法。更具體地，本發(fā)明披露一 種系統(tǒng)、設備和方法，從而在無催化劑或高溫氧化劑的情況下在任何形狀的 燃燒室中可促成和維持無火焰燃燒。本發(fā)明可用于各種應用，包括但不限于 加熱建筑物、住宅鍋爐、商用鍋爐、工業(yè)鍋爐、用于分餾或催化反應的供熱 和任何需要加熱過程的情況。
常規(guī)的爐子和工業(yè)加熱器在足夠高的火焰溫度下運行，大約3800。F,這 造成產生大量的氧化氮，有時被稱為NOx。現(xiàn)有技術的熱燃燒系統(tǒng)通常通過 燃料和空氣接觸、產生邊界層、用能點燃該混合物以使得其持續(xù)燃燒的點火 源來操作?？諝飧缓鹾偷肿樱剂细缓瑲浜吞挤肿?。在邊界層處，這 些分子全部隨機地運動。 一旦邊界層中的溫度達到自燃溫度或存在點火源的 輔助，則發(fā)生燃燒。在燃燒過程中，氫分子結合氧分子以形成水并釋放能量。 此外，碳分子與氧分子結合以形成二氧化碳并釋放能量。 一旦燃燒發(fā)生，則 邊界層中的火焰溫度高達約3800。F,因為這些分子在該空間中緊密地堆積，
且每體積氣體都釋放很高的能量。在溫度升高處由于碳裂化(crack)而產生 可見的火焰。對于傳統(tǒng)燃燒該3800。F高的火焰溫度是固有的，并造成NOx 形成物的增加。在高于約2200。F的溫度的燃燒過程中產生NOx排放。不幸 的是，現(xiàn)有技術的熱燃燒系統(tǒng)形成大量的NOx排放，通常在50至60ppm的 范圍內。由此，工業(yè)上存在燃燒過程中減少NOx形成物的需要，這是本發(fā) 明的一個目的。
在現(xiàn)有技術中工業(yè)加熱器已經廣為人知且已存在。本領域技術人員也知 曉并參與了無火焰燃燒的科學實踐。為了在燃燒過程中減少NOx的形成物 可以使用無火焰燃燒，因為在低于2200°F的溫度下發(fā)生燃燒。在關于無火 焰燃燒的現(xiàn)有技術中，2004年9月28日頒發(fā)給Gibson等的美國專利No. 6,796,789教導了在大致卵形加熱器中結合無火焰燃燒，以有助于在加熱器的 輻射部分中增加高溫煙道氣、燃料氣體和空氣的循環(huán)速率，從而實現(xiàn)和維持 無火焰燃燒。
因為該發(fā)明取決于經由離心原理來控制氣流和燃料流的混合，因而該現(xiàn) 有技術受限于需要大致卵形的燃燒室，且還受限于煙道氣必須在卵形殼罩內 才可能實現(xiàn)的高循環(huán)速率下循環(huán)?，F(xiàn)有技術教導了空氣、燃料氣體和煙道氣 位于沿燃燒室壁的非常狹窄的邊界，其中煙道氣位于燃料氣體的頂部上，燃
料氣體位于氣流的頂部上。煙道氣與燃料氣體混合，形成惰性燃料氣體，該 惰性燃料氣體隨后根據(jù)離心原理與空氣混合。因為這些氣體每一種都位于彼 此的上方，所以在大致卵形燃燒室中靠近燃燒室的彎曲區(qū)域產生熱點(hot spot)。這些熱點可以將該區(qū)域中的溫度提升至2200。F，由此增加所形成的 NOx排放量。
但是，在本發(fā)明之前，所缺乏的以及工業(yè)上長久尋求的是能沿任何表面 形狀促成和維持無火焰燃燒的燃燒室，無論該表面是凸起的、凹入的、平直 的或這些表面形狀的任何組合。此外，工業(yè)上還尋求煙道氣源的靈活性，無 論它是外部的或內部的。最后，工業(yè)上還想讓無火焰燃燒室能以最小的NOx 排放量來執(zhí)行燃燒，這可以以更好、更均勻的氣體混合來實現(xiàn)。通過首先讓 空氣和燃料氣體惰性化并隨后允許彼此并排放置的這兩種氣體擴散到彼此 而用本發(fā)明來實現(xiàn)這種均勻的混合，由此消除熱點的產生以及在燃燒室中降 低NOx形成物。
本發(fā)明能使用無火焰燃燒室，該燃燒室具有的內表面形狀為凸起的、凹
入的、平直的或這些表面形狀的任何組合，因為它使用由附壁效應(Coanda Effect)所教導的原理。由附壁效應教導的原理還允許本發(fā)明利用一種更有 效的混合氣體的方法，以使得沿燃燒室的內壁表面不形成熱點。
附壁效應已經在1930年由羅馬尼亞空氣動力學家Henri-marie Coanda 發(fā)現(xiàn)。附壁效應或壁附著效應是運動流體(液體或氣體)將其自身貼附于一 表面并沿該表面流動的趨勢。由于流體流過表面，在流體和該表面之間發(fā)生 一定量的摩擦(稱為"表面摩擦")，從而傾向于使運動流體變慢。這種對流 體流動的阻力將流體朝向表面拉動，使得其粘在表面上。由此，如果表面的 彎曲或表面的角度與流體流接觸的地方不是很尖銳，則從噴嘴噴出的流體趨 于遵循附近的彎曲表面，甚至遵循角部附近的彎曲點。例如，當使勺子背面 接觸從水龍頭自由流出的水流時可以看到起作用的附壁效應。在該例子中， 水流將從垂直面偏斜以流過勺子的背面。由此，附壁效應允許氣體、惰性燃 料和惰性空氣貼附到燃燒室的內表面壁上，以比現(xiàn)有技術更均勻地混合或擴 散，因為氣體會彼此并排地混合，而不是從彼此的頂部上混合。因此，當并 排混合時，不會有離心力作用在混合物上而導致沿燃燒室內表面壁形成熱 點。
因此，本發(fā)明的目的是披露和要求保護一種在不使用催化劑或高溫氧化 劑的情況下的無火焰燃燒系統(tǒng)、設備和方法。
本發(fā)明的又一目的是披露和要求保護一種系統(tǒng)、設備和方法，以用空氣 或其他類似的惰性氧化劑在約1000。F至約1400。F之間的混合溫度下實現(xiàn)無 火焰燃燒，優(yōu)選的溫度大約為1250°F。
本發(fā)明的再一目的是披露和要求保護一種系統(tǒng)、設備和方法，以在不需 要催化劑或火焰保持劑的情況下實現(xiàn)無火焰燃燒。
本發(fā)明的再一 目的是披露和要求保護一種整合的加熱器/燃燒器 (burner )設備。如本文使用的，術語"加熱器"定義為"一種耐高溫襯里殼罩， 包括傳熱冷卻線圈"，且術語"燃燒器"定義為"用于燃料氣體、空氣和煙道氣
的測定裝置"。
本發(fā)明的再一目的是披露和要求保護一種系統(tǒng)、設備和方法，用于在惰 性空氣和惰性燃料氣體混合之前使空氣和燃料氣體惰性化，以形成燃燒。
本發(fā)明的再一目的是披露和要求保護一種具有燃燒室的設備，該燃燒室 能具有為凸起的、凹入的、平直的或它們的任何組合的內表面壁形狀，并且
通過控制惰性空氣和惰性燃料氣體之間擴散的速度來實現(xiàn)無火焰燃燒。 本發(fā)明的再一目的是消除與現(xiàn)有技術的燃燒室相關的冷點和熱點。 本發(fā)明的再一目的是介紹一種系統(tǒng)、擴散和方法，由此可以促成非常均
勻且較冷的燃燒，由此產生測量為約3至5ppm的低NOx排放。
本發(fā)明的再一目的是提供在非常均勻且被控溫度下的完全燃燒，消除 CO排放。
本發(fā)明的再一目的是增加輻射效率，以減少燃料消耗，由此這減少C02 排放和溫室氣體排放。
本發(fā)明的再一目的是在氣體排氣管道上使用貴金屬篩網，以進一步減少 NOx排放。
本領域技術人員應理解，要求保護的主題作為一個整體，包括設備的結 構、設備元件的相互協(xié)作、組合，以產生本發(fā)明的不可預料的優(yōu)點和效果。 對本領域技術人員來說，本發(fā)明的優(yōu)點和目的以及這種無火焰燃燒系統(tǒng)、設 備和方法的特點在結合所附說明、附圖和所附權利要求閱讀時將更加明顯。

發(fā)明內容
一種方法，用于在整合的加熱器/燃燒器設備的燃燒室中促成和維持無火 焰燃燒，包括步驟(a)提供具有內側表面形狀的燃燒室，該燃燒室與至少 一個熱空氣噴射噴嘴連通，該至少一個熱空氣噴射噴嘴進一步與在燃燒室外 部的熱空氣源連通；(b)提供至少一個燃料氣體端，該至少一個燃料氣體端 引入燃料氣體，該燃料氣體與燃料氣體源和燃燒室連通；(c)經由至少一個 熱空氣噴射噴嘴將熱空氣引入到燃燒室中；(d)在燃燒室中提供煙道氣； (e)將燃料氣體引入燃燒室；(f)用煙道氣惰性化燃料氣體；(g)用煙道氣 惰性化熱空氣；和(h)將惰性化的燃料氣體與惰性化的熱空氣一起擴散到 分子混合物中，其中該分子混合物具有一混合溫度，該混合溫度在1000。F 至1400。F的范圍內。
一種方法，用于在整合的加熱器/燃燒器設備的燃燒室中將常規(guī)燃燒轉換 成無火焰燃燒，包括步驟(a)提供具有內側表面形狀的燃燒室，其與至少 一個熱空氣噴射噴嘴連通，該至少一個熱空氣噴射噴嘴進一步與在燃燒室外 部的熱空氣源連通；(b)提供至少一個位于燃燒室的內側表面形狀上的燃燒 器，包括(i)用于在常規(guī)燃燒模式下將環(huán)境空氣供應到燃燒室中的環(huán)境空氣
噴射噴嘴，該環(huán)境空氣噴射噴嘴與內側表面形狀連通，該環(huán)境空氣噴射噴嘴 進一步與在燃燒室外部的環(huán)境空氣供應閥連通；(ii )與內側表面形狀連通的
排氣管道，通過該排氣管道燃燒室的內部壓力可被均衡；(iii)與排氣管道 連通的并進一步與環(huán)境空氣噴射噴嘴連通的文氏管(venturi)，其中該文氏 管行進穿過環(huán)境空氣噴射噴嘴的內部；(iv)在排氣管道內的燃料氣體端，該 燃料氣體端與燃料氣體源和文氏管的入口連通；(v)與導引(pilot)氣體源 和環(huán)境空氣噴射噴嘴的出口連通的導引氣體端；(c)經由環(huán)境空氣噴射噴嘴 將環(huán)境空氣引入到燃燒室；(d)在燃燒室內提供煙道氣；(e)計量燃料氣體 并經由燃料氣體端輸送燃料氣體到燃燒室；(f)使燃料氣體惰性化；(g)在 至少一個燃燒器上點燃火焰以啟動常規(guī)燃燒；(h)擰小環(huán)境空氣供應閥，以 減小通過至少一個環(huán)境空氣噴射噴嘴的環(huán)境空氣流量，同時將熱空氣引入到 至少 一個熱空氣噴射噴嘴，其中環(huán)境空氣流量的減少大致等于熱空氣流量的 增加；(i)用煙道氣惰性化熱空氣；(j)進一步擰小環(huán)境空氣供應閥直到環(huán) 境空氣供應閥完全關閉，導致燃燒室在100%無火焰燃燒沖莫式下運行；和(k) 繼續(xù)計量惰性燃料氣體、惰性熱空氣和煙道氣，以使得惰性熱空氣和惰性燃 料氣體擴散到分子混合物中，并達到或超過該分子混合物的自燃溫度，其中 惰性熱空氣和惰性燃料氣體具有混合溫度，其中該混合溫度在1000。F至 1400。F的范圍。該混合溫度范圍維持無火焰燃燒。
一種用于促成和維持無火焰燃燒的整合工業(yè)加熱器/燃燒器，包括(a) 具有頂側、底側和內側表面形狀的燃燒室；(b)至少一個位于燃燒室的內側 表面形狀上的燃燒器，包括(i)環(huán)境空氣噴射噴嘴，用于在常規(guī)燃燒模式下 將環(huán)境空氣供應到燃燒室，該環(huán)境空氣噴射噴嘴與內側表面形狀連通；(ii) 與內側表面形狀連通的排氣管道；(iii)與排氣管道連通并進一步與環(huán)境空 氣噴射噴嘴連通的文氏管；(iv)在排氣管道中的燃料氣體端；(v)位于燃燒 室的內側表面形狀上的導引氣體端，和(c)至少一個熱空氣噴射噴嘴，用 于在無火焰燃燒模式下將熱空氣供應到燃燒室中，該至少一個熱空氣噴射噴 嘴與內側表面形狀連通，該至少一個熱空氣噴射噴嘴進一步與在燃燒室外部 的空氣預熱器連通。
一種系統(tǒng)，用于在整合的加熱器/燃燒器設備的燃燒室中促成和維持無火 焰燃燒，包括(a)燃燒室，用于促成和維持常規(guī)燃燒或無火焰燃燒，其中 環(huán)境空氣、熱空氣和燃料氣體進入燃燒室，且具有一定量的N0x排放的煙
道氣排出燃燒室；(b)位于燃燒室下游的對流部分，用于使用來自燃燒室的 出口的高溫煙道氣對流地加熱至少一個傳熱冷卻線圈；(c)具有煙道調節(jié)風 門(stack damper)的煙道(stack),位于對流部分的下游，用于在煙道調節(jié) 風門打開時自然通風(draft)操作以及在煙道調節(jié)風門關閉時空氣預加熱操 作；(d)位于燃燒室上游的空氣預熱器，用于將環(huán)境空氣轉換為熱空氣以供 燃燒室使用；(e)具有強制通風風扇調節(jié)風門的強制通風風扇，其位于空氣 預熱器的上游，用于將熱空氣經由空氣預熱器供應到燃燒室；和(f)具有 引風機調節(jié)風門的引風機，其位于空氣預熱器的上游和在煙道氣側的煙道的 上游，用于通過空氣預熱器來引導熱煙道氣并將較冷的煙道氣輸送到煙道。 以上已經廣泛地概述本發(fā)明的較重要的特征，以更好地理解后文的詳細 描述，以及更好地理解本發(fā)明對本領域作出的貢獻。本領域技術人員應理解，
法、和系統(tǒng)的基礎。因此，權利要求在等效結構不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內的程度上包括這些等效結構。此外，與本公開內容相關的摘要不用于限定 由權利要求限定的本發(fā)明，也不用于以任何方式限定本發(fā)明的范圍。
這些目的與本發(fā)明的其他目的一起以及構成本發(fā)明新穎性的各種功能 特征在所附權利要求中被特別地指出，并形成本公開內容的一部分。為了更 好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點和通過使用本發(fā)明獲得的具體目的，應參考所 附附圖和描述性的內容，其中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
應理解，本發(fā)明的任何一個特征可以分開使用或與其他特征相結合。應 理解，沒有被本文提到的特征可用于與本文提到的一個或多個特征相結合。 本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點在閱讀附圖和詳細描述后對本領域技 術人員來說將更加明顯。意圖是讓所有這種另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點 都被所附權利要求保護。
本發(fā)明的這些以及其他目的、特征和優(yōu)點在結合以下的本發(fā)明優(yōu)選實施 例的詳細描述時更加明顯，所作描述與以下所附附圖相結合。


前述發(fā)明內容和以下本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述在結合所附附圖 閱讀時將更加容易理解。但是，應理解本發(fā)明并不限于本文所示的具體結構 和裝置。在附圖中的部件必不按比例，重點是放在清楚地顯示本發(fā)明的原理
方面。而且，在附圖中，相似附圖標記指代多個^L圖中相對應的部件。
本發(fā)明可在某些部分和該部分的結構上采用實體形式。為了更完全地理
解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在下文的描述以結合的形式參考所附附圖，其中 圖1示出了現(xiàn)有技術的無火焰燃燒室；
圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在常規(guī)燃燒過程中燃燒室的側視
圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在無火焰燃燒過程中燃燒室的側 視圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燃燒室的俯視圖，示出了排氣管 道、燃料氣體端、文氏管和環(huán)境空氣噴射噴嘴的關閉狀態(tài)；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的無火焰燃燒系統(tǒng)的示意圖，顯示 了各種部件的布置；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱空氣噴射噴嘴的正視圖，顯示 了可選的混合葉片；和
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燃燒室的側視圖。
具體實施例方式
提出以下的說明以使本領域技術人員能夠實現(xiàn)和使用本發(fā)明。在不脫離 如所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍內，本文所述的基本原理可應用于除了 下面詳細描述的實施例之外的其他實施例和應用。本發(fā)明并不打算限制于所 示的實施例，而是覆蓋與本文所披露的原理和特征一致的最寬的范圍。
為了實現(xiàn)前述和相關目的，本發(fā)明包括后文中在權利要求中完全描述和 特別指出的特征。以下的說明以及所附附圖用于詳細描述本發(fā)明的示意性實 施例。這些實施例僅示出了可采用本發(fā)明原理的一些方法。本發(fā)明的其它目 的、優(yōu)點和新穎的特征將在結合所附附圖時從本發(fā)明的以下詳細描述中變得 顯而易見。
已經概述但非寬泛地闡述了本發(fā)明的更重要的特征，以便隨后的詳細描 述可以被更好地理解，以便本發(fā)明對本領域的貢獻能夠被更好地理解。本發(fā) 明的附加特征將在后文描述，且形成所附權利要求的主題。
在這一方面；在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，應理解本發(fā)明 并不限于在以下描述或附圖所示的具體結構和部件的布置形式。本發(fā)明能采
用其他實施例并以各種方式來實踐和執(zhí)行。還有，應理解本文所采用的措辭 和用語是為了描述目的且不應被視為是一種限制。
如此，本領域技術人員應理解基于該披露內容的構思可被容易地用作設 計用于執(zhí)行本發(fā)明的多個目的的其他結構、方法和系統(tǒng)。因此，重要的是， 權利要求應被視作是包括不脫離本發(fā)明精神和范圍的這些等效構造。
現(xiàn)有技術的圖1示出了一種無火焰燃燒室，該無火焰燃燒室?guī)в行欠派?狀傳熱管結構和燃燒空氣裝置、燃料氣體引入裝置以及煙道氣排出裝置的單
一定位。現(xiàn)有技術的設備通常用23表示。大致卵形燃燒室22的現(xiàn)有技術的 發(fā)明顯示為與空氣入口 28連通，該空氣入口 28進一步與在卵形燃燒室22 外部的空氣源41連通?？諝庠?1通常被實施為本領域技術人員熟知的吹送 裝置或自然通風(draft)裝置，使得所述吹送裝置或自然通風裝置以大致在 與加熱器內側壁成0°至40。之間的角度范圍將被加熱的空氣或未被加熱的空
角度，但是應注意，以0。至40。之間的角度引入空氣對于以足夠的立方英尺 每分鐘(CFM)的量來引入而言非常有效，以促使慣性力將惰性燃料氣體 42、煙道氣44和易燃空氣45的最初和分開的條帶維持在由線30表示的狹 窄限定的邊界中，其中所述邊界30鄰接設備23的內部卵形表面32。燃料氣 體源26進一步被設置在卵形燃燒室22中并引入燃料氣體42，使用所述燃料 氣體源26,并且當關聯(lián)于現(xiàn)有技術加熱器來使用時本領域技術人員可以得知 和實施燃料氣體42的引入。
如在現(xiàn)有技術中實施的那樣，如圖1所示，內部卵形燃燒室22首先被 位于空氣入口 28中的啟動燃燒器27加熱，以將內部卵形燃燒室22預熱到 大概在1400°F至2100。F范圍之間的運行溫度。卵形燃燒室22中的煙道氣 44由于該加熱的結果而循環(huán)流動，同時易燃空氣45以大致在0。至40°之間 的角度引入到卵形燃燒室22中。煙道氣42被輸送到卵形燃燒室22,且以形 成兩股分離條帶即易燃空氣45和惰性燃料氣體的方式與循環(huán)的煙道氣44混 合。易燃空氣45連續(xù)地被引入到卵形燃燒室22的內部，并持續(xù)促使易燃空 氣45、燃料氣體42和煙道氣44分子的進一步循環(huán)流動和擴散，直到與燃料 氣體42的被測定量的持續(xù)監(jiān)視相結合，在易燃空氣45和惰性燃料氣體的界 面處的分子組成達到或超過自燃溫度。 一旦達到自燃溫度，則現(xiàn)有技術設備 的無火焰燃燒通過軟件控制裝置或本領域技術人員熟知的手動溫度控制裝
置而得到維持，其方式是在卵形燃燒室22中在大約1400。F至2100。F之間 的運行溫度下維持所述無火焰燃燒。
圖1所示的再循環(huán)煙道氣排出裝置49提供了排出裝置，通過該排出裝 置卵形燃燒室22的內部壓力可由于有目的地引入燃料氣體42和易燃氣體45 而凈皮均ff。
圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燃燒室100的側#見圖，示出了 在常規(guī)燃燒過程期間的排氣管道120、燃料氣體端122、文氏管124、環(huán)境空 氣噴射噴嘴126和熱空氣噴射噴嘴128。圖3為燃燒室100的俯視圖，示出 了如圖2所示的排氣管道120、燃料氣體端122、文氏管124和環(huán)境空氣噴 射噴嘴126的關閉狀態(tài)。—
如圖2a所示，下文披露的本發(fā)明描述了一種執(zhí)行常規(guī)燃燒的燃燒室 100，其中存在可見的火焰134,并如有需要能夠將100%的無火焰燃燒轉換 成常規(guī)燃燒。執(zhí)行燃燒過程的目的是加熱通過傳熱冷卻線圈183 (圖4)的 流體。本發(fā)明的燃燒室100具有頂側110、底側112，并可具有內部側表面 形狀114,該形狀為凸起的、凹入的、平直的或這些表面形狀的任意組合。
參見圖2a和圖3，燃燒室IOO與環(huán)境空氣噴射噴嘴126連通，其中環(huán)境 空氣噴射噴嘴126進一步與環(huán)境空氣供應閥150連通，該閥位于燃燒室100 的外部，用于將環(huán)境空氣127供應到環(huán)境空氣噴射噴嘴126。環(huán)境空氣噴射 噴嘴126還經由與文氏管124連通而與排氣管道120連通，該文氏管從排氣 管道120的側表面行進并經過環(huán)境空氣噴射噴嘴126的內部，以使得文氏管 124的出口基本垂直地與環(huán)境空氣噴射噴嘴126的出口對準。與燃燒室100 外部的燃料氣體源121連通的燃料氣體端122被承裝在排氣管道120中。燃 料氣體端122允許燃料氣體138被吹過文氏管124并進入燃燒室100。與燃 燒室IOO外部的導引氣體源136連通的導引氣體端137定位在環(huán)境空氣噴射 噴嘴126的下游。導引氣體端137在常規(guī)燃燒火焰點火過程中使用，如圖2a 所示，其中存在可見的火焰134和較高的NOx排放。排氣管道120與燃燒 室100連通，以有助于乂人燃燒室100的內部收回懸浮在排氣管道120上方或 附近的停滯的或幾乎停滯的煙道氣135。在優(yōu)選實施例中，排氣管道通常為 18至24英寸長。本領域技術人員應理解，排氣管道120的長度可以在不脫 離本發(fā)明的范圍和精神內變得更長或更短。盡管進入排氣管道120中的一些 煙道氣135排出了燃燒室IOO,但是一部分煙道氣135與進入的燃料氣體138
混合，以形成惰性燃料氣體130,該惰性燃料隨后排出文氏管124并再次進
入燃燒室100。文氏管124在燃料氣體138和煙道氣135之間產生紊流，由 此允許這兩種氣體均勻地彼此混合，并形成惰性燃料氣體130。
以上描述的單元共同地被稱為燃燒器119。上述煙道氣135可以在常規(guī) 燃燒模式下的運行過程中在燃燒室100中產生，或者可以從渦輪排放裝置(未 示出)被供應或從能輸送合適的惰性化和溫度需求的任何其他的外部源被供 應，以形成惰性燃料氣體流130。但是，本領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選 實施例僅示出了每個系列的兩個燃燒器119且它們位于相對端，但是這些燃 燒器119并不在數(shù)量上和位置上受到限制，而是可以在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍內在數(shù)量上增加或減少以及重新定位它們的位置。
如圖2a所示，多個排氣管道120直列地定位在兩個燃燒器119之間， 一個位于燃燒室100的頂側110的附近，而另一個位于燃燒室100的底側112 附近。這些多個排氣管道120允許煙道氣135經由負壓排出燃燒室100，以 允許新的氣體進入燃燒室100。此外，兩個熱空氣噴射噴嘴128位于兩個燃 燒器119的下游，并位于燃燒室100的頂側110和燃燒室100的底側112的 中心。熱空氣噴射噴嘴128不在常規(guī)燃燒中使用，如圖2a所示。但是，本 領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選實施例示出了每系列四個附加的排氣管道 120,但是這些附加的排氣管道120在數(shù)量上或位置上并不受限，而且在不 脫離本發(fā)明的精神和范圍內可以在數(shù)量上增加或減少以及重新定位它們的 位置。本領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選實施例示出了每系列兩個熱空氣噴 射噴嘴129，但是這些熱空氣噴射噴嘴128在數(shù)量上或位置上并不受限，而 是可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內在數(shù)量上增加或減少以及重新定位 它們的位置。每個熱空氣噴射噴嘴128可沿燃燒室100的頂側110以及燃燒 室100的底側112定位，兩個燃燒器119位于燃燒室100的頂側110和燃燒 室100的底側112的中心，只要在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內能使來自熱 空氣噴射噴嘴128的惰性熱空氣140與惰性燃料氣體130混合即可。此外， 盡管已經描述了僅一個系列的燃燒器119、排氣管道120和熱空氣噴射噴嘴 128,但是圖2a示出了遍布本發(fā)明的燃燒室100的內側表面形狀114可以存 在多個具有燃燒器119n、排氣管道120n和熱空氣噴射噴嘴128n的系列，且 它們大約間隔25英尺。該距離是大約的且可根據(jù)完成燃燒過程所需的距離 來改變，且根據(jù)燃燒和傳熱應用的具體情況來改變，而無論通過常規(guī)燃燒執(zhí)
行還是通過無火焰燃燒執(zhí)行。
圖2b示出了圖2a所示的燃燒室100的側視圖，并示出了相同的排氣管 道120、燃料氣體端122、文氏管124、環(huán)境空氣噴射噴嘴126和熱空氣噴射 噴嘴128,但是處于根據(jù)本發(fā)明一個實施例的無火焰燃燒期間。
如圖2b所示并另外參考圖3，本發(fā)明的設備部件與圖2a所示的相同， 但其運行不同。圖2b示出了燃燒室100，具有頂側110和底側112,并在100 %的無火焰燃燒模式下運行。在該模式下，環(huán)境空氣供應閥150完全關閉， 以使得環(huán)境空氣127不會流過環(huán)境空氣噴射噴嘴126并進入燃燒室100。導 引氣體139在無火焰燃燒模式下可流過導引氣體端137或可以完全關閉。但 是，燃料氣體源121持續(xù)供應燃料氣體138，該燃料氣體與離開排氣管道120 的一些煙道氣135混合。文氏管124在燃料氣體138和煙道氣135之間產生 紊流，由此允許這兩種氣體均勻地彼此混合并形成惰性燃料氣體130，該惰 性燃料氣體130隨后排出文氏管124并進入燃燒室100。由此，惰性燃料氣 體130是排出燃燒器119的唯一氣體。惰性燃料氣體130排出文氏管124并 由于附壁效應貼附燃燒室IOO的內側表面形狀114。由于環(huán)境空氣供應閥150 完全關閉，熱空氣142 (圖4)通過熱空氣噴射噴嘴128供應。熱空氣142 (圖4)用從燃燒室100內部而來的煙道氣135惰性化，由此在熱空氣噴射 噴嘴128的出口形成惰性熱空氣140。在無火焰燃燒模式下使用的煙道氣135 可在常規(guī)燃燒模式下在燃燒室100中形成，或可從渦輪排放裝置(未示出) 供應，或從能輸送合適的惰性化和溫度需求的任何外部源供應，以形成惰性 燃料氣體流130。
惰性熱空氣140從熱空氣噴射噴嘴128出口流出，且還由于附壁效應貼 附燃燒室100的內側表面形狀114。惰性燃料氣體130和惰性熱空氣140對 燃燒室100內側表面形狀114的這種貼附可用附壁效應原理解釋，且允許燃 燒室100的內側表面形狀114具有凹面形狀、凸面形狀、平直形狀、或其任 何組合?；旌系臏囟葹槎栊匀剂蠚怏w130的溫度和惰性熱空氣140的溫度的 平均值，該混合溫度必須落在大約1000。F和1400°F之間，優(yōu)選的是1250。F, 由此促成在無火焰燃燒邊界區(qū)域144中的無火焰燃燒，在該邊界區(qū)域發(fā)生惰 性燃料氣體130和惰性熱空氣140的擴散。惰性燃料氣體130和惰性熱空氣 140并排流動，直到它們混合并促成無火焰燃燒。這種并排流動允許惰性熱 空氣140和惰性燃料氣體130足夠緩慢地擴散到彼此之中，以使得在燃燒過
程中不會變得太熱，但又足夠快且處于用于分子運動的足夠高的能量水平， 以使得形成無火焰燃燒。這兩種氣體的混合比氣體在彼此的上方的情況下能 更均勻地發(fā)生，由此消除熱點。盡管僅描述了一個系列的燃燒器119、排氣
管道120和熱空氣噴射噴嘴128，但是圖2示出了遍布本發(fā)明的燃燒室100 的內側表面形狀，可以存在多個這種包括燃燒器119n、排氣管道120n和熱 空氣噴射噴嘴128n的系列，且大約間隔25英尺。該距離是大約的且可以變 化，只要該距離足夠長而能完成燃燒過程即可，且取決于燃燒和傳熱應用的 具體情況。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱空氣噴射噴嘴128的正視圖， 示出了安裝在熱空氣噴射噴嘴上的可選混合器葉片160。根據(jù)圖5并另外參 考圖2,這些固定的或可旋轉的混合器葉片160有助于煙道氣135與熱空氣 142 (圖4)均勻地混合，以在熱空氣噴射噴嘴128的出口處形成惰性熱空氣 140。這些混合器葉片160有助于混合，因為它們在熱空氣142 (圖4)和煙 道氣135之間產生紊流。通過熱空氣噴射噴嘴128的空氣側壓力下降大致在 1"H20和5"H20之間。本發(fā)明能具有高的熱空氣側壓力下降和顯著的混合能 量來使熱空氣142與煙道氣135惰性化，因為熱空氣噴射噴嘴128是唯一的 且與環(huán)境空氣噴射噴嘴126分開?，F(xiàn)有技術不具有這些能力，因為現(xiàn)有技術 讓易燃空氣45 (圖1 )、周圍自然通風空氣和熱空氣通過同一空氣入口 28進 入。但是，本領域技術人員可以理解，盡管優(yōu)選實施例示出了具有八個(8) 葉片的混合器葉片160，但是這些混合器葉片160在數(shù)量上并不受限，而是 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內可在數(shù)量上增加或減少。此外，本領域4支術 人員應理解，這些混合器葉片160可以各種角度傾斜而不脫離本發(fā)明的精神 和范圍。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的燃燒室100的側視圖，該燃燒室具 有頂壁110、底壁112和內側表面形狀114,示出了處于被托臂170分開的 分層結構中的排氣管道120、燃料氣體端122、文氏管124、環(huán)境空氣噴射噴 嘴126和熱空氣噴射噴嘴128。當燃燒室100的載荷增加時，由此進一步成 系列地增加燃燒器119n、排氣管道120n和熱空氣噴射噴嘴128n是不可能的， 這種增加可通過在原來的層上方和/或下方并通過托臂127分開這些層而增 加另一層燃燒器119、排氣管道120和熱空氣噴嘴128。這些增加是可能的， 因為在本發(fā)明中存在對稱性。如本實施例所示，每個層大約十(10)英尺寬，
并且每個燃燒器119n系列大致以約25英尺相等地間隔開。這種分層的結構 還可在非膨脹燃燒室100中實現(xiàn)，其中燃燒室100限制于一定的特殊要求或 形狀要求。已經在圖6中示出的箭頭指示每個層的燃燒方向和氣體的流動。 箭頭還示出了層的頂部的煙道氣135循環(huán)流動至另一層底部的煙道氣135， 反之亦然。圖6中示出的燃燒器119與圖2b中示出的燃燒器119相同，由 此燃燒器119包括排氣管道120、燃料氣體端122、導引氣體端137、文氏管 124和環(huán)境空氣噴射噴嘴126。但是，本領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選實 施例示出了被兩個(2)托臂170分開的三個(3)層，但是這些層的數(shù)目并 不受到限制，而是可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內在數(shù)量上增加或減 少。但是本領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選實施例示出了具有十(1)英尺 寬度的層和分開約25英尺的燃燒器119n系列，但是在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍內這些距離可以增加或減小。應理解，因為附壁效應，圖6示出的一見 圖也可以是豎直(通常是墻壁)或水平的(通常是屋頂或底板)且可以是凸 起的、凹入的、平直的或其任何組合。
如在優(yōu)選實施例中的實踐以及如圖2a、圖2b、圖3和圖4中所示，燃 燒室100首先通過常規(guī)燃燒開始燃燒，如圖2a所示，且隨后使用如圖4所 示的系統(tǒng)可轉換至無火焰燃燒，如圖2b所示。
參將圖2a、圖3和圖4，操作本發(fā)明的第一步驟是在常規(guī)燃燒模式下啟 動燃燒室100,該燃燒室具有頂側110和底側112。所述系統(tǒng)必須首先通常 地通過使用氣體測試器(未示出)來確保在燃燒室100中不存在燃燒。環(huán)境 空氣127已經準備好通過環(huán)境空氣供應閥150進入燃燒室100,因為空氣被 自然地通風，由此使得燃燒室IOO處于富含空氣的環(huán)境。 一旦易燃物被證實 并不存在，則所述系統(tǒng)允許導引氣體139——通常是自然氣體——流入燃燒 室100,并隨后點燃導引氣體端137。 一旦確實存在導引，則所述系統(tǒng)準備 好點燃可見火焰134，該火焰在本發(fā)明中遠離環(huán)境空氣噴嘴126。所述系統(tǒng) 隨后打開燃料氣體供應閥(未示出)，由此允許燃料氣體138進入燃燒室100 并導致可見火焰134點燃。在此點處所述系統(tǒng)通常會關閉導引；但是， 一些 系統(tǒng)會選擇以保持導引打開。在本發(fā)明中，每個系列示出了兩個燃燒器119, 并且存在多個系列?？梢娀鹧娴狞c燃過程持續(xù)進行，并且所有其他燃燒器119 都在燃燒室100內。此時，燃燒過程以常規(guī)燃燒方式發(fā)生且具有可見火焰 134，該火焰由于碳裂化而產生?？梢娀鹧?34中的溫度可達到約3800°F,
導致大量的NOx排放，通常約50至60ppm。在燃燒過程中一旦溫度達到 2200。F以上則開始形成NOx排放。
參見圖4， 一旦燃燒室IOO在常規(guī)燃燒模式下運行，則煙道氣135排出 排氣管道120且經過貴金屬篩網180。該貴金屬篩網180由任何貴金屬制造， 例如金、銀、柏、鈀、鉭、銠、釕、錸、鋨氛銥。貴金屬合金還是用于構造 貴金屬篩網180的合適材料。貴金屬篩網180用于降低NOx排放。含有NOx 排放的煙道氣135隨后行進至對流部182,在該處來自煙道氣135的熱量4皮 對流地傳遞至傳熱冷卻線圈183。當系統(tǒng)處于減低(turndown) it式時旁路 調節(jié)風門184用于控制離開空氣預熱器190的熱空氣142的溫度(且由此用 于無火焰燃燒所需的混合溫度)。煙道氣135隨后前進至煙道186。當常規(guī)燃 燒100%發(fā)生時煙道調節(jié)風門188100%打開。由此，煙道氣135不會流入空 氣預熱器190中，并且環(huán)境空氣127也不會進入空氣預熱器l卯中。
在本發(fā)明中，燃燒過程可被轉換為無火焰燃燒(圖2b)，使得NOx排放 被顯著降低，通常在約5-8ppm。 一旦系統(tǒng)被指示從常規(guī)燃燒轉換成無火焰 燃燒，如圖2b所示，則系統(tǒng)需要經歷一系列經由計算機程序控制的自動步 驟。參見圖4,在本實施例中，從常規(guī)燃燒轉換成無火焰燃燒并轉換回常規(guī) 燃燒的過程通過計算機程序控制環(huán)境空氣供應閥150、煙道調節(jié)風門188、 強制通風風扇調節(jié)風門192和引風機調節(jié)風門196而自動地發(fā)生。當自動系 統(tǒng)可在手動模式下操作時，與本發(fā)明相關的一種顯著的改進是完全的自動控 制和監(jiān)測。
從常規(guī)燃燒到無火焰燃燒的轉換過程必須逐漸的執(zhí)行，以使得可以保持 合適的溫度用于促進和持續(xù)無火焰燃燒。在經由熱空氣噴射噴嘴128將熱空 氣142引入燃燒室IOO之前，熱空氣142必須首先被加熱到一溫度，以使得 惰性熱空氣140(圖2b)和惰性燃料氣體130(圖2b)的混合溫度在約1000。F 到1400。F的范圍內。在優(yōu)選實施例中，熱空氣142大約為850°F或更高， 煙道氣135大約為1650°F且燃料氣體138大約在60°F至120°F之間。在本 發(fā)明中，各種氣體的溫度并不是至關重要的；但是，惰性燃料氣體130(圖 2b)和惰性熱空氣140 (圖2b)的混合溫度是最關鍵的。
起初，環(huán)境空氣供應閥150和煙道調節(jié)風門188被100%打開，而強制 通風風扇調節(jié)風門192和卩1風機調節(jié)風門196被100 %關閉，但強制通風風 扇194和引風機198仍在運轉。第一步驟是環(huán)境空氣供應閥150和煙道調節(jié)
風門188關閉10%,并且強制通風風扇調節(jié)風門192和引風機調節(jié)風門196 打開10%。這一步驟將允許以90%持續(xù)常規(guī)燃燒且以10%促成無火焰燃燒。 環(huán)境空氣127以90%質量流經過環(huán)境空氣供應閥150，并經由環(huán)境空氣噴射 噴嘴126 (圖2a)進入燃燒室100。同時，環(huán)境空氣127以10%質量流流過 強制通風風扇調節(jié)風門192，并通過強制通風風扇194泵抽經過空氣預熱器 190?？諝忸A熱器產生850。F或更高的熱空氣142，該熱空氣隨后通過熱空氣 噴射噴嘴128進入燃燒室100。煙道氣B5通過排氣管道120排出燃燒室100。 煙道氣135隨后經過貴金屬篩網180并經過對流部182。煙道氣135隨后進 入煙道186，其中90%上升到煙道186并排出系統(tǒng)，且10%經由引風機198 循環(huán)通過空氣預熱器190和引風機調節(jié)風門196。引風機198將該氣體泵回 到煙道186并排出系統(tǒng)?？諝忸A熱器190使用該氣體來加熱環(huán)境空氣127, 以形成熱空氣142。
一旦計算機程序監(jiān)測到溫度被穩(wěn)定，則計算機程序進一 步將環(huán)境空氣供 應閥150和煙道調節(jié)風門188關掉(pinch)又一 10%,并將強制通風風扇 調節(jié)風門192和引風機調節(jié)風門196打開又一10%,由此導致環(huán)境空氣供應 閥150和煙道調節(jié)風門188打開80%,且強制通風風扇調節(jié)風門192和引風 機調節(jié)風門196打開20%。這個過程持續(xù)進行，直到環(huán)境空氣供應閥150 和煙道調節(jié)風門188被100%關閉，且強制通風風扇調節(jié)風門192和引風機 調節(jié)風門196被打開，以被適當設置從而保持通風和02的水平。此時，燃 燒室在100%無火焰燃燒下運行，如圖2b所示，這產生約5 - 8ppm的NOx 排放，其隨后經過貴金屬篩網180,由此將N0x排放減少至約3-5ppm。但 是，本領域技術人員應理解，盡管優(yōu)選實施例示出了以10%的增量進行逐漸 地轉變，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內百分比增量可以增加或減少。 當燃燒室的運行需要從無火焰燃燒轉換回常規(guī)燃燒時，回轉 (switchback )過程非常快速且不需要閥門打開和關閉的逐漸變化的百分比 增量。 一種原因是回轉會需要熱空氣142停止流入熱空氣噴射噴嘴128，這 可由于電力損失、風扇關閉等造成。這種回轉過程4艮快，因為本發(fā)明需要空 氣從燃燒器119移動至熱空氣噴射噴嘴128以用于轉換至無火焰燃燒，并且 回到燃燒器119以用于轉換至常規(guī)燃燒。在本發(fā)明中，空氣運動，而燃料氣 體138不運動，這允許更安全且確定的回轉，而不會造成燃燒損失或重新啟 動加熱器的需要。 一旦環(huán)境空氣127重新進入環(huán)境空氣噴射噴嘴126,則常
規(guī)燃燒立即開始。由此，環(huán)境空氣供應閥150和煙道調節(jié)風門188被設置為
不打開。
盡管已經參考特定優(yōu)選實施例顯示和描述了本發(fā)明，但是明顯的是，在 閱讀和理解的本說明書以及所附附圖后本領域技術人員可以作出等效替換 和修改。特別是關于通過上述部件(組件、裝置、電路等)所執(zhí)行的功能， 用于描述這些部件的術語(包括對"裝置"作出的引用)用于對應(除非相反 地指出)任何能執(zhí)行所述部件特定功能(即功能上等效)的部件，即使不在 結構上與所披露的在本文所示的示例性本發(fā)明實施例中執(zhí)行功能的結構等 效。此外，盡管已經相關于數(shù)個實施例中的一個披露了本發(fā)明的特定特征， 但是該特征可與所需的其他實施例的 一 個或多個特征相組合。
盡管已經參考具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但是這些描述并不意味 著構成了一種限制。在參考本發(fā)明的描述時，本領域技術人員可以作出所披 露實施例的各種修改以及本發(fā)明的替換實施例。本領域技術人員應理解，所 披露的構思和具體實施例可被容易地用作改變或設計其他用于實現(xiàn)與本發(fā) 明的目的相同目的的結構的基礎，本領域技術人員應意識到，這種等效結構 并不脫離所附權利要求所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。因此，期望的是權利 要求覆蓋落入本發(fā)明真實范圍內的任何這類修改或實施例。
權利要求
1、一種在由內表面限定的燃燒室中促成和維持無火焰燃燒的方法，所述方法包括步驟將空氣經由第一空氣噴射噴嘴以繞第一空氣路徑的大致圓錐形的分布樣式引入到所述燃燒室中，所述第一空氣路徑大致平行于所述燃燒室的內表面；在所述燃燒室中提供煙道氣；將燃料氣體經由第一燃料氣體端以繞第一燃料氣體路徑的大致圓錐形的分布樣式引入到所述燃燒室中，所述第一燃料氣體路徑大致平行于所述燃燒室的內表面；用所述煙道氣使所述燃料氣體惰性化；用所述煙道氣使所述空氣惰性化；和連續(xù)地分別引入所述空氣和燃料氣體，以使得大致圓錐形分布的所述惰性化的空氣和惰性化的燃料氣體擴散到無火焰燃燒邊界區(qū)域中的分子混合物中，并達到或超過所述分子混合物的自燃溫度。
2、 如權利要求1所述的方法，其中，所述分子混合物具有混合溫度， 其中所述混合溫度在1000°F至1400。F的范圍內。
3、 如權利要求2所述的方法，還包括步驟將所述分子混合物的混合 溫度維持在約1000。F至1400。F之間，同時提供排放裝置，由于向所述燃燒 室引入所述燃料氣體和空氣，因而所述燃燒室的內壓通過所述排放裝置可被 均衡。
4、 如權利要求3所述的方法，其中，所述排放裝置為排氣管道。
5、 如權利要求1所述的方法，其中，所述內表面是凸起的、凹入的、 平直的或其組合。
6、 如權利要求1所述的方法，其中，所述空氣被預熱至大約從850。F 到更高范圍的溫度。
7、 如權利要求1所述的方法，其中，所述燃料氣體從以下燃料氣體中 選擇H2、 CO、 CH4、 C2H6、 C2H4、 C3H8、 C3H6、 C4H1Q、 C4H8、 C5H12和C6H44。
8、 如權利要求3所述的方法，其中，通過將所述混合溫度維持在1000。F至1400。F之間來維持無火焰燃燒的步驟還包括根據(jù)軟件控制的溫度傳感裝置來控制燃料氣體的引入。
9、 如權利要求3所述的方法，其中，通過將所述混合溫度維持在1000。F 至1400°F之間來維持無火焰燃燒的步驟還包括根據(jù)軟件控制的溫度傳感裝 置來控制空氣的引入。
10、 如權利要求3所述的方法，其中，通過將所述混合溫度維持在1000。F 至1400。F之間來維持無火焰燃燒的步驟產生范圍在5至8ppm的NOx排放 量。
11、 如權利要求10所述的方法，其中，還包括在所述排放裝置的下游 設置貴金屬篩網，用于進一步將NOx排放量減小到約3ppm。
12、 如權利要求11所述的方法，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬制造， 所述貴金屬從以下材料形成的組中選擇金、銀、柏、釔、鉭、銠、釕、錸、 鋨和銥。
13、 如權利要求11所述的方法，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬合金 制造。
14、 如權利要求l所述的方法，其中，所述大致圓錐形分布的惰性空氣 和惰性燃料氣體在大致平行的第一空氣路徑和第一燃料氣體路徑之間擴散到彼此之中。
15、 如權利要求l所述的方法，其中，通過將混合器葉片安裝在所述第 一空氣噴射噴嘴上便于用所述煙道氣使空氣惰性化。
16、 如權利要求l所述的方法，其中，在所述燃燒室內提供煙道氣的步 驟通過將外部產生的煙道氣引入到所述燃燒室中來執(zhí)行。
17、 如權利要求l所述的方法，其中，在所述燃燒室內提供煙道氣的步 驟通過在所述燃燒室內形成煙道氣來執(zhí)行。
18、 如權利要求l所述的方法，還包括設置第二空氣噴射噴嘴，所述第 二空氣噴射噴嘴設置為以繞第二空氣路徑的大致圓錐形的分布樣式來弓1入 空氣，所述第二空氣路徑大致平行于所述燃燒室的內表面。
19、 如權利要求l所述的方法，還包括在所述第一空氣噴射噴嘴的下游 設置第二空氣噴射噴嘴，并且所述第二空氣噴射噴嘴設置為以繞第二空氣路 徑的大致圓錐形的分布樣式引入空氣，所述第二空氣路徑大致平行于所述燃 燒室的內表面。
20、 如權利要求l所述的方法，還包括設置第二燃料氣體端，所述第二 燃料氣體端設置為以繞第二燃料氣體路徑的大致圓錐形的分布樣式？ 1入燃 料氣體，所述第二燃料氣體路徑大致平行于所述燃燒室的內表面。
21、 如權利要求l所述的方法，還包括在所述第一燃料氣體端的下游設 置第二燃料氣體端，并且所述第二燃料氣體端設置為以繞第二燃料氣體路徑 的大致圓錐形的分布樣式？ 1入燃料氣體，所述第二燃料氣體路徑大致平行于 所述燃燒室的內表面。
22、 如權利要求l所述的方法，還包括使所述第一空氣噴射噴嘴在下游 與所述第一燃料氣體端分隔開。
23、 一種用于在燃燒室內使常規(guī)燃燒轉換到無火焰燃燒的方法，包括步驟提供具有內表面的燃燒室和設置在所述內表面上以將熱空氣噴射到所 述燃燒室中的熱空氣噴射噴嘴；提供設置在所述燃燒室的內表面上的燃燒器，所述燃燒器包括在排氣管道中的燃料氣體端，所述排氣管道設置在所述燃燒室的內 表面上；環(huán)境空氣噴射噴嘴，所述環(huán)境空氣噴射噴嘴設置在所述內表面上， 以將環(huán)境空氣噴射到所述燃燒室中；文氏管，所述文氏管設置為用于接收來自排氣管道的煙道氣和來自 所述燃料氣體端的燃料氣體，所述文氏管將所述煙道氣和燃料氣體通過 所述環(huán)境空氣噴射噴嘴提供到所述燃燒室中；和導引氣體端，所述導引氣體端設置在所述內表面上處于所述文氏管 的下游；經由所述環(huán)境空氣噴射噴嘴將環(huán)境空氣引入到所述燃燒室； 在所述燃燒室中提供煙道氣； 經由所述燃料氣體端引入燃料氣體； 用所述煙道氣使所述燃料氣體惰性化； 將所述導引氣體端點燃，以啟動常規(guī)燃燒；減少環(huán)境空氣流過所述環(huán)境空氣噴射噴嘴，同時將熱空氣經由所述熱空 氣噴射噴嘴？ 1入到所述燃燒室，其中所述環(huán)境空氣流量的減少大致等于所述 熱空氣流量的增加；用所述煙道氣使所述熱空氣惰性化； 消除所述環(huán)境空氣流；和持續(xù)引入燃料氣體和熱空氣，以使得所述惰性化的熱空氣和惰性化的燃 料氣體擴散到分子混合物中，并達到或超過所述分子混合物的自燃溫度，以促成無火焰燃燒。
24、 如權利要求23所述的方法，其中，所述分子混合物具有范圍乂人 1000。F至1400°F的混合溫度。
25、 一種用于促成和維持無火焰燃燒的設備，包括 具有內表面的燃燒室； 所述內表面中的第一排氣管道； 設置在所述燃燒室的內表面上的第一燃燒器，包4舌設置為將環(huán)境空氣噴射到所述燃燒室中的第 一環(huán)境空氣噴射噴嘴；設置為接收來自燃料氣體端的燃料氣體的文氏管；第 一導引氣體端，所述第一導引氣體端設置在所述文氏管的下游，以選擇性地點燃所述文氏管下游的環(huán)境空氣與燃料氣體的混合物；和設置在所述內表面上的第一熱空氣噴射噴嘴。
26、 如權利要求25所述的設備，其中，所述第一熱空氣噴射噴嘴在所 述第一燃料氣體端的下游。
27、 如權利要求25所述的設備，還包括設置在所述內表面上的第二排 氣管道。
28、 如權利要求25所述的設備，其中，第一文氏管設置在所述第一排 氣管道中并與第一環(huán)境空氣噴嘴連通。
29、 如權利要求25所述的設備，其中，所述第一導引氣體端在所述第 一環(huán)境空氣噴射噴嘴的下游。
30、 如權利要求25所述的設備，還包括設置在所述內表面上的第二燃 燒器。
31、 如權利要求25所述的設備，還包括設置在所述內表面上的第二熱 空氣噴射噴嘴。
32、 如權利要求31所述的設備，其中，所述第一熱空氣噴射噴嘴和所 述第二熱空氣噴射噴嘴位于所述第 一燃料氣體端的下游。
33、 如權利要求25所述的設備，其中，所述內表面是凸起的、凹入的、平直的或其組合。
34、 如權利要求25所述的設備，還包括在所述第一空氣噴射噴嘴上的混合器葉片。
35、 如權利要求25所述的設備，還包括位于所述第一排氣管道下游的 貴金屬篩網。
36、 如權利要求35所述的設備，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬制造， 所述貴金屬從以下材料形成的組中選擇金、銀、鉬、釔、鉭、銠、釕、錸、 鋨和銥。
37、 如權利要求35所述的設備，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬合金 制造。
38、 如權利要求25所述的設備，其中，所述燃燒室還包括第一傳熱冷 卻線圈。
39、 如權利要求25所述的設備，其中，所述燃燒室的內表面被托臂分 成第一層和第二層。
40、 如權利要求39所述的設備，其中，所述第一層包括所述第一燃燒 器和所述第一熱空氣噴射噴嘴，且所述第二層包括第一燃燒器和第一熱空氣 噴射噴嘴。
41、 如權利要求39所述的設備，其中，空氣、燃料氣體和煙道氣在所 述第一層中沿第一方向行進，并且空氣、燃料氣體和煙道氣在所述第二層中 沿相對的第二方'向行進。
42、 一種在整合的加熱器/燃燒器設備的燃燒室中促成和維持無火焰燃燒 的系統(tǒng)，包括燃燒室，其中環(huán)境空氣、熱空氣和燃料氣體進入所述燃燒室，且煙道氣 排出所述燃燒室；對流部分，所述對流部分位于所述燃燒室的下游，用于使用從所述燃燒 室排出的煙道氣加熱傳熱冷卻線圈；具有煙道調節(jié)風門的煙道，所述煙道位于所述對流部分下游，并能夠在時執(zhí)行空氣預熱操作；空氣預熱器，所述空氣預熱器位于所述燃燒室的上游，用于將環(huán)境空氣 轉換為熱空氣； 具有強制通風風扇調節(jié)風門的強制通風風扇，所述強制通風風扇位于所-述空氣預熱器的上游，用于將熱空氣經由所述空氣預熱器供應到所述燃;J:克 室；和具有引風機調節(jié)風門的引風機，所述引風機位于所述空氣預熱器的下游 和煙道氣側上的煙道的上游，用于引導煙道氣通過所述空氣預熱器并將煙道 氣輸送到所述煙道。
43、 如權利要求42所述的系統(tǒng)，其中，排出所述燃燒室的煙道氣具有 范圍在5至8ppm的NOx排放量。
44、 如權利要求42所述的系統(tǒng)，還包括貴金屬篩網，所述貴金屬篩網 位于所述燃燒室的下游和所述對流部分的上游，用于進一步將NOx排;改量 減小到約3ppm。
45、 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬制造， 所述貴金屬從以下材料形成的組中選擇金、銀、柏、釔、鉭、銠、釕、錸、 鋨和銥。
46、 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述貴金屬篩網由貴金屬合金 制造。
47、 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其中，環(huán)境空氣供應、所述煙道調節(jié) 風門、所述強制通風風扇調節(jié)風門和所述引風機調節(jié)風門經由計算機程序被 自動地控制。
48、 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其中，環(huán)境空氣供應、所述煙道調節(jié) 風門、所述強制通風風扇調節(jié)風門和所述引風機調節(jié)風門被手動地控制。
全文摘要
一種系統(tǒng)、設備和方法，由此在燃燒室中促成和維持無火焰燃燒，該燃燒室具有凸起的、凹入的、平直的或它們的任何組合的表面，而不需要催化劑或高溫氧化劑。所述設備允許燃燒室在常規(guī)燃燒模式和無火焰燃燒模式下運行。所述方法用于在熱空氣和燃料氣體混合之前將二者惰性化，只要它們的混合溫度在10000F至14000F的范圍內即可。惰性熱空氣和惰性燃料氣體沿燃燒室的內表面并排流動，以使得兩種氣體更均勻地混合，由此允許在較低溫度下進行無火焰燃燒，以產生低的NOx排放。
文檔編號F23L15/00GK101389905SQ200780006456
公開日2009年3月18日 申請日期2007年1月3日 優(yōu)先權日2006年1月5日
發(fā)明者威廉·C·吉布森, 羅伯特·L·吉布森 申請人:石化開發(fā)股份有限公司