[發明專利]用于擴展燃燒反應中可燃極限的方法和裝置

有效

• 申請號: 201480063967.2
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN105765304B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 約瑟夫·科蘭尼諾;詹姆斯·K·丹西;杰西·C·杜馬斯
• 申請（專利權）人: 克利爾賽恩燃燒公司
• 主分類號: F23N1/00
• 分類號: F23N1/00;F23R3/28;F23D14/26
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 湯慧華,鄭霞

相關專利申請的交叉引用

本專利申請要求2013年12月31日提交的名稱為“METHOD AND APPARATUS FOR EXTENDING FLAMMABILITY LIMITS IN COMBUSTION REACTION”(用于擴展燃燒反應中可燃極限的方法和裝置)的美國臨時專利申請No.61/922,430的優先權權益；該申請在不抵觸本文的公開內容的程度上以引用方式并入。

背景技術

燃燒需要燃料、諸如氧氣的氧化劑以及點火源。對于任何給定燃料，都存在燃料/氧氣比率范圍，在該范圍內可發生或持續燃燒。該范圍由具體燃料的可燃極限限定，即由燃料可燃的最低和最高比率限定。通常，變量固定在標準值，除非特別地另有定義。例如，可將燃料和氧化劑指定為25攝氏度和一巴壓力絕對值(100kPa)。可將氧化劑指定為空氣中的氧氣。

可燃極限表示為大量空氣內的燃料百分比。例如汽油(100辛烷)的可燃下限為1.4％，即包含1.4％汽油以及98.6％空氣的混合物。此為易燃汽油的最低或最貧濃度。在范圍的另一端，汽油的可燃上限為7.6％，表示易燃的最富濃度。

穩定性極限和可燃極限類似。可燃極限是燃料的考慮性質-即可燃極限與設備無關。通過比較，穩定性極限為可通過諸如實際燃燒器或燃燒設備的給定設備實現的實際易燃極限。在工業燃燒器中，穩定性極限通常決定燃燒器的安全工作。穩定性下限意指給定燃燒器可支持燃料最貧的組合物的燃燒，而穩定性上限意指給定燃燒器可支持燃料最富的組合物的燃燒。在實際燃燒設備中，穩定性上限和下限限定給定燃燒器或燃燒設備的穩定燃燒工作范圍。

發明內容

根據實施例，方法包括以介于穩定性上限和穩定性下限之間的燃料濃度范圍外的第一比率將燃料和空氣引入燃燒空間，將燃料點燃，并產生修改的燃料濃度范圍，該修改的燃料濃度范圍通過跨由燃料和空氣支持的火焰施加電場由修改的穩定性上限和修改的燃料穩定性下限限定，其中第一比率在修改的范圍內。

根據實施例，燃燒系統包括被構造成支持燃燒反應的燃燒器、被定位和構造成跨由燃燒器支持的燃燒反應施加電場的第一電極和第二電極以及電壓源，該電壓源可操作地耦接至第一電極和第二電極，并被構造成向第一電極和第二電極供應電壓信號。控制器被構造成檢測燃料穩定性上限或穩定性下限中任一者處或附近的燃燒反應，并控制用于向第一電極和第二電極供應電壓信號的電壓源，該電壓信號足以生成燃料修改的穩定性上限和/或修改的穩定性下限從而擴展燃燒反應的穩定性。

根據實施例，用于控制燃燒反應的方法包括經由數據接口接收命令以建立特定燃料穩定性極限，讀取和燃料參數對應的數據(例如壓力和/或溫度)，并根據數據(例如算法計算或查找)確定和信號對應的第二數據，該信號被選擇成致使特定電壓被施加至可操作地耦接至燃燒反應的物理電極。第二數據轉換為用于驅動電壓放大器的信號。該方法還包括從電壓放大器輸出處于特定電壓下的電流并傳輸至電極。施加的電場使得燃料在響應暴露于通電物理電極的特定穩定性極限上燃燒。

根據實施例，低NOx燃燒器包括物理火焰保持器和電極，該物理火焰保持器被構造成在特定條件下接收特定燃料和氧化劑混合物，該電極被構造成向燃料和氧化劑混合物施加電場，該電場被選擇成致使燃料和氧化劑在特定混合物中進行燃燒反應。燃料和氧化劑由更貧的混合物表征，該混合物在特定條件下將在燃燒中反應，而不用暴露于電場。

附圖說明

圖1是根據一個實施例的燃燒系統的示意圖。

圖2是示出根據一個實施例的燃燒系統的操作方法的流程圖。

圖3是示出根據一個實施例的發明者用來調查和證明本文描述和受權利要求書保護的原理的測試系統元件的示意圖。

圖4是三元混合物圖，其示出實驗混合物空間中的三種燃料。

圖5A-圖5B是三元圖，其示出在存在電場的情況下三元氫-甲烷-丙烷(H₂-CH₄-C₃H₈)混合物空間中可燃極限的擴展。

圖6A-圖6C是三元圖，其示出通過實驗確定的可燃極限變化的輪廓。

圖7是示出富可燃極限增強的圖。

圖8A-圖8B包括三元圖，該三元圖示出根據每個方程式貧和富可燃極限百分比變化輪廓。

具體實施方式