穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器的制造方法与工艺

穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器相关申请的交叉引用本申请要求2013年2月14日提交的、名称为“PERFORATEDFLAMEHOLDERANDBURNERINCLUDINGAPERFORATEDFLAMEHOLDER(穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器)”的美国临时专利申请第61/765,022号的优先权，其在不与本文公开的内容冲突的情况下以引用方式并入。本申请与2014年2月14日提交的、名称为“SELECTABLEDILUTIONLOWNOxBURNER(可选择稀释低NOx燃烧器)”的的代理人案件第2651-167-04号；2014年2月14日提交的、名称为“FUELCOMBUSTIONSYSTEMWITHAPERFORATEDREACTIONHOLDER(带有穿孔反应保持器的燃料燃烧系统)”的代理人案件第2651-188-04号；以及2014年2月14日提交的、名称为“STARTUPMETHODANDMECHANISMFORABURNERHAVINGAPERFORATEDFLAMEHOLDER(具有穿孔火焰稳定器的燃烧器的启动方法和机构)”的代理人案件第2651-204-04号有关，这些在不与本文公开的内容冲突的情况下以引用方式并入本文。

技术实现要素：
根据一个实施例，燃烧器包括被配置为输出发散燃料流的至少一个燃料喷嘴，以及被设置为远离所述燃料喷嘴的穿孔火焰稳定器。所述穿孔火焰稳定器具有分别被设置为朝向和远离所述燃料喷嘴的近侧面和远侧面。穿孔火焰稳定器限定从火焰稳定器的近侧面延伸穿过火焰稳定器至火焰稳定器的远侧面的多个细长孔。燃料喷嘴和穿孔火焰稳定器被布置为提供发散燃料流与含有氧化剂的流体(诸如空气或烟道气)在燃料喷嘴和火焰稳定器之间的预混合区域中至少部分预混合。火焰稳定器被配置为支撑多个细长孔中以及直接在火焰稳定器的远侧面的上方和/或直接在火焰稳定器的近侧面的下方的区域中的火焰。根据一个实施例，用于燃烧反应的穿孔火焰稳定器包括具有远侧表面和近侧表面的高温相容材料，以及形成为从近侧表面延伸穿过高温相容材料至远侧表面的多个细长孔。穿孔火焰稳定器被配置为支撑在燃烧空间中，与由至少一个燃料喷嘴提供的发散燃料流对准，且与所述至少一个燃料喷嘴隔开一段距离，所述距离选择为提供发散燃料流与周围气体的至少部分预混合。火焰稳定器支撑结构被配置为在火焰稳定器近侧表面和燃料喷嘴之间保持选定的对准。附图说明图1是根据一个实施例的包括具有孔的火焰稳定器的燃烧器的视图。图2是根据一个实施例的图1的燃烧器的剖面图。图3A是根据一个实施例的图1和图2的燃烧器在操作的启动阶段沿着图1的线3-3截取的部分侧面剖视图。图3B根据一个实施例示出图3A的燃烧器在正常操作期间的同一视图。图4-图10是根据相应实施例的火焰稳定器的平面视图。图11-图14是根据相应实施例的示出火焰稳定器的细长孔的细节的剖视图。具体实施方式在以下详细描述中，参照构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标记通常表示类似的部件。在不脱离本公开的精神或范围的前提下，可采用其它实施例和/或可进行其它更改。图1是根据一个实施例的包括具有孔104的火焰稳定器102的燃烧器100的视图。图2是根据一个实施例的图1的包括火焰稳定器102的燃烧器100的剖面图。图3A和图3B是根据一个实施例的图1和图2的燃烧器100在相应的操作阶段期间的部分侧面剖视图。参见图1、图2、图3A和图3B，燃烧器100包括至少一个燃料喷嘴106，且可包括多个燃料喷嘴106。燃料喷嘴106被配置为输出发散燃料流302。火焰稳定器102被设置为远离燃料喷嘴106。在所示的实施例中，火焰稳定器102是圆盘形的，且具有大于约6:1的X:Z径高比。换句话说，火焰稳定器102在X轴上的尺寸(即它的直径)大于它在Z轴上的尺寸(即它的厚度)约6倍以上。根据其它实施例，X:Z径高比大于约4:1。火焰稳定器102具有近侧面108和远侧面110。近侧面108和远侧面110分别被设置为朝向和远离燃料喷嘴106。火焰稳定器102限定多个细长孔或洞104。多个细长孔104从火焰稳定器102的近侧面108延伸穿过火焰稳定器102至火焰稳定器102的远侧面110。在所示的实施例中，燃料喷嘴106和火焰稳定器102被隔开一段距离，该距离足够提供发散燃料流302与含有氧化剂的流体(诸如空气或烟道气)在燃料喷嘴106和火焰稳定器102之间的预混合区R1中至少部分预混合。火焰稳定器102被配置为将火焰304支撑多个细长孔104内。在一些状况下，火焰还可延伸穿过火焰稳定器102的远侧面110进入火焰稳定器102的远侧面110上面的区域R2。在一些状况下，火焰还可延伸穿过火焰稳定器102的近侧面108进入刚刚在火焰稳定器102的近侧面108下面的区域R3。根据一个实施例，燃烧器100包括燃烧口砖(burnertile)116，它被设置为邻近燃料喷嘴106且可占据燃料喷嘴106和火焰稳定器102之间距离D1的一部分。如图3A具体所示，燃烧口砖116限定中间火焰支撑表面118，它被设置为沿着发散燃料流302，在燃料喷嘴106和火焰稳定器102的近侧表面108之间的中途，且可被配置为在启动、低燃料流量或被主火焰306点燃的至少一个期间支撑第二火焰304。因此，燃烧口砖116可限定中间火焰支撑表面118在燃料喷嘴106和火焰稳定器102的近侧表面108之间的中途。中间火焰支撑表面118还基本上限定预混合区域R1的近端。火焰稳定器102的近侧面108可基本上限定预混合区域R1的远端。在所示的实施例中，其中提供多个燃料喷嘴106，多个燃料喷嘴106包括多个主燃料喷嘴202和相应的多个第二燃料喷嘴120。主燃料喷嘴202被配置为可选择支持主火焰(或火焰)306。发散燃料流302包括由第二燃料喷嘴120支持的第二燃料流303。主燃料喷嘴202和第二燃料喷嘴120被燃烧口砖116隔开。主火焰306优选具有一轨迹，所述轨迹被选择为在燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118处或附近点燃第二燃料流303。可将预混合区域R1中第二燃料流303的预混合看作是与预混合区域R1中涡旋308的形成相关。涡旋308使得空气或烟道气挟带进入涡旋中心，其可被看作是搅拌良好的釜式反应器(参看图3B)。如果涡旋308从主火焰306接收到充足的热能，则所得的涡旋中心的加热(如果混合是以大于或等于1的达姆寇勒数(DamkohlerNumber，Da)提供)还将导致第二燃料流303的点燃，如图3A中所示。涡旋308的作用随后使热量再循环以使所得到的第二火焰304由燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118所保持。在这些状况下，在中间火焰支撑表面118处保持火焰304基本上会停止在区域R1中的预混合，因为点燃引发燃烧反应在涡旋308的边缘发生，产生防止空气到达火焰前缘内部未燃烧燃料的屏障。因此，支撑在中间火焰支撑表面118处的第二火焰304可视为显著减少或防止第二燃料流303与空气或烟道气的预混合。如果涡旋308未从主火焰306接收热量，那么基本上不能点燃第二燃料流303。可将此看作防止热量再循环至燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118。本发明人发现这会导致第二火焰304被预混合区域R1上方的火焰稳定器102保持，如图3B中所示。在涡旋308未从主火焰306接收热量的情况下，那么基本上不会有火焰前缘在涡旋308的边缘。具体地讲，如果来自主火焰306的热量通过重新导向或关闭而从涡旋308撤出，第二火焰304独自不能产生足够的热量以维持在中间火焰支撑表面118处的燃烧，并且熄灭或升入火焰稳定器102，这消除了用以隔离燃料的火焰前缘。在涡旋308的边缘处不具有火焰前缘通常允许燃料混合物于涡旋中心稀释，这将导致在火焰稳定器102处较迟发生的点燃在较贫乏(leaner)燃烧状况下操作。虽然预混合区域R1被描述为从中间火焰支撑表面118和火焰稳定器102的近侧表面108延伸，应当理解，这是为了容易理解所作的近似。本发明人已发现，第二火焰304可以偶尔短暂地从火焰稳定器102的近侧表面108向下延伸。在此瞬时情况下，预混合区域R1中的涡旋308可暂时由火焰前缘界定且预混合可暂时减弱或停止。然而，发现这样的火焰扩展是瞬态的，并且在时间平均基础下预混合区域R1仍可被认为是支撑第二燃料流302与空气或烟道气的预混合。由本发明人发现的另一个效应是第二火焰304细微延伸到邻近火焰稳定器102的近侧表面108的流动停滞区域R3(如图3B所示)。在稳定条件下，第三火焰延伸至停滞区被证明是或多或少连续的，因此预混合区域R1可被认为是从中间火焰支撑表面118延伸至停滞区域R3中的第二火焰304的边缘，所述停滞区域R3刚刚在火焰稳定器102的近侧表面108下面。本发明人发现，第二火焰304延伸进入邻近火焰稳定器102的近侧表面108的停滞区域可能是有利的。与发生在细长孔104中的可见点燃的情况相比，第二火焰304在停滞区域的存在表现出一定程度上与燃烧器100的更稳定操作相关。可选择由主火焰306对第二燃料流302点燃(如图3A中所示)以基本上防止第二燃料流302与空气或烟道气在预混合区域R1中预混合。换句话说，当第二燃料在中间火焰支撑表面118附近点燃并由其保持时，第二燃料流302与氧化流体(诸如空气或烟道气)在预混合区域R1中的预混合基本上被阻止。火焰前缘的作用是阻止空气或烟道气与燃料的混合。因此，在中间火焰支撑表面118处支持第二火焰304产生相对空气而言燃料更充裕的混合物。与第二燃料流302与空气或烟道气在预混合区域R1中附加的预混合所导致的较贫乏的燃烧混合物相比，更充裕的燃烧混合物可能一定程度上与更稳定的火焰(尽管火焰稳定器102的细长孔104结构导致额外的火焰稳定性)但也与更热的燃烧火焰相关，如图3B所示。相比较冷的火焰，更热的火焰与更高的氮氧化物(NOx)产出相关。主火焰306可选择的减弱或停止可被配置为基本上防止第二燃料流302在燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118处或附近点燃。基本防止第二燃料流302在燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118处或附近点燃可导致由火焰稳定器102支撑第二火焰304，如将在下文更详细地说明。在图1-图3B的实施例中，主燃料喷嘴202和第二燃料喷嘴120相对于燃烧口砖116而言彼此径向对齐。根据一个实施例，主燃料控制阀312被布置为控制从燃料源314至主燃料喷嘴202的燃料流动。主燃料控制阀312可包括例如手动致动阀、电力致动阀、液压致动阀或气压致动阀。主燃料控制阀312可被配置为独立于第二燃料流303中的燃料流量而控制主火焰306的特征。主燃料压力阀或压力控制配件316被配置为控制流向主燃料喷嘴202的燃料压力。主燃料压力阀316可被配置为独立于递送至第二燃料喷嘴120的燃料压力而控制递送至主燃料喷嘴202的燃料压力。第二燃料控制阀318被布置为控制从燃料源314至第二燃料喷嘴120的燃料流动。第二燃料控制阀318可包括例如手动致动阀、电力致动阀、液压致动阀或气压致动阀。第二燃料控制阀318可被配置为独立于燃料至主燃料喷嘴202的流量而控制第二火焰304的特征。第二燃料压力阀或压力控制配件320被配置为控制流向第二燃料喷嘴120的燃料压力。第二燃料压力阀320可被配置为独立于递送至主燃料喷嘴202的燃料压力而控制递送至第二燃料喷嘴120的燃料压力。作为另外一种选择或除此之外，主燃料控制阀316、主燃料流或主火焰306偏转器可被提供、配置为控制主火焰306的轨迹。主燃料流或主火焰偏转器被配置为控制第二燃料流302暴露于燃烧口砖116的中间火焰支撑表面118处或附近的热量。根据一个实施例，燃烧口砖116被设置在燃烧空气通道204的外周或设置为围绕燃烧空气通道204，所述燃烧空气通道204在燃烧空间底板、壁或顶部122中形成。在图1-图3B的实施例中，火焰稳定器102包括中心开口124，中心开口124相对于燃烧空气通道204轴向设置。火焰稳定器102中的开口124可具有的直径在燃烧空气通道204的直径的0.10倍和1.0倍之间。根据另一个实施例，火焰稳定器102中的开口124可具有的直径在燃烧空气通道204的直径的0.4倍和0.8倍之间。根据各种实施例，火焰稳定器102在近侧面108和远侧面110之间的厚度在1英寸和4英寸之间。例如，火焰稳定器102在近侧面108和远侧面110之间的厚度可为约2英寸。火焰稳定器102的近侧面108可被设置在例如离燃烧口砖116的中间火焰支撑表面1183英寸和24英寸之间。例如，火焰稳定器102的近侧面108可被设置在离燃烧口砖116的中间火焰支撑表面1184英寸和9英寸之间。根据一个实施例，延伸穿过火焰稳定器102的多个细长孔104在与所述细长孔的轴线正交的横向上的尺寸小于约1.0英寸。例如，延伸穿过火焰稳定器102的多个细长孔104在与所述细长孔的轴线正交的横向上的尺寸可在0.25英寸和0.75英寸之间。在具体实例中，由火焰稳定器102限定的多个细长孔104在与所述细长孔104的轴线正交的横向上的尺寸可在0.375英寸和0.50英寸之间。火焰稳定器102优选由耐火材料形成，诸如包括高温陶瓷纤维的材料。例如...