CN107314371A - 用于包括有孔火焰保持器的燃烧器的燃料喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件包括一个或多个锥形燃料喷嘴。每个锥形燃料喷嘴在所述燃料喷嘴的顶部包括锐后缘或尖端。一个或多个燃料孔口靠近所述锐后缘或尖端布置。具有环形翼型结构的锥形燃料喷嘴包括燃料通道，以将燃料分配到所述一个或多个燃料孔口。所述燃料喷嘴组件可作为包括有孔火焰保持器的燃烧器系统及相关方法的一部分提供，其中所述燃料喷嘴组件被取向成将来自所述燃料孔口的燃料朝所述有孔火焰保持器引导。

Description

用于包括有孔火焰保持器的燃烧器的燃料喷嘴组件

背景技术

燃烧系统在整个社会广泛使用。人们一直在努力提高燃烧系统的效率并减少燃烧系统的有害排放。

发明内容

在一个实施例中，燃烧系统包括燃料喷嘴、氧化剂供应和有孔火焰保持器。燃料喷嘴被配置成经由至少一个燃料孔口喷射燃料流形式的燃料。氧化剂供应被配置成在燃料喷嘴附近输出氧化剂流形式的氧化剂。有孔火焰保持器被设置在离燃料喷嘴和氧化剂源的一距离处，并且被取向成接收来自燃料喷嘴和氧化剂供应的混合的燃料和氧化剂。有孔火焰保持器被配置成在有孔火焰保持器处于操作温度时保持混合的燃料和氧化剂的燃烧反应。燃料喷嘴由在宽度上从喷嘴基部朝喷嘴端部减小的锥形顶端限定，其中宽度上的减小限制了靠近燃料喷嘴的燃料和氧化剂的混合。

根据一个实施例，燃烧器系统包括有孔火焰保持器和燃料喷嘴组件。有孔火焰保持器具有输入面、与输入面相对的输出面以及多个穿孔。这些穿孔被布置在输入面与输出面之间。每个穿孔被布置成在输入面处接收燃料和氧化剂混合物的一部分，并且可在有孔火焰保持器处于操作温度时支撑燃烧反应。燃料喷嘴组件包括锥形燃料喷嘴，而锥形燃料喷嘴又包括翼部(airfoil section)和燃料孔口。翼部具有被布置成基本上垂直于气流方向的环形结构。翼部还具有在气流方向上取向的锐后缘(acute trailing edge)。燃料孔口沿着锐后缘布置。

根据另一个实施例，燃烧器系统包括有孔火焰保持器和一个或多个锥形燃料喷嘴。有孔火焰保持器被布置成接收分别来自燃料源和氧化剂源的燃料和氧化剂的混合物。锥形燃料喷嘴各自具有从附接区域向针形顶端渐缩的周向对称主体。针形顶端朝向有孔火焰保持器取向，并且所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的至少一者被结构化为产生对于流过的氧化剂而言不大于约0.6的旋流数。这限制了靠近相应锥形燃料喷嘴形成热再循环涡流。

根据一个实施例，用于操作燃烧器系统的方法包括预热有孔火焰保持器，并且经由结构输送氧化剂和燃料，所述结构限制了靠近至少一个主燃料喷嘴形成燃料和氧化剂混合涡流。氧化剂以氧化剂流的形式输送到有孔火焰保持器。燃料经由来自至少一个主燃料喷嘴的燃料输送孔口的燃料流而输送到有孔火焰保持器，其中燃料流与至少靠近至少一个主燃料喷嘴的氧化剂流相邻。主燃料喷嘴具有包括锐后缘或尖端的锥形结构，并且该锥形结构限制了靠近主燃料喷嘴生成燃料和空气涡流。

根据一个实施例，用于操作燃烧器系统的方法包括将氧化剂和燃料输送到有孔火焰保持器。氧化剂经由氧化剂管道输送，而燃料经由锥形燃料喷嘴输送，其中该锥形燃料喷嘴具有一个或多个成角度的燃料孔口。燃料由成角度的燃料孔口进行涡旋。燃料喷嘴可包括接合从氧化剂管道流过喷嘴的氧化剂的氧化剂涡旋特征。

附图说明

图1为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器的燃烧器系统的简化图。

图2A和图2B为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器的燃烧器系统的简化透视图。

图3为根据一个实施例的图1和图2的有孔火焰保持器的一部分的侧面剖面图。

图4为根据一个实施例的流程图，示出了用于操作包括图1、图2和图3的有孔火焰保持器的燃烧器系统的方法。

图5A为根据一个实施例的用于燃烧器系统的燃料喷嘴组件的简化顶视图。

图5B为根据一个实施例的图5A的燃料喷嘴组件的剖面侧透视图。

图6A为根据一个实施例的用于燃烧器系统的燃料喷嘴的简化侧视图。

图6B-图6D为根据一个实施例的用于燃烧器系统的燃料喷嘴变型的侧透视图。

图6E为根据一个实施例的用于燃烧器系统的燃料喷嘴的简化侧视图。

图7为根据一个实施例的流程图，示出了用于加热包括图1、图2和图3的有孔火焰保持器的燃烧器系统的方法。

图8为根据一个实施例的流程图，示出了用于预热包括图1、图2和图3的有孔火焰保持器的燃烧器系统的方法。

图9为根据一个实施例的流程图，示出了用于预热包括图1、图2和图3的有孔火焰保持器的燃烧器系统的方法。

图10A和图10B分别示出了具有燃料旋流结构的燃料喷嘴的侧视图和顶视图。

图11A和图11B示出了具有氧化剂涡旋特征的燃料喷嘴的侧视图。

图12为燃烧器系统的侧视图，该燃烧器系统包括具有燃料旋流结构的燃料喷嘴以及具有氧化剂旋流特征的氧化剂管道。

图13示出了将燃料和氧化剂输送到有孔火焰保持器的方法。

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。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可采用其他实施例和/或可进行其他更改。

燃烧系统的燃烧器中的燃料喷嘴通常具有块状结构。根据一种解释，该块状结构可有助于在燃料喷嘴下游形成涡流。例如，根据一种解释，流过燃料喷嘴的氧化剂可在氧化剂流与紧邻常规块状燃料喷嘴的下游的区域之间提供压力差。该压力差可引起流体从高压区流向低压区，从而可产生涡流。这些涡流可使得燃料和氧化剂混合的时间比预期更早，并且可减缓燃料和氧化剂混合物向燃料喷嘴下游的流动。这些效应可有助于紧密靠近燃料喷嘴引发或维持燃烧反应(例如，火焰)。在常规燃烧系统中，在燃料喷嘴附近形成燃烧反应可为期望的或可耐受，同时损耗最小或不明显。

然而，实施在远离燃料喷嘴一距离处设置的火焰保持器诸如有孔火焰保持器(PFH)的燃烧系统，旨在将燃烧反应基本上保持在火焰保持器内。燃料喷嘴与火焰保持器之间的燃料和氧化剂的燃烧可降低燃烧系统的效率，因此通常是不期望的。下文将描述解决上述在一个或多个燃料喷嘴处的涡流形成问题的燃料喷嘴的实施例。

图1为根据一个实施例的燃烧器系统100的简化图，该燃烧器系统包括被配置成保持燃烧反应的有孔火焰保持器102。燃烧器系统100还包括燃料喷嘴组件104，所述燃料喷嘴组件具有锥形燃料喷嘴105、点火和启动火焰源120以及管道110。锥形燃料喷嘴105可具有其上布置有一个或多个燃料孔口108的锐(acute)后缘106。锥形燃料喷嘴105通过燃料孔口108喷射燃料。管道110提供氧化剂(例如，空气)。因此燃料喷嘴组件104可产生被引导至有孔火焰保持器102的燃料和氧化剂混合物112。可以注意到，图1中示出燃料和氧化剂混合物112的虚线示出了燃料从燃料孔口108喷射的路径，所述燃料在后缘106和有孔火焰保持器102之间与流过管道110的氧化剂混合。

图2A-图2B为根据一个实施例的图1的燃烧器系统100及替代燃烧器系统200的简化图，这两种燃烧器系统各自包括燃料喷嘴组件104及被配置成保持燃烧反应的有孔火焰保持器102。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语有孔火焰保持器、有孔反应保持器、多孔火焰保持器和多孔反应保持器应被认为是同义的。如本文所述，有孔火焰保持器102可设置在离燃料喷嘴组件104的一距离处，因此在本文可称为远侧火焰保持器或远侧火焰保持装置，特别是在包括不止一个火焰保持器的下述实施例中。相比之下，燃烧器系统还可包括启动火焰保持器，其在本文可称为近侧火焰保持器或远侧火焰保持装置。

有孔火焰保持器102在其自身辐射热可保持稳定燃烧反应之前必须被加热到操作温度范围。可设想到用于首先达到这种操作温度的各种方法和结构。在一个实施例中，燃烧器系统可包括多个火焰保持器。近侧火焰保持器可将火焰保持在燃料孔口与远侧火焰保持器之间。近侧火焰保持器可选择性地参与到在有限时间段期间保持火焰，直到远侧火焰保持器达到操作温度，然后可在远侧火焰保持器达到操作温度时移除。可有形地或无形地移除近侧火焰保持器。例如，近侧火焰保持器可为物体，如可机械地移除的钝体(未示出)。作为另外一种选择，近侧火焰保持器可通过与燃料和氧化剂混合物112或引燃燃烧产物的电相互作用来实现，因此可通过简单改变电特性或燃料和氧化剂混合物组成来移除。在包括专用启动或引燃燃料供应的具体实施中，引燃燃料喷嘴可构成近侧火焰保持器，并且可简单地通过切断或减少向近侧火焰保持器供应的燃料和/或氧气，而让其不工作。虽然该实施例描述了两个火焰保持器(即，远侧、近侧)的使用，但应认识到可实施另外的火焰保持器级。下文将参照图2B中所示的加热器228描述替代预热构型。

图2A中所示的燃烧器系统100包括具有锥形燃料喷嘴105的燃料喷嘴组件104。锥形燃料喷嘴105可包括具有一个或多个燃料孔口108的横向管。这种管可采取各种形状。例如，横向管可实施为如图所示的环面或其他环形结构，或可包括一个或多个线性或弯曲管(未示出)，它们各自具有一个或多个孔口108。图2A的环形结构将结合图5A-图5B更详细描述。

如图2B中所示，燃料喷嘴组件104可在一替代实施例中包括单个一体式燃料喷嘴218(例如，参照图6A-图6E详细描述的燃料喷嘴218)。燃料喷嘴218可包括一个或多个燃料孔口226。可布置一体式燃料喷嘴218的阵列来实现对火焰保持器如有孔火焰保持器102的所需燃料流动和分布。燃料喷嘴组件104被配置成将燃料和氧化剂从燃料和氧化剂源202传输到有孔火焰保持器102，这将在下文详细描述。

发明人进行的实验显示，本文所述的有孔火焰保持器102可支撑非常洁净的燃烧。具体地讲，在系统100的从中试到全尺寸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)下降至堆叠下的NOx的检测不到(少于1ppm)浓度。在工业炉应用的典型堆叠温度(1400-1600°F)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。

根据实施例，燃烧器系统100和200包括燃料和氧化剂源202，其被设置成向燃烧体积(例如，燃烧体积150)中经由燃料喷嘴组件104输出燃料并经由管道110(图1中示出)输出氧化剂，从而形成燃料和氧化剂混合物(例如，混合物112)。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。

燃烧器系统可包括用于预热有孔火焰保持器102的设备。例如，在一些实施例中，如图2A中所示，燃料喷嘴组件104可包括点火和启动火焰源120，如引燃或启动喷嘴122，其可具有单独的燃料进料(下文结合例如图5B更详细描述的)。该引燃或启动喷嘴122可为引燃或启动火焰206提供燃料以便加热有孔火焰保持器102，如下文更详细描述的。

点火和启动火焰源120可包括燃料喷嘴122，根据一种解释，该燃料喷嘴的形状通常会引起燃料和/或氧化剂涡流，这些涡流对足以支撑火焰的燃料和氧化剂进行混合，并且可阻止靠近燃料喷嘴122保持的火焰的释放。在其他实施例中，燃烧器系统100、200可在燃料喷嘴组件104与有孔火焰保持器102之间包括保持如上所述引燃或启动火焰206的永久性或收放式火焰保持器(未示出)。引燃或启动火焰206可从有孔火焰保持器102下方发出热量，从而将有孔火焰保持器102加热到预热阈值温度。

作为另外一种选择，例如，如结合图2B所述，可通过操作地联接至有孔火焰保持器102的加热器228来对有孔火焰保持器102进行预热。结合采用一个或多个燃料喷嘴218的燃料喷嘴组件104示出了加热器228、控制器230、输入/输出232和传感器234。加热器228及相关联的电路或控制器230和一个或多个传感器234可在一些实施例中用来代替图2A中所示的点火和启动火焰源120，以便对有孔火焰保持器102进行预热。然而，应认识到某些实施例可将引燃/启动源(如点火和启动火焰源120)和加热器228两者与相连的控制器或电路一起使用。因此，虽然本文对加热器228、控制器230、输入/输出232和传感器234的描述是参照图2B的实施例进行的，但该描述可类似地应用于参照图2A所述的燃烧器系统100。

图3为根据一个实施例的图1、图2A和图2B的有孔火焰保持器102的一部分的侧剖面图300。参见图2A、图2B和图3，有孔火焰保持器102包括限定多个穿孔210的有孔火焰保持器主体208，所述多个穿孔被对准为接收燃料和氧化剂混合物112。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则在有孔火焰保持器102的上下文中，术语穿孔、孔、缝隙、细长缝隙等应被认为是同义的。穿孔210被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物112支撑的燃烧反应302。虽然图2A示出了与单个燃料孔口108相关联的燃料和氧化剂混合物112，但这仅仅为与来自每个燃料孔口108的燃料相关联的燃料和氧化剂混合物的代表。

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，这些副产物包括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。

根据一实施例，有孔火焰保持器主体208可由被设置成接收燃料和氧化剂混合物112的输入面212、背离燃料和氧化剂源202的输出面214、和限定有孔火焰保持器102的横向范围的外周表面216界定。由有孔火焰保持器主体208限定的所述多个穿孔210从输入面212延伸到输出面214。所述多个穿孔210可在输入面212处接收燃料和氧化剂混合物112。然后，燃料和氧化剂混合物112可在所述多个穿孔210内或附近燃烧，并且燃烧产物可在输出面214处或附近离开所述多个穿孔210。

根据一个实施例，有孔火焰保持器102被配置成在持续操作期间将大部分的燃烧反应302保持在穿孔210内。例如，在稳态基础上，由燃料和氧化剂源202输出到燃烧体积150中的燃料分子的一半以上可在有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间被转化为燃烧产物。根据一另选的解释，可在有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间输出由燃烧反应302输出的热量的一半以上。在标称操作条件下，穿孔210可被配置成共同将至少80％的燃烧反应302保持在有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间。在一些实验中，发明人生成了明显全部包含在有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的穿孔210中的燃烧反应。根据一种替代解释，当燃烧被″时间平均(time-averaged)″时，有孔火焰保持器102可将燃烧支撑在输入面212和输出面214之间。例如，在瞬态过程中，如在有孔火焰保持器102被充分加热前，或如果将过多(冷)负荷置于系统上，则燃烧可能从有孔火焰保持器102的输出面214某种程度地向下游行进。

虽然以便于描述的方式描述了″火焰″，但应当理解，在一些情况下，在有孔火焰保持器102中或有孔火焰保持器102处不存在可见火焰。燃烧主要出现在穿孔210中，但是燃烧热的″辉光″主要是有孔火焰保持器102本身的可见辉光。在其他情况下，发明人已经注意到在稀释区域D_D内的瞬态回火或″吹气(huffing)″，其中可见火焰在一定区域内短暂地点燃，所述区域位于有孔火焰保持器102的输入面212与燃料喷嘴组件104之间，或在其他实施例中，位于有孔火焰保持器102的输入面212与一个或多个燃料喷嘴218之间。

此类瞬态回火通常持续时间很短，使得在按时间平均的基础上，燃烧的大部分是在有孔火焰保持器102的穿孔210中、在输入面212和输出面214之间发生。在另外的情况下，发明人已经注意到发生在有孔火焰保持器102的输出面214上方的明显燃烧，但是燃烧的大部分仍发生在有孔火焰保持器102中，如由来自有孔火焰保持器102的持续可见辉光(黑体辐射的可见波长尾)所证实的那样。

有孔火焰保持器102可被配置成接收来自燃烧反应302的热量并且将所接收的热量的一部分作为热辐射304输出到燃烧体积150之中或附近的热接收结构(例如炉壁和/或辐射段工作流体管)。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语热辐射(thermalradiation)、红外线辐射、辐射热、热量辐射(heat radiation)等应被理解为大体上同义的。具体地讲，此类术语指的是主要在红外波长中的电磁能的黑体辐射。

具体参见图3，有孔火焰保持器102将所接收的热量的另一部分输出到在有孔火焰保持器102的输入面212处接收的燃料和氧化剂混合物112。有孔火焰保持器主体208可至少在穿孔壁308的热量接收区域306中接收来自(放热)燃烧反应302的热量。实验证据已向发明人表明，热量接收区域306的位置或至少对应于热接收最大速率的位置可沿着穿孔壁308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212到输出面214距离的1/3和1/2之间(即与输出面214相比离输入面212略近一些的位置)。发明人设想了，在其他条件下，热量接收区域306可位于距有孔火焰保持器102的输出面214更近的位置。最有可能的是，热量接收区域306(或就此而言，在下文中描述的热量输出区域310)没有清晰限定的边缘。为了便于理解，热量接收区域306和热量输出区域310将被描述为特定区域306、310。

有孔火焰保持器主体208可通过热容表征。有孔火焰保持器主体208可保持量对应于热容乘以温度上升的来自燃烧反应302的热量，并将来自热量接收区域306的热量传递至穿孔壁308的热量输出区域310。通常，热量输出区域310比热量接收区域306更靠近输入面212。根据一种解释，有孔火焰保持器主体208可通过热辐射将来自热量接收区域306的热量传递至热量输出区域310，在图中示为304。根据另一种解释，有孔火焰保持器主体208可通过热传导沿着热传导路径312将来自热量接收区域306的热量传递至热量输出区域310。发明人设想了，可在将来自热量接收区域306的热量传递至热量输出区域310的过程中同时使用辐射和传导热传递机制二者。以这种方式，即使在由常规火焰保持器支撑时燃烧反应将不稳定的条件下，有孔火焰保持器102仍可充当热源以维持燃烧反应302。

发明人认为，有孔火焰保持器102使得燃烧反应302发生在与穿孔210的壁308相邻形成的热边界层314中。随着相对较冷的燃料和氧化剂混合物112接近输入面212，混合物流被分为分别流过各穿孔210的部分。随着越来越多的热量被传递至进入的燃料和氧化剂混合物112，热的有孔火焰保持器主体208将热量传递给流体，特别是在厚度渐增的热边界层314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302。因此，燃烧反应302被图示为发生在热边界层314中。随着流动的进行，热边界层314在合并点316处合并。理想的是，合并点316位于输入面212和限定穿孔210的末端的输出面214之间。在某一点，燃烧反应302使流动气体(和等离子体)输出至主体208的热量比接收自主体208的热量更多。热量在热量接收区域306处被接收，由主体208保持，并被传输至更靠近输入面212的热量输出区域310，热量在该热量输出区域被回收至冷反应物(以及任一所包括的稀释剂)以将它们升至燃烧温度。

在一个实施例中，所述多个穿孔210各自通过长度L来表征，长度L被定义为有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的反应流体传播路径长度。反应流体包括燃料和氧化剂混合物112(任选地包括氮气、烟道气、和/或其他″非反应性″物质)、反应中间体(包括表征燃烧反应的等离子体中的过渡态)和反应产物。

所述多个穿孔210可各自通过相对穿孔壁308之间的横向尺寸D来表征。发明人已发现，如果每个穿孔210的长度L是所述穿孔的横向尺寸D的至少4倍，则可在有孔火焰保持器102中维持稳定燃烧。在其他实施例中，长度L可为横向尺寸D的6倍。例如，已经在L为横向尺寸D的至少8倍、至少12倍、至少16倍和至少24倍的情况下进行实验。优选地，长度L长到足以使得在流经穿孔210的反应流体中邻近穿孔壁308形成的热边界层314在有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的穿孔210内会聚于合并点316处。在实验中发明人发现，L/D比介于12至48之间时能很好地工作(例如产生低NOx，产生低CO，并维持稳定燃烧)。

有孔火焰保持器主体208可被配置成在相邻穿孔210之间传输热量。在相邻穿孔210之间传输的热量可被选择为使得从第一穿孔210中的燃烧反应部分302输出的热量供应热量来稳定相邻穿孔210中的燃烧反应部分302。

根据一种解释，瞬态回火或吹气现象至少部分是足以支撑燃烧的燃料和氧化剂在稀释区域D_D中混合的结果。本文所述喷嘴通过以下方式限制燃料和氧化剂在燃料喷嘴附近的混合：限制可由常规非空气动力学燃料喷嘴引起的燃料和/或氧化剂涡流的形成。例如，平顶燃料喷嘴在中心孔口与边界之间提供低压区，使得当氧化剂流过喷嘴时，氧化剂被吸向低压区，从而引起可混合燃料和氧化剂的涡流。在不利用有孔火焰保持器的系统中，这种混合可为期望的。然而，在实施有孔火焰保持器的系统中，如果混合物被点燃(如用回火)，则燃料喷嘴附近的混合可不期望地支撑燃烧。

特别参见图2A-图2B，燃料和氧化剂源202还可包括燃料喷嘴组件104和氧化剂源，所述燃料喷嘴组件被配置成从孔口108(图2A中所示的燃料喷嘴组件104中)或孔口226(图2B中所示的燃料喷嘴组件104中)输出燃料，并且氧化剂源被配置成输出包括氧化剂的流体(例如，经由图1的管道110或图2B的管道220)。例如，燃料喷嘴组件104可被配置成输出纯的燃料。管道110、220可被配置成输出携带氧的助燃空气。

可由有孔火焰保持器支撑结构222保持有孔火焰保持器102，所述有孔火焰保持器支撑结构222被配置成使有孔火焰保持器102与燃料喷嘴组件104保持距离D_D。燃料喷嘴组件104可被配置成喷射所选择的燃料射流来挟带氧化剂，以随着燃料射流和氧化剂沿一定路径通过燃料喷嘴组件104和有孔火焰保持器102之间的稀释距离D_D行进至有孔火焰保持器102而形成燃料和氧化剂混合物112。除此之外或作为另外一种选择，(特别是当鼓风机或调节风门238用于输送氧化剂或助燃空气时)，氧化剂或助燃空气管道220可被配置成在燃料和氧化剂行进通过稀释距离D_D时挟带燃料。在一些实施例中，可提供烟道气再循环路径224。除此之外或作为另外一种选择，燃料喷嘴组件104可被配置成喷射所选择的一个或多个燃料射流，以随着燃料射流行进通过燃料喷嘴组件104和有孔火焰保持器102的输入面212之间的稀释距离D_D而挟带氧化剂以及挟带烟道气。燃料喷嘴105可被配置成通过一个或多个燃料孔口108喷射燃料，所述燃料孔口具有被称为″喷嘴直径″的尺寸。

有孔火焰保持器支撑结构222可支撑有孔火焰保持器102以在离锥形燃料喷嘴105的距离是喷嘴直径的大于20倍的距离D_D处接收燃料和氧化剂混合物112。在另一个实施例中，有孔火焰保持器102被设置成在离锥形燃料喷嘴105的距离是喷嘴直径的100倍至1100倍的距离D_D处接收燃料和氧化剂混合物112。优选地，有孔火焰保持器支撑结构222被配置成保持有孔火焰保持器102离锥形燃料喷嘴105的距离是喷嘴直径的约200倍或更多。当燃料和氧化剂混合物112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302输出最低NOx。

根据一实施例，燃料和氧化剂源202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、以及被配置成将助燃空气传输到预混室内的空气通道。阻焰器(未示出)可设置在预混燃料和氧化剂源与有孔火焰保持器102之间，并被配置成阻止火焰回火至预混燃料和氧化剂源内。

助燃空气管道220不论被配置用于在燃烧体积150中挟带还是被配置用于预混，都可包括鼓风机或调节风门238，所述鼓风机或调节风门被配置成迫使空气通过燃料和空气源202和/或控制被迫通过燃料和空气源202的空气的量。

有孔火焰保持器支撑结构222可被配置成例如从燃烧体积150的底部或壁(未示出)支撑有孔火焰保持器102。在另一个实施例中，支撑结构222从燃料和氧化剂源202支撑有孔火焰保持器102。作为另外一种选择，支撑结构222可从顶上部结构(诸如在向上点火系统情况下的烟道)悬挂有孔火焰保持器102。支撑结构222可沿各个取向和方向支撑有孔火焰保持器102。

有孔火焰保持器102可包括单个有孔火焰保持器主体208。在另一个实施例中，有孔火焰保持器102可包括共同提供平铺的有孔火焰保持器102的多个相邻的有孔火焰保持器区段。

有孔火焰保持器支撑结构222可被配置成支撑所述多个有孔火焰保持器区段。有孔火焰保持器支撑结构222可包括金属超合金、胶粘材料(cementatious)和/或陶瓷耐火材料。在一个实施例中，所述多个相邻有孔火焰保持器区段可通过纤维增强耐火胶粘材料连接。

有孔火焰保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少2倍。在另一个实施例中，有孔火焰保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为有孔火焰保持器102的输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少3倍、至少6倍或至少9倍。

在一个实施例中，有孔火焰保持器102的宽度尺寸W可小于燃烧体积150的宽度。这可允许从有孔火焰保持器102上方至下方的烟道气再循环路径224位于有孔火焰保持器102的外周表面216和燃烧体积壁(未示出)之间。

再次参见图2和图3，穿孔210可包括细长方形，这些细长方形中的每一个具有方形相对侧之间的横向尺寸D。在另一个实施例中，穿孔210可包括细长六边形，这些细长六边形中的每一个具有六边形相对侧之间的横向尺寸D。在另一个实施例中，穿孔210可包括中空圆柱体，这些中空圆柱体中的每一个具有对应于圆柱体直径的横向尺寸D。在另一个实施例中，穿孔210可包括截锥(truncated cones)，其中这些截锥中的每一个具有绕从输入面212延伸至输出面214的长轴旋转对称的横向尺寸D。基于标准参考条件，穿孔210可各自具有等于或大于燃料淬熄距离的横向尺寸D。

在实施例的一个范围中，所述多个穿孔中的每一个具有介于0.05英寸和1.0英寸之间的横向尺寸D。优选地，所述多个穿孔中的每一个具有介于0.1英寸和0.5英寸之间的横向尺寸D。例如，所述多个穿孔可各自具有约0.2英寸至0.4英寸的横向尺寸D。

有孔火焰保持器102的空隙率被定义为有孔火焰保持器102的一个区段中的所有穿孔210的总体积除以包括主体208和穿孔210的有孔火焰保持器102的总体积。有孔火焰保持器102应具有介于0.10和0.90之间的空隙率。在一个实施例中，有孔火焰保持器102可具有介于0.30和0.80之间的空隙率。在另一个实施例中，有孔火焰保持器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。

有孔火焰保持器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，有孔火焰保持器102可由莫来石或堇青石形成。除此之外或作为另外一种选择，有孔火焰保持器主体208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。有孔火焰保持器主体208可限定出蜂窝结构。

发明人已发现，有孔火焰保持器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)的陶瓷蜂窝体形成。

穿孔210可彼此平行并垂直于输入面212和输出面214。在另一个实施例中，穿孔210可彼此平行并与输入面212和输出面214成一角度形成。在另一个实施例中，穿孔210可彼此之间不平行。在另一个实施例中，穿孔210可彼此之间不平行且不相交。在另一个实施例中，穿孔210可以相交。主体208可为一体式的或可由多个区段形成。

在另一个实施例中，有孔火焰保持器102可由挤出陶瓷材料形成的网状纤维形成。术语″网状纤维″指的是纤维的网状结构。

在另一个实施例中，有孔火焰保持器102可包括捆绑在一起的多个管或筒。所述多个穿孔210可包括中空圆柱体，并任选地还可在捆绑的管之间具有孔隙空间。在一个实施例中，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，并被配置成将管粘附在一起。在另一个实施例中，所述多个管可包括金属(例如超合金)管。可由环绕所述多个管并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。

有孔火焰保持器主体208可另选地包括堆叠的穿孔材料板，每个板均具有与在底下的板和压在上面的板的开口连通的开口，所述相连通的开口形成穿孔210。穿孔板可包括穿孔金属板、陶瓷板和/或膨胀板。在另一个实施例中，有孔火焰保持器主体208可包括不连续填料体，使得穿孔210在不连续填料体之间的孔隙空间中形成。在一个实例中，不连续填料体可包括规整填料形状。在另一个实例中，不连续填料体可包括随机填料形状。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有孔火焰保持器102的燃烧器系统提供此类洁净燃烧的各种解释。

在一个方面，即使在常规火焰保持器无法稳定支撑燃烧反应的特定条件下，有孔火焰保持器102仍充当热源以维持燃烧反应。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，根据一个实施例，在燃料和氧化剂混合物112接触有孔火焰保持器102的输入面212的点，燃料和氧化剂混合物112的平均燃料与氧化剂比低于燃料流的燃料组分的(常规)燃烧下限-″燃烧下限″定义了当燃料/空气混合物在标准大气压下和25℃(77°F)环境温度下暴露于瞬时点火源时燃料/空气混合物将会燃烧的最低燃料浓度。

根据一种解释，由有孔火焰保持器102支撑的一种或多种燃料和氧化剂混合物112可以比在常规燃烧器中提供稳定燃烧的混合物更加贫燃(fuel-lean)。与接近贫燃极限到富燃极限范围中心的混合物相比，接近燃料燃烧下限的燃烧通常在较低绝热火焰温度下燃烧。与较高火焰温度相比，较低火焰温度通常释出较低浓度的NOx。在常规火焰中，太贫的燃烧通常与堆叠下的高CO浓度相关联。相比之下，已发现，本文所述的有孔火焰保持器102和包括有孔火焰保持器102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。在一些实施例中，发明人实现了被理解为非常贫的混合物(尽管在堆叠下仅产生约3％或更低的测得O₂浓度)的稳定燃烧。此外，发明人认为，穿孔壁308可充当燃烧流体的散热器。作为另外一种选择或除此之外，该效应可降低燃烧温度。

根据另一种解释，如果燃烧反应302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(包括氧和挟带的氮)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，反应物经过有孔火焰保持器102所需的时间非常短。因此，与有孔火焰保持器燃烧相关联的低NOx产生可与反应物(和挟带的氮)经过有孔火焰保持器102所需的较短持续时间有关。

对于将CO氧化成二氧化碳(CO₂)而言，因为CO氧化反应是相对较慢的反应，所以考虑到非常低的测得(实验和全尺寸规模)CO浓度，经过有孔火焰保持器的时间(可能加上从有孔火焰保持器102朝向烟道所经过的时间)显然是充足的并且处于足够高温。

图4为流程图，示出了用于操作包括本文示出和所述的有孔火焰保持器的燃烧器系统的方法400。为了操作包括有孔火焰保持器的燃烧器系统，首先加热有孔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400从步骤402开始，其中将有孔火焰保持器预热至启动温度T_S。有孔火焰保持器上升至启动温度后，方法进行到步骤404，其中向有孔火焰保持器提供燃料和氧化剂，并由有孔火焰保持器保持燃烧。

根据更加详细的描述，步骤402从子步骤406开始，其中向有孔火焰保持器提供启动能量。与提供启动能量同时或在提供启动能量后，决定子步骤408确定有孔火焰保持器的温度T是否等于或高于启动温度T_S。只要有孔火焰保持器的温度低于其启动温度，该方法就在预热步骤402中的子步骤406和408之间循环。在子步骤408中，如果有孔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400进行到步骤404，其中向有孔火焰保持器提供燃料和氧化剂，并由有孔火焰保持器保持燃烧。

步骤404可被分解为若干分立的子步骤，其中的至少一些子步骤可同时发生。

从子步骤408开始，向有孔火焰保持器提供燃料和氧化剂混合物，如子步骤410所示。燃料和氧化剂可由燃料和氧化剂源提供，所述燃料和氧化剂源可例如包括与用于启动的燃料喷嘴和一个或多个助燃空气源不同的燃料喷嘴和助燃空气源。在这个方法中，沿着选定的一个或多个方向输出燃料和助燃空气，以使得由有孔火焰保持器102的输入面(例如，212)接收燃料和助燃空气的混合物。燃料可挟带助燃空气(或另选地，助燃空气可稀释燃料)，以在为可保持在有孔火焰保持器的穿孔内的稳定燃烧反应选择的燃料稀释度，在有孔火焰保持器的输入面提供燃料和氧化剂混合物。

进行到子步骤412，通过有孔火焰保持器保持燃烧反应。

在子步骤414中，可从有孔火焰保持器输出热量。从有孔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。

在任选的子步骤416中，可感测燃烧的存在。发明人已使用并设想了各种感测方法。一般来讲，有孔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、紫外传感器、带电物质传感器、热电偶、热电堆和/或其他已知的燃烧感测装置来执行燃烧感测。在子步骤416的额外或替代变型中，如果燃烧在有孔火焰保持器中熄灭，则可提供引燃火焰或其他点火源(例如，点火和启动火焰源120)来点燃燃料和氧化剂混合物。

进行到决定子步骤418，如果感测到燃烧不稳定，则方法400可退出到步骤424，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402、调节燃料和/或空气流量或方向、输出警报信号、点燃备用燃烧系统或其他步骤。如果在子步骤418中确定有孔火焰保持器中的燃烧是稳定的，则方法400进行到决定子步骤420，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404中)回到子步骤410，并继续燃烧过程。如果指示燃烧参数的改变，则方法400进行到子步骤422，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404中)回到子步骤410，并继续燃烧。

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)，则可在子步骤422中减少燃料和氧化剂流量。相反地，如果热量需求增加，则可增加燃料和氧化剂流量。除此之外或作为另外一种选择，如果燃烧系统处于启动模式，则可在步骤404中的循环的一次或多次重复中向有孔火焰保持器逐渐增加燃料和氧化剂流量。

如结合图3和图4所述，有孔火焰保持器102通过将热量输出至进入的燃料和氧化剂混合物112来操作。建立正常燃烧后，由燃烧反应302提供该热量；但是建立燃烧前，可由加热器228提供该热量。

发明人已使用并设想了各种预热装置。在一些实施例中，加热器228可包括被配置成支撑火焰的近侧火焰保持器，所述火焰被设置成加热有孔火焰保持器102，例如通过辐射或对流加热，具体取决于燃料类型和/或其他参数。燃料和氧化剂源202可连接到被配置成喷射燃料流的燃料喷嘴组件104，并且连接到被配置成邻近燃料流传输助燃空气的氧化剂管道220。燃料喷嘴组件104可被配置成输出待由助燃空气逐渐稀释的燃料流。有孔火焰保持器102可被设置成接收支撑由有孔火焰保持器102在有孔火焰保持器102处于操作温度时稳定的燃烧反应(诸如燃烧反应302)的稀释的燃料和空气混合物112。相比之下，启动火焰保持器可被配置成在对应于富燃料和空气混合物112的位置支撑启动火焰，该启动火焰在没有加热的有孔火焰保持器102提供稳定的情况下是稳定的。

燃烧器系统200还可包括操作地联接至加热器228和数据接口232的控制器230。例如，控制器230可被配置成控制启动火焰保持器致动器，所述启动火焰保持器致动器被配置成使启动火焰保持器(如上述近侧火焰保持器)在有孔火焰保持器102需要被预热时保持启动火焰206，并在有孔火焰保持器102处于操作温度(例如当T≥T_S时)时不保持启动火焰。

设想了各种用于致动启动火焰的替代方法。在一个实施例中，启动火焰保持器包括机械致动钝体，其被配置成被致动拦截燃料和氧化剂混合物112以产生热再生涡流从而保持启动火焰；或被致动不拦截燃料和氧化剂混合物112以使燃料和氧化剂混合物112进入有孔火焰保持器102。在另一个实施例中，燃料控制阀、鼓风机和/或阻尼器可用于选择足以使启动火焰喷射稳定的燃料和氧化剂混合物流速；并且在达到有孔火焰保持器102的操作温度后，可增大流量以″吹灭″启动火焰，从而允许易燃材料进入有孔火焰保持器102。在另一个实施例中，加热器228可包括电源，所述电源经由例如加热器228的控制输出来操作地联接至控制器230，并被配置成向燃料和氧化剂混合物112施加电荷或电压。导电启动火焰保持器可选择性地耦接至接地电压或被选择用于吸引燃料和氧化剂混合物112中的电荷的其他电压。发明人发现，电荷吸引导致导电启动火焰保持器保持启动火焰。

在另一个实施例中，加热器228可包括被配置成向有孔火焰保持器102和/或燃料和氧化剂混合物112输出热量的电阻加热器。电阻加热器228可被配置成加热有孔火焰保持器102至操作温度。加热器228还可包括电源和开关，所述开关可在控制器230的控制下经由加热器228的控制输入来操作，以将电源选择性地联接至电阻加热器。

电阻加热器228可通过各种方式形成。例如，电阻加热器228可由螺纹穿过由有孔火焰保持器主体208限定形成的穿孔210的至少一部分的导线(得自瑞典哈尔斯塔哈马市的山特维克公司的山特维克材料技术部(Sandvik Materials Technologydivision of Sandvik AB of Hallstahammar，Sweden))形成。作为另外一种选择，加热器228可包括感应加热器、高能(例如微波或激光)束加热器、摩擦加热器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228可包括被配置成将脉冲点火输出至空气和燃料的放电点火器或热表面点火器。除此之外或作为另外一种选择，启动装置可包括引燃火焰装置(例如，在图1、图2A中所示的点火和启动火焰源120处)，所述引燃火焰装置被设置成点燃由从燃料喷嘴218喷出的、本来会进入有孔火焰保持器102的燃料所形成的燃料和氧化剂混合物112。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至控制器230，该控制器230可在有孔火焰保持器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有孔火焰保持器102中或其上游维持燃料和氧化剂混合物112的燃烧。

燃烧器系统200还可包括操作地联接至控制器230的传感器234。传感器234可包括热传感器，所述热传感器被配置成检测有孔火焰保持器102的红外辐射或温度，并且经由传感器234的温度指示输出来传输指示红外辐射或温度特性的数据。控制器230可被配置成响应于来自传感器234的输入来控制加热装置228。任选地，燃料控制阀236可被操作地联接至控制器230，并且被配置成控制燃料向燃料和氧化剂源202的流动。除此之外或作为另外一种选择，氧化剂鼓风机或阻尼器238可被操作地联接至控制器230，并且被配置成控制氧化剂(或助燃空气)的流动。

传感器234还可包括操作地联接至控制器230的燃烧传感器，该燃烧传感器被配置成检测由有孔火焰保持器102保持的燃烧反应的温度、视频图像和/或光谱特征。燃料控制阀236可被配置成控制从燃料源至燃料和氧化剂源202的一个或多个燃料流。例如，控制器230可被配置成控制流入燃料喷嘴105、218及点火和启动火焰源120中的燃料供应的至少一者。控制器230可被配置成响应于来自燃烧传感器234的输入控制燃料控制阀236。控制器230可被配置成控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或调节风门238以控制加热器228的预热火焰类型，从而将有孔火焰保持器102预热至操作温度。控制器230可类似地控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或调节风门238，以响应于通过数据接口232作为数据接收的热量需求变化来改变燃料和氧化剂混合物112流。

图5A和图5B分别为根据一个实施例的燃料喷嘴组件104的锥形燃料喷嘴105的简化顶视图和剖面侧透视图。所示实施例的燃料喷嘴组件104可包括环形翼部502，其中形成有通道506以便将燃料携带到围绕翼部502间隔开的燃料孔口108。翼部502的主横向平面可被布置成基本上垂直于纵向方向L。翼部502的通道506可连接到一个或多个进料轮辐510内的进料通道509再连接到燃料立管511。燃料立管511可传输从燃料供应管线508供应的燃料。翼部502可具有基本上在纵向L上取向的锐后缘106，并且还可具有圆形或成角度的前缘514。在一些实施例中，与后缘106类似，前缘514可成锐角或呈锥形。

锥形燃料喷嘴105的实施例还可包括引燃或启动燃料连接件504，以便将引燃或启动燃料从引燃燃料管线512输送到点火和启动火焰源120(如引燃燃烧器)。引燃燃料管线512被示出为与燃料立管511同轴。作为另外一种选择，引燃燃料管线512可被设置成平行于燃料立管511或完全从不同方向供应。引燃或启动燃料连接件504可操作地连接到点火源120。点火源或引燃燃烧器120可包括经由引燃或启动燃料连接件504连接到引燃燃料管线512的喷嘴(例如，图2A中的常规喷嘴122)。点火源或引燃燃烧器120的喷嘴可为具有某种结构的常规喷嘴，根据一种解释，所述结构致使在经过的助燃空气(氧化剂)中形成涡流。根据一种解释，因具有相对较高阻力的喷嘴形状而形成的涡流，可有助于将引燃燃料与助燃空气混合，从而支撑靠近点火源或引燃燃烧器120的点燃的燃烧反应。然而，应当理解，据信由这种较高阻力喷嘴形成的涡流也会阻碍喷嘴附近保持的启动火焰的释放或传递。

燃料喷嘴组件104被配置成允许气流F在纵向方向L上行进，气流F与来自燃料孔口108的燃料合并而形成燃料氧化剂混合物112。燃料孔口108在锐后缘106处或沿着该锐后缘等距地间隔开，以有助于从中喷出的燃料与氧化剂(例如，气流F中的空气)均匀混合而得到燃料和氧化剂混合物112。前缘514可为圆形的或者相对于气流F形成有减小的迎角。

虽然所示燃料喷嘴组件104布置有在纵向方向L上观察时呈环面形状的翼部502(参见图5A)，但翼部502可形成为任何其他有利的形状。翼部502的形状可为二维对称形状，其中点火源120被布置成在其中心具有一个或多个点火器。

如本文所述，根据一个实施例的燃料喷嘴组件104可用于完成图4中所示的相关方法的预热步骤402。因此，可通过在点火源120处点燃燃料和氧化剂混合物(诸如图1-图3的燃料和氧化剂混合物112)来产生预热火焰206。参见图2A，引燃、启动或预热火焰206用于加热有孔火焰保持器102直到有孔火焰保持器102能够维持燃烧反应，该情况可如本文所述的那样感测。

在一些实施例中，点火源120可包括多个点火器，这些点火器设置在燃料喷嘴组件104周围的各种位置，以允许预热火焰206消耗从孔口108喷出的燃料和氧化剂混合物112的一部分，而燃料和氧化剂混合物112的未消耗部分到达有孔火焰保持器102。即，可在启动阶段期间点燃从孔口108喷出的燃料，以加热有孔火焰保持器102。有孔火焰保持器102处的燃烧反应接着点燃燃料和氧化剂混合物112的未消耗部分。也可通过以下方式划分燃料和氧化剂混合物112以包括预热火焰或部分预热火焰和未消耗部分：将其点火源120或点火器从第一位置移动到第二位置。第一位置允许全部燃料和氧化剂混合物112被预热火焰206消耗，而第二位置允许燃料和氧化剂混合物112的未消耗部分到达有孔火焰保持器102。当燃料喷嘴105交替用于预热和正常操作条件时，有孔火焰保持器102或喷嘴105自身可从一个位置移动到另一个位置，从而实现特性或结果的各种变化。例如，这种位置移动可实现火焰尺寸、形状和/或强度的变化；可改变氧化剂流动特性(例如，通过利用翼部502以所需方式引导空气)，和/或可另外允许预热火焰206有效利用燃料和/或氧化剂以便预热有孔火焰保持器102。

燃料喷嘴组件104可被配置成在停用或部分停用点火源120时允许燃料和氧化剂混合物112到达有孔火焰保持器102而不被预热火焰消耗。翼部502的锐后缘106和圆形前缘514两者均可被配置成在燃料离开燃料孔口108时减小燃料的轨迹角(angle oftrajectory)，和/或被配置成在气流通过翼部502时减小气流的湍流。翼部502(包括锐后缘106和圆形前缘514)的形状从而在停用或部分停用点火和启动火焰源120时降低火焰传播通过燃料和氧化剂混合物112的能力。

翼部502可由一段管材形成，该段管材可通过轧制或某种其他方法拉长，以便形成细长的(例如，长圆形(oblong)的)内部通道506，其中后缘106可被加工或以其他方式形成为如图5B中所示的锥形形状。作为另外一种选择，翼部502可包括形成通道506的一段管材以及附接到管材的次级结构，诸如形成为V形并焊接或以其他方式附接到管材的金属片材结构，从而形成锐后缘106。该形式的一个例子在图5B的叉形构件510中示出。其他形成方法，诸如挤出、3D打印、其他方法或它们的组合，也在本公开的范围内。

图6A-图6E示出了替代燃料喷嘴实施例，其中一个或多个单独燃料喷嘴218可形成根据实施例的燃烧器系统(诸如图2B中所示的燃烧器系统200)的至少一部分。燃料喷嘴218可被设置成分立喷嘴的阵列，这些喷嘴的组合在功能上可类似于上述环形燃料喷嘴105，但不是一体式结构。燃料喷嘴218可形成有锥形轮廓和/或尖端602，其提供了与上文结合图5A和图5B的环形燃料喷嘴组件104所述的锐后缘106类似的优点。燃料喷嘴218还可形成有圆形或成角度(例如，截头圆锥形)的周向前缘514。燃料喷嘴218可包括位于顶端602处或其附近的至少一个燃料孔口226。与上述燃料孔口108一样，一个或多个燃料喷嘴218的燃料孔口226可具有称为″喷嘴直径″的尺寸。每个燃料孔口226可与燃料喷嘴218的燃料室608流体连接，以便分配接收自例如一个或多个燃料供应管线(如图6A和图6E中所示的燃料立管511)的燃料。

燃料喷嘴218还可具有其上形成的扁圆或扁平区段604，所述区段可用于操纵燃料喷嘴218(例如，以便接受用于安装和移除的常规扳手)。这些燃料喷嘴218中的每一个可包括用于连接到一个或多个燃料供应管线(如燃料立管511)的连接部分(如螺纹606)。作为另外一种选择(或除此之外)，连接部分可包括用于压力配合、卡扣配合的结构或其他连接机构。燃料喷嘴218的阵列可被布置成例如二维阵列(未示出)，其可对应于有孔火焰保持器102的形状。

图6A的燃料喷嘴218具有单个针形尖端602且尖端602处或其附近有孔口226，并且所述燃料喷嘴具有外螺纹606，所述外螺纹被设置成允许与燃料供应管线或燃料立管511的互补内螺纹部分进行螺纹接合。然而，燃料喷嘴218可包括不止一个孔口226，如图6B、图6D中所示，或者可适应相对较大的中心孔口226，如图6C中所示。

在一些实施例中，可能期望燃料喷嘴218的外径与燃料立管511的直径基本上相同，以便最佳逼近经过燃料喷嘴218的氧化剂层流。因此燃料喷嘴218可具有附接结构，诸如图6A-图6D中所示的螺纹606，其被设置成接合燃料立管511的内径。在其他实施例中，燃料喷嘴218可具有如图6E中所示直径大于燃料立管511的外部结构，从而可实现所需的氧化剂方向、混合特性等。

本领域的技术人员将认识到上述燃料喷嘴218的各种特征可以以各种组合实施。例如，燃料喷嘴218可具有大于燃料立管511的外径，并且可包括多个孔口226。由于燃料喷嘴218可被排列成有利于燃料和氧化剂输送到有孔火焰保持器102的任何图案，因此燃料立管511可形成为具有远离燃料喷嘴218或靠近燃料喷嘴218的横向部分。例如，喷嘴阵列中的每个燃料喷嘴218可具有在远离有孔火焰保持器102的方向上在燃料喷嘴后延伸一距离并最终到达歧管(未示出)的相应燃料立管511，所述歧管可将燃料输送到相应燃料立管511。该结构与单独燃料控制阀(例如，燃料控制阀236)相结合可有利于对每个燃料喷嘴218的燃料输送的单独控制。作为另外一种选择，可经由初级燃料立管511将燃料输送到燃料喷嘴218，所述初级燃料立管可经由横向燃料管(未示出)靠近燃料喷嘴218分开。

图7为流程图，示出了利用包括本文所述有孔火焰保持器和锥形主燃料喷嘴的燃烧器系统的方法700。在步骤702中，预热有孔火焰保持器，如上述有孔火焰保持器102。在一些实施例中，可感测有孔火焰保持器的温度，并将该温度与预热阈值温度进行比较(步骤704)。在步骤706中，可经由氧化剂流将氧化剂输送到有孔火焰保持器。例如，可经由氧化剂管道(例如，管道110、220)或其他氧化剂路径，从氧化剂源供应氧化剂流，如空气。在一些具体实施中，可引导氧化剂流流过一个或多个主燃料喷嘴，诸如上述燃料喷嘴105、218。在步骤708中，经由一个或多个燃料输送孔口，诸如燃料喷嘴的孔口108、226，从此类燃料喷嘴喷射燃料流。在利用温度传感器的具体实施中，可基于所感测的温度来控制燃料的输送。例如，当控制器从温度传感器接收到温度输出时，可引发燃料流。控制器可将所感测的温度与预定阈值温度进行比较，并且可输出控制信号，指示可喷射燃料。在一个实施例中，控制信号可控制机电阀的打开，以向燃料喷嘴提供燃料。在一些具体实施中，控制信号可为简单二进制(开/关)控制，而在其他具体实施中，控制信号可提供可用于控制燃料输送速率、氧化剂输送速率和/或燃烧器系统的其他参数的一系列模拟或数字信号。

如上所述的一个或多个燃料喷嘴可具有限制一个或多个燃料喷嘴附近的燃料和氧化剂混合物的量的结构、形状和/或取向。例如，在宽度上从喷嘴基部朝喷嘴尖端(诸如针形尖端或锐后缘或尖端)减小的锥形结构，减小了在常规平头燃料喷嘴中可在燃料输送孔口附近提供低压区的区域。根据一种解释，流过该低压区的氧化剂受到该低压吸引，因此中断层流。所产生的涡流造成在孔口附近混合氧化剂和燃料。在一些情况下，靠近燃料喷嘴的燃料-氧化剂混合物可支撑燃烧。因此，提供锥形喷嘴结构以限制此类涡流的生成-从而将燃料和氧化剂的混合物转移到更接近有孔火焰保持器的区域。

相邻的燃料流和氧化剂流最终靠近有孔火焰保持器进行混合，从而提供由有孔火焰保持器接收的燃料和氧化剂混合物(步骤710)。预热的和/或维持在操作温度下的有孔火焰保持器点燃燃料和氧化剂混合物以便燃烧(步骤712)。

图8为流程图，示出了根据一个实施例的方法800，该方法用于对采用本文所述燃料喷嘴组件的燃烧器系统的有孔火焰保持器进行预热。在步骤802中，通过具有锐后缘或尖端的燃料喷嘴，诸如上述燃料喷嘴105和218，将燃料输送到燃料和氧化剂混合物，由于这些喷嘴具有空气动力学形状，使靠近燃料喷嘴形成氧化剂涡流最小化。在步骤804处，将燃料和氧化剂混合物点燃以产生预热火焰。在步骤806处，将预热火焰保持在设置于燃料喷嘴与有孔火焰保持器(如有孔火焰保持器102)之间的可解除的、近侧火焰保持器处，并且用于加热有孔火焰保持器。在步骤808处，感测或检测有孔火焰保持器的热量或温度，并与预定预热阈值进行比较，以便确定有孔火焰保持器是否能够维持燃烧反应以消耗燃料和氧化剂混合物。当有孔火焰保持器的温度满足或超过预热阈值时，解除可解除的火焰保持器(步骤810)，然后在有孔火焰保持器处将燃料和氧化剂混合物点燃并通过燃烧反应消耗(步骤812)并且通过从有孔火焰保持器辐射的热量维持。有孔火焰保持器处的点火可由有孔火焰保持器的热量自然地进行。根据该方法800，点火源被配置成在燃料喷嘴与有孔火焰保持器之间点燃预热火焰。在一些情况下，点火源可包括一个或多个点火器。

如上所述，可解除的火焰保持器可为物理上可移动的火焰保持器，引入到喷嘴与有孔火焰保持器之间的燃料和氧化剂混合物中的电荷，或可为由燃烧器的空气动力学特性形成并可通过管理燃料和/或氧化剂的流动特性(例如，流量、方向、蔓延)来控制的涡流。应当理解，图8中表示的步骤的确切顺序可包括同时发生或可交换的步骤。例如，在有孔火焰保持器处点燃燃料-氧化剂混合物或燃料-氧化剂混合物的未燃烧部分(步骤812)可在解除可解除的火焰保持器(步骤810)之前或同时发生。

图9为流程图，示出了根据另一个实施例的方法900，该方法用于对采用本文所述燃料喷嘴组件的燃烧器系统的有孔火焰保持器进行预热。在方法900中，预热方案允许在引燃燃料喷嘴处由预热火焰进行的燃烧协调传递到有孔火焰保持器处的燃烧。首先，除了通过燃料喷嘴组件(如上述燃料喷嘴组件104)供应的任何燃料之外，还通过一个或多个引燃燃料喷嘴供应燃料(步骤902)。

再次转到图9，在步骤904处，将由一个或多个引燃燃料喷嘴所输送的燃料得到的燃料和氧化剂混合物点燃，以产生预热火焰；在步骤906处，所述预热火焰加热有孔火焰保持器。在步骤908处，感测有孔火焰保持器处的温度，并将该温度与预定预热阈值温度进行比较。当有孔火焰保持器的所感测部分处的温度等于或高于阈值温度时，调节对一个或多个引燃喷嘴的燃料供应(例如，调至更低体积或关闭)(步骤910)，同时通过一个或多个非引燃燃料喷嘴(每一者具有锐后缘或尖端)将燃料输送到燃料和氧化剂混合物(步骤912)。来自非引燃燃料喷嘴的燃料和氧化剂混合物可在充分加热的有孔火焰保持器处自动点燃(步骤914)，并且在一些实施例中，由来自一个或多个引燃喷嘴的减少的燃料流自动点燃。

一旦燃烧反应在有孔火焰保持器处发生并稳定，就可根据结合图4所述的方法操作燃烧器系统。

图10A-图10B分别示出了燃料喷嘴1018的侧视图和顶视图，所述燃料喷嘴具有围绕燃料喷嘴1018的锥形部分布置的多个燃料孔口1026(类似于上述燃料孔口226)。燃料喷嘴1018可渐缩到后尖端1002。如上文关于燃料喷嘴218指出的，每个燃料孔口1026与燃料室1008流体连接，可包括附接结构如螺纹部分1006，并且可包括有助于操纵诸如安装和移除的扁圆区段1004。

每个燃料孔口1026可经由孔口路径1010连接到燃料室1008。孔口路径1010可被选择为在从燃料喷嘴1018喷射燃料时影响燃料的所需旋流。孔口路径1018和燃料孔口1026可被布置成产生旋流数为0.6或更小的燃料分布。在一些实施例中，每个孔口路径1010燃料孔口1026被布置成产生比0.6低得多的旋流数(与氧化剂旋流聚合)。旋流数是角动量与轴向动量的无量纲比，例如，如Chigier和Beer所述(N.A.Chigier，and J.M.Beer.J.BasicEng.788-796，1964(N.A.Chigier和J.M.Beer，《基础工程杂志》，第788-796页，1964年))。虽然难以测量实际旋流数，但″几何旋流数″在一些情况下可基于旋流发生器的几何角度。

因此，可提供孔口路径1010和燃料孔口1026的复合角，该复合角会在燃料中形成旋流。可使用至少两个角度α和β限定复合角。在图10A-B中，相对于燃料喷嘴1018的纵向方向和相应燃料孔口1026的中心提供第一孔口路径角度α，同时相对于燃料喷嘴1018的横向方向和相应燃料孔口1026的中心提供第二孔口路径角度β。

类似地，根据引入到燃烧器中的相关氧化剂的旋流，燃料喷嘴1018可被配置成以增强或限制燃料和氧化剂混合的方式喷射燃料。例如，由燃料孔口1026和其孔口路径1010的复合角引入的燃料旋流可与氧化剂旋流互补(从而初始限制混合物)或可与氧化剂旋流相对(增强初始混合物)。由于系统中存在损失，几何旋流数始终高于真实旋流数。

图11A-B示出了具有氧化剂旋流特征的燃料喷嘴1118。例如，图11A包括被配置成将氧化剂引导成旋流流型的旋流翼片或叶片1120。旋流翼片或叶片1120可附接到燃料喷嘴1118或与该燃料喷嘴一体地形成，并且可从燃料喷嘴1118的表面伸出一距离。例如，旋流翼片或叶片1120可伸出燃料喷嘴1118直径的1/8与1/2之间，可伸出燃料喷嘴1118直径的3/16至5/16，或在一些实施例中，可伸出燃料喷嘴1118直径的一半以上。

图11B示出了燃料喷嘴1118的变型，其在燃料喷嘴1118的表面中包括凹槽1122。凹槽1122可按与图11A中的旋流翼片或叶片1120类似的方式实现氧化剂旋流。

上述氧化剂旋流特征可与结合图10A-B所述的燃料旋流特征相组合。此外，本领域的技术人员将认识到，燃料旋流特征及基于燃料喷嘴的氧化剂旋流器可在本公开中所述的任何燃料喷嘴或燃料喷嘴组件上实施。例如，燃料喷嘴组件105可包括进料轮辐510上、翼部502上和/或启动火焰源120上的氧化剂涡旋结构。

图12示出了燃烧器，该燃烧器具有上文结合图10A-B所述的燃料喷嘴1018以及氧化剂管道1220(具有与上述氧化剂管道120、220共同的特征)。氧化剂管道1220包括氧化剂旋流机构1222，诸如旋流叶片，其被配置成在氧化剂通过燃料喷嘴1018时提供氧化剂旋流1224。实施例可包括用于初级氧化剂和/或用于次级(再循环的)氧化剂的一个或多个氧化剂旋流器机构1222。燃料喷嘴1018的燃料涡旋特征(例如，孔口路径1010和燃料孔口1026的复合角)可被选择为生成实现所需效应的燃料旋流1230。例如，燃料旋流特征可被选择为使燃料旋流与涡旋氧化剂1224基本上匹配，从而最大程度减少靠近燃料喷嘴混合氧化剂和燃料，和/或将氧化剂和燃料的混合物转移到更接近火焰保持器(例如，有孔火焰保持器102)的位置。

图13示出了将燃料和氧化剂输送到有孔火焰保持器(例如，有孔火焰保持器102)的方法1300。步骤1302包括经由氧化剂管道(例如，上述管道110、220、1220)将氧化剂输送到有孔火焰保持器。在一些实施例中，氧化剂管道可包括氧化剂涡旋结构(例如，上述氧化剂涡旋机构1222)。步骤1304包括经由具有成角度燃料孔口(例如，燃料孔口1026、1126，和/或包括孔口路径1010)的燃料喷嘴(例如，燃料喷嘴1018、1118)将涡旋燃料输送到有孔火焰保持器。燃料孔口的角度生成经由其输送的燃料的旋流流型(例如，燃料旋流1230)。在步骤1306中，燃料喷嘴的氧化剂旋流特征提供氧化剂旋流(例如，氧化剂旋流1224)。上文结合图12描述了包括氧化剂旋流特征的燃料喷嘴实施例。应当理解，作为另外一种选择或除此之外，该方法的一些实施例可包括氧化剂旋流特征，诸如旋流叶片或翼片，它们设置在氧化剂管道中或与氧化剂管道一体化或作为单独的特征。在一个例子中，氧化剂旋流特征可独立于氧化剂管道和燃料喷嘴两者，例如悬挂在氧化剂管道与有孔火焰保持器之间的氧化剂旋流叶片(未示出)。类似地，发明人注意到，可通过燃料喷嘴外部的结构使燃料射流或燃料流重定向而形成燃料旋流。这种燃料重定向结构可包括物理转向结构，例如燃料孔口外部的平的或弯曲通道。

虽然本文已经公开了多个方面和实施例，但也可设想其他方面和实施例。本文所公开的各个方面和实施例出于说明性目的，而并非旨在进行限制，真实范围和精神由以下权利要求书指示。

Claims (42)

1.一种燃烧系统，包括：

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴被配置成经由至少一个燃料孔口喷射燃料流形式的燃料；

氧化剂供应，所述氧化剂供应被配置成邻近所述燃料喷嘴输出氧化剂流形式的氧化剂；

有孔火焰保持器，所述有孔火焰保持器被设置在离所述燃料喷嘴和所述氧化剂源的一距离处，所述有孔火焰保持器被取向成接收来自所述燃料喷嘴和所述氧化剂供应的混合的燃料和氧化剂，并且被配置成在所述有孔火焰保持器处于操作温度时保持所述混合的燃料和氧化剂的燃烧反应；以及

限定所述燃料喷嘴的锥形顶端，所述锥形顶端在宽度上从喷嘴基部朝喷嘴端部减小，所述宽度上的减小限制了靠近所述燃料喷嘴的所述燃料和所述氧化剂的混合。

2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述锥形顶端的形状允许所述燃料的输出和所述氧化剂的通过，而基本上不会造成在足以在靠近所述燃料喷嘴的位置处保持所述燃烧反应的所述燃料和所述氧化剂中形成涡流。

3.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括向所述燃料喷嘴供应所述燃料的燃料立管，其中所述燃料喷嘴操作地联接至所述燃料立管的端部。

4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述燃料喷嘴包括旋转对称主体，所述旋转对称主体在所述喷嘴端部处包括锐后尖端。

5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中所述至少一个燃料孔口靠近所述锐后尖端设置。

6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中所述至少一个燃料孔口包括围绕所述旋转对称主体分布的多个燃料孔口。

7.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述燃料喷嘴包括：

具有构成所述锥形尖端的锐后缘的燃料输送管，所述燃料输送管被布置成横向于氧化剂传播方向；以及

其中所述至少一个燃料孔口包括沿着所述燃料输送管的所述锐后缘布置的多个燃料孔口。

8.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述燃料喷嘴包括：

具有构成所述锥形尖端的锐后缘的燃料输送管，所述燃料输送管被布置成横向于氧化剂传播方向；以及

其中所述至少一个燃料孔口包括沿着所述燃料输送管的所述锐后缘布置的多个燃料孔口。

9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中所述环形部分在所述氧化剂传播方向上的横截面具有翼型形状。

10.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述有孔火焰保持器具有限定多个穿孔的火焰保持器主体，所述穿孔被对准为接收所述混合的燃料和氧化剂，每个穿孔被配置成支撑向所述每个穿孔提供的、所述混合的燃料和氧化剂的一部分的所述燃烧反应。

11.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：

启动燃料喷嘴，所述启动燃料喷嘴被设置成与所述燃料喷嘴分开，并被配置成邻近所述氧化剂流喷射启动燃料流；

所述启动燃料喷嘴具有在所述氧化剂流过所述启动燃料喷嘴时致使涡流形成的结构；

所述涡流致使靠近所述启动燃料喷嘴混合所述启动燃料流和所述氧化剂；以及

所得的近侧燃料和氧化剂混合物支撑靠近所述启动燃料喷嘴的点燃的燃烧反应。

12.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中所述燃料喷嘴包括被布置成横向于氧化剂传播方向的燃料输送管，所述燃料输送管具有提供与多个燃料输送孔口流体连接的通道，所述多个燃料输送孔口沿着所述燃料输送管的锐后缘布置。

13.一种燃烧器系统，包括：

有孔火焰保持器，所述有孔火焰保持器具有输入面、与所述输入面相对的输出面、以及被布置在所述输入面与所述输出面之间的多个穿孔，每个穿孔被布置成在所述输入面处接收燃料和氧化剂混合物的一部分，并且在所述有孔火焰保持器处于操作温度时支撑燃烧反应；以及

包括锥形燃料喷嘴的燃料喷嘴组件，所述锥形燃料喷嘴具有：

翼部，所述翼部具有被布置成基本上垂直于气流方向的环形结构，所述翼部具有在所述气流方向上取向的锐后缘；以及

沿着所述锐后缘布置的多个燃料孔口。

14.根据权利要求13所述的燃烧器系统，还包括被布置在所述燃料喷嘴组件近侧的点火源。

15.根据权利要求14所述的燃烧器系统，其中所述点火源包括近侧火焰保持器，所述近侧火焰保持器被配置成在接合状态与脱离状态之间转换。

16.根据权利要求15所述的燃烧器系统，其中所述近侧火焰保持器的所述接合状态的特征在于所述近侧火焰保持器的物理位置与所述点火源对齐，并且所述脱离状态的特征在于所述近侧火焰保持器的物理位置不与所述点火源对齐。

17.根据权利要求13所述的燃烧器系统，还包括近侧火焰保持器，所述近侧火焰保持器被设置在所述有孔火焰保持器与所述燃料喷嘴组件之间，并且被配置成在预热时间段期间将启动火焰保持在所述燃料喷嘴组件与所述有孔火焰保持器之间，所述近侧火焰保持器被配置成在所述有孔火焰保持器至少处于所述操作温度时变得不可操作。

18.根据权利要求13所述的燃烧器系统，还包括至少一个启动燃料源和非锥形燃料喷嘴，它们被配置成在所述有孔火焰保持器达到所述操作温度之前至少在预热时间段期间为启动火焰供应燃料。

19.根据权利要求18所述的燃烧器系统，其中所述非锥形燃料喷嘴被布置在所述燃料喷嘴组件的中心。

20.根据权利要求18所述的燃烧器系统，还包括被布置在所述非锥形燃料喷嘴近侧的点火源。

21.根据权利要求20所述的燃烧器系统，其中所述点火源包括可各自独立操作的多个点火器。

22.一种燃烧器系统，包括：

有孔火焰保持器，所述有孔火焰保持器被布置成接收分别从燃料源和氧化剂源供应的燃料和氧化剂；以及

一个或多个锥形燃料喷嘴，它们每一者被配置成将来自所述燃料源的所述燃料输送到所述有孔火焰保持器，并且每一者具有从较宽的附接区域渐缩到针形尖端的周向对称主体，所述针形尖端朝向所述有孔火焰保持器取向，所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的至少一者被结构化为产生燃料和氧化剂的聚合旋流，其中对于流过所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者的所述燃料和所述氧化剂而言旋流数不大于0.6，以便减少靠近所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者形成热再循环涡流。

23.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的至少一者还包括被布置在所述针形尖端的顶点处或所述针形顶端的顶点附近的燃料孔口，所述孔口被取向成将所述燃料输送到所述有孔火焰保持器。

24.根据权利要求23所述的燃烧器系统，其中所述燃料孔口具有复合角，所述复合角将燃料旋流提供到从所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者喷射的燃料。

25.根据权利要求24所述的燃烧器系统，其中所述燃料孔口的所述复合角被选择成增强所述燃料与所述氧化剂的混合，从而缩短所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者与所述有孔火焰保持器之间的混合长度。

26.根据权利要求24所述的燃烧器系统，其中所述燃料孔口的所述复合角被选择成限制所述燃料与所述氧化剂的混合，从而增加所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者与所述有孔火焰保持器之间的混合长度。

27.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述一个或多个锥形燃料喷嘴的至少一个燃料喷嘴还包括氧化剂旋流翼片，所述氧化剂旋流翼片被结构化为围绕所述至少一个燃料喷嘴对氧化剂进行涡旋。

28.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中多个所述锥形燃料喷嘴被布置成二维阵列。

29.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者在所述锥形燃料喷嘴的外表面处包括扁圆区段，所述扁圆区段被配置用于操纵所述锥形燃料喷嘴。

30.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述至少一者包括螺纹部分，所述螺纹部分被布置在与所述针形尖端相对的所述附接区域处，以便附接到燃料供应管线。

31.根据权利要求22所述的燃烧器系统，其中所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的每一者被布置成与相应燃料供应管线流体连接，每个燃料供应管线被布置成将所述燃料传输到所述一个或多个锥形燃料喷嘴中的所述每一者。

32.一种用于操作燃烧器系统的方法，包括：

预热有孔火焰保持器；

将氧化剂以氧化剂流的形式输送到所述有孔火焰保持器；以及

经由来自主燃料喷嘴的燃料输送孔口的燃料流将燃料输送到所述有孔火焰保持器，所述燃料流与至少靠近所述主燃料喷嘴的所述氧化剂流相邻，

其中所述主燃料喷嘴具有包括锐后缘或尖端的锥形结构，并且所述锥形结构限制了靠近所述主燃料喷嘴生成燃料和空气涡流。

33.根据权利要求32所述的方法，所述方法还包括：

在所述主燃料喷嘴远侧混合所述燃料和所述氧化剂，以便靠近所述有孔火焰保持器提供燃料和氧化剂混合物；以及

用所述有孔火焰保持器点燃所述燃料和氧化剂混合物。

34.根据权利要求33所述的方法，所述方法还包括：

基于所述有孔火焰保持器的温度，控制向所述有孔火焰保持器的所述燃料输送。

35.根据权利要求34所述的方法，其中对所述燃料输送的所述控制包括响应于所述有孔火焰保持器的温度达到预热阈值温度而提供所述燃料流。

36.根据权利要求32所述的方法，其中对所述有孔火焰保持器的所述预热包，括：

经由启动燃料喷嘴输送启动燃料流，以便与所述氧化剂混合，从而提供启动燃料和氧化剂混合物；以及

在所述启动燃料喷嘴与所述有孔火焰保持器之间点燃所述启动燃料和氧化剂混合物，以便提供预热火焰，其中所述启动燃料喷嘴的结构靠近所述启动燃料喷嘴形成燃料和空气涡流。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述预热火焰至少暂时通过设置在所述启动燃料喷嘴与所述有孔火焰保持器之间的可解除的火焰保持器保持。

38.根据权利要求37所述的方法，所述方法还包括：

当所述有孔火焰保持器达到预定阈值温度时，解除所述可解除的火焰保持器。

39.根据权利要求38所述的方法，其中

所述解除所述可解除的火焰保持器包括停止所述启动燃料流。

40.一种方法，包括：

经由氧化剂管道将氧化剂输送到有孔火焰保持器；

经由锥形燃料喷嘴将燃料输送到所述有孔火焰保持器，所述燃料喷嘴具有成角度的燃料孔口，所述成角度燃料孔口被结构化为以旋流形式喷射所述燃料；以及

经由所述成角度孔口对所述燃料进行涡旋。

41.根据权利要求40所述的方法，所述方法还包括：

经由所述锥形燃料喷嘴的旋流叶片对所述氧化剂进行涡旋。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述旋流叶片和所述成角度燃料孔口被选择成产生角动量与轴向动量的比，所述比对于在一起的所述燃料和所述氧化剂而言小于0.6。