具有可调节端盖的燃烧器及其操作方法
技术领域
本发明涉及采用燃烧过程的锅炉系统，并且更具体地，涉及用于热水和蒸汽应用的改进的燃烧器和燃烧器-锅炉系统以及相关的操作方法。
背景技术
采用燃烧过程生成热量的锅炉系统通常用于各种环境中。火管锅炉或者锅炉炉膛通常具有燃烧腔室和多个传热管，所述燃烧腔室包围在容器或者水箱内，所述传热管穿过容器，用于传导通过通常位于锅炉前部的燃烧器燃烧空气-燃料混合物而生成的加热燃烧气体或者热燃烧气体。热燃烧气体通常从锅炉的前部传递到后部，并且返回到前部。可以使用额外的管在锅炉内提供额外的通路，以实现完全的热交换。
因为锅炉炉膛可以以不同的水平运行(例如，高火、中火、低火等)，所以期望实现燃料的完全消耗(或者尽可能接近)。例如，取决于所期望的要达到的合成温度，锅炉炉膛以不同的水平运行。为了获得更高的温度(或者快速升高温度)，锅炉炉膛在高火状态下运行，这意味着大量的燃料/空气混合物被燃烧。类似地，如果期望温度更小或者更渐进的升高，则可能不需要在高火状态下运行炉膛，只要在低火状态下消耗足够量的燃料即可。本领域技术人员将认识到，越接近锅炉系统实现的完全燃料消耗，系统将越有效(并且成本越低)。
此外，传统的火管锅炉系统通过调节流入燃烧器的燃料/空气量来调节燃烧量(例如火焰尺寸)并且因此调节总热传递。在某些情况下，具有通过调节燃烧器中的开口的尺寸来控制燃烧/火焰尺寸的第二方式是有益的。
由于常规火管锅炉系统通过燃烧操作，因此这种系统必然生成一定量的氮氧化物(NOx)排放。为了减少NOx排放，已知将烟道气体再循环到可燃燃料/空气混合物中，以基本上回收至少一部分烟道气体。期望将烟道气体再循环与上述效率相结合(例如，改进的燃料消耗和改进的火焰控制)。
鉴于与传统的火管锅炉系统相关的一个或者多个这样的限制，如果能够实现与这种锅炉系统和相关操作方法有关的改进将是有利的。
发明内容
本发明在至少一些实施例中涉及一种锅炉系统，包括：外壳，具有大致圆柱形形状，并且在第一壁与第二壁之间延伸，以提供大致圆柱形的空间；火管，定位于所述大致圆柱形外壳的底部附近，并且从所述圆柱形外壳的第一壁纵向延伸到火管端壁；燃烧器，具有大致圆柱形的外壳和端板，所述外壳限定了大致圆柱形的腔室；其中火管提供燃烧腔室，其中所述火管提供燃烧腔室，在所述燃烧腔室中使用所述燃烧器完成空气-燃料混合物的燃烧，所述燃烧器延伸到所述火管中；并且所述燃烧器的所述端板是可调节的，以便调节从所述燃烧器外壳内部延伸到所述火管中的火焰。
另外，本发明至少在一些实施例中涉及一种与锅炉系统一起使用的燃烧器系统，所述燃烧器系统包括：燃烧器，包括燃烧器外壳，所述燃烧器外壳具有大致圆柱形形状并且从第一端壁延伸到第二端壁；所述燃烧器延伸到锅炉的火管中；其中所述燃烧器外壳的所述第二端壁是可调节的，以便调节从所述燃烧器外壳内延伸到所述锅炉火管中的火焰。
在至少一些实施例中，本发明还涉及一种使用锅炉系统加热介质的方法，所述方法包括：通过确定燃烧器的端盖是否处于最小间隙位置来建立引燃火焰，如果燃烧器的端盖未处于最小间隙位置，则将所述端盖移动到所述最小间隙位置；通过将所述端盖移动到预定位置来提高所述锅炉系统的燃烧速率；以及使所述端盖处于所述预定位置并保持所述锅炉系统的燃烧。
设想了其他实施例并且将其视为在本公开的范围内。
附图说明
被认为是新颖的本公开的特征在所附权利要求中具体阐述。本公开的实施例参考附图被公开，并且仅用于说明目的。本公开不将其应用限制于附图中所示的部件的构造或者布置的细节。本公开能够具有其他实施例或者能够以其他各种方式实践或者实施。相同的附图标记用于指代相同的部件。在附图中：
图1A是根据本文包括的一个示例实施例的锅炉系统的示意图；
图1B是根据图1A的锅炉系统的端视示意图；
图2是类似于图1A的锅炉系统的锅炉系统的示意图，但是其中示出了根据本文所包括的一个示例实施例的一种可替代的燃烧器布置；
图3是类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的示意图，但是示出了根据本文所包括的一个示例实施例的一种可替代燃烧器布置，其中炉膛包括波纹侧壁；
图4是类似于图3的锅炉系统的锅炉系统的示意图，但是示出了根据本文所包括的一个示例实施例的可替代“干背”系统；
图5是类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的示意图，示出了根据本文所包括的一个示例实施例的处于代表性“低火”的系统；
图6A是类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的示意图，示出了根据本文所包括的一个示例实施例的处于代表性“高火”的系统；
图6B是类似于图6A的锅炉系统的锅炉系统的示意图，其具有一个额外的出口；
图7是类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的示意图，示出了根据本文所包括的一个示例实施例的具有用于调节端盖的示例性旋转致动器组件的系统；
图8是类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的示意图，，示出了根据本文所包括的一个示例实施例的具有用于调节端盖的示例性线性致动器组件的系统；
图9是类似于图2的锅炉系统锅炉系统的示意图，示出了根据本文包括的一个示例实施例的具有示例性控制组件的系统；
图10更详细地示出了根据本文所包括的一个示例实施例的类似于图2的锅炉系统的锅炉系统的端盖；以及
图11是说明根据本文所包括的示例实施例的一个或者多个步骤的方法流程图。
具体实施方式
图1A示出了根据本文包括的一个示例实施例的锅炉系统(或者“锅炉”)的示意图，该锅炉系统(或者“锅炉”)总体上由附图标记10表示。参考该图，根据至少一些实施例，锅炉10采用如本实施例中所示具有大致圆柱形形状并包括圆周的外壳或者壳体12。在典型的使用情况下，锅炉外壳或者壳体12安装在合适的基座结构14上(图9)。在前端16或其附近处，锅炉10形成或者以其他方式提供有外前端壁18和相对于外前端壁在锅炉10的纵向上间隔的内前端壁20，其可以在至少一些实施例中采用管板的形式。类似地，在后端22或其附近处，锅炉10形成或者以其他方式提供有外后端壁24和内后端壁26，并且其在至少一些实施例中也可以采用管板的形式。如下面进一步描述的，壳体12与内前端壁20和内后端壁26一起形成包含待被加热的水的大体上的罐或者容器。
主管或火管或者炉膛30沿锅炉10纵向(并且如图所示水平地)延伸并且通常安装在壳体12内并且通常在其底部28附近，主管或火管或者炉膛30提供燃烧腔室或者传热管32，其也用作空气/燃料混合腔室。燃烧腔室32通常由壳体结构34界定，壳体结构34在本实施例中呈具有圆周的圆柱形形状。壳体结构34从前炉膛端壁35纵向延伸，前炉膛端壁35在本实施例中是前内端壁20的一部分，并且延伸到炉膛端壁36，其中后端壁36可以在至少一些实施例中采用管板的形式。
例如，如图1A所示，炉膛30，并且特别是炉膛30的壳体结构34，基本上是光滑的。然而，在进一步的实施例中，包括例如参考图3所示和所述的，炉膛30，并且特别是壳体结构34，可以是波纹状的。波纹增加了炉膛30的强度，特别是当炉膛30的长度增加时。波纹的确切特性(例如，脊的深度、单位距离的峰的数量、峰形等)可以取决于应用而变化，并且在一些实施例中，可以不会在加热的燃烧气体的强度和/或流动方面产生显著变化。
在前端壁35或其附近处，火管30打开以容纳燃烧器50(图1A)，在此更详细地描述。虽然在所示的实施例中，燃烧器50用于锅炉，但是可以理解，燃烧器50(以及实际上，燃烧器50'/50"，以下参考图2和图3描述)可用于锅炉、火管加热器、热水加热器、液体溶液加热器或者任何其他合适的装置。
燃烧器50也可以改装到已知装置上，以替换效率较低的空气-燃料燃烧器或者产生更高NOx的燃烧器。火管30延伸到炉膛端壁36并且通向在炉膛端部壁36与锅炉10的内后端壁26之间的转向空间42。根据至少一些实施例，后外端壁24和/或内后端壁26构造成使得它们可以打开，例如作为铰链门，以允许进入锅炉10的转向空间42和/或其他特征或者结构，并且因此至少这样的实施例可以描述为入口。
同样沿着锅炉10的纵向(并且如水平示出)延伸的是总体上用附图标记43表示的一组管。尽管如图1A所示，通常位于火管30上方并且大致横跨从炉膛端壁36延伸到内前端壁20的长度，但是可以理解，图1A示出了横截面，并且来自该组管43的管可以定位在炉膛30的上方、周围和/或旁边，例如，如图1B中所示。此外，该组管43通向锅炉10的内前端壁20前方的空间，该空间总体上用附图标记46表示，该空间提供进入排气口或者堆叠出口48。
根据其他实施例，诸如例如图1B所示，炉膛30的壳体结构34相对于竖直平面P相对于锅炉系统10的外壳12居中，并且该组管43的管相对于竖直平面P对称地定位。在其他实施例中，炉膛30的壳体结构34可以相对于锅炉系统10的外壳12定位，使得炉膛30的壳体结构34和该组管43的所有管都是围绕炉膛的壳体结构周向设置，使得它们位于炉膛30的壳体结构34的水平面上方。
提供燃烧器50以实现主管30内的燃烧。在至少一些实施例中，燃烧器50可采用具有燃烧器头52的空气-燃料燃烧器的形式，燃烧器头52通常采用适于接收由箭头76表示的可燃空气-燃料混合物的气缸的形式。用于空气-燃料混合物的空气通过形成在外壳56中的空气入口54提供，外壳56包括或者提供用于打开或者关闭空气入口以选择性地提供空气流的阻尼器58，空气流用箭头59表示。
在一个实施例中，并且如图1A所示，烟道气体也可以回收到燃烧器，如箭头57所示。回收到燃烧器的烟道气体的量由烟道气体再循环阀63控制。如箭头60所示，通过燃料入口61从燃料源(未示出)向燃烧器50提供了诸如气体(例如，天然气)的燃料。如箭头82所示，空气-烟道气体混合物被提供给燃烧器50，在该处它与燃料结合形成可燃空气-燃料混合物，该可燃空气-燃料混合物沿燃烧器50的长度传输到第一出口47和第二出口49，如箭头76所示并且在后面描述。
根据至少一些实施例，燃烧器50可被描述为“预混合物”燃烧器。换句话说，空气、燃料和回收的烟道气体(如果有的话)在其达到第一出口47和第二出口49之前以最佳或者所期望的比例混合。在一些实施例中，由箭头76表示的空气-燃料混合物可以被称为预混合物76。
在图1A所示的实施例中，燃烧器50采用“枪”式燃烧器布置的形式。可以设想，在至少一些实施例中，燃烧器头52配置成将可燃空气-燃料混合物或者预混合物排放到燃烧腔室中。排放的可燃预混合物被点燃以在燃烧腔室32中产生火焰。火焰生成热量以加热炉膛30，使得热量从炉膛30传递到包含在锅炉10中的相邻介质。尽管本文描述的本锅炉10通过把水作为示例性相邻介质进行来描述，但是可以理解，可以使用锅炉10加热其他介质，诸如油或者类似流体。
在至少一些实施例中，并且如图1A所示，通过将燃烧器50安装到主管或火管前壁35上，燃烧器头52相对于主管或火管30被结合或者被提供，使得燃烧器头延伸到主管或火管中。通过这种布置，燃烧腔室32至少在某种意义上与燃烧器50一体化并且用作燃烧器50的一部分。
在另一实施例中，如图2和图3所示，锅炉10'/10"包括与锅炉系统一体化提供的一体燃烧器50'/50"。更具体地，如图所示，锅炉10'/10"包括附加的前外壳或者头部80'/80"，其中提供有燃烧器50'/50"，并且提供有空气通道81'/81"。用于空气-燃料混合物的空气通过以下方式提供：形成或者提供在前外壳80'/80"中的空气入口54'/54"。空气经由燃烧空气风扇83'/83"并且如箭头84'/84"所示，经由通道81'/81"朝向阻尼器58'/58"被抽出。阻尼器58'/58"再次提供用于打开或者关闭空气入口54'/54"，或者总体上打开或者关闭空气通道81'/81"，以选择性地提供如箭头59'/59"所示的空气流。回收的烟道气体结合空气，如箭头57'/57"所示，以形成提供给燃烧器50的空气-烟道气体混合物(通过箭头82'/82")。如箭头60'/60"所示，通过燃料入口61'/61"从燃料源(未示出)向燃烧器50'/50"提供诸如气体(例如天然气)的燃料。根据至少一些实施例，燃烧器50'/50"可再次描述为“预混”燃烧器。
图2和图3中所示的实施例之间的差异在于炉膛30'/30"。在图2示出的实施例中，炉膛30'是普通炉膛，而图3中示出的炉膛30"是波纹状的。如上所述，波纹增加了炉膛30"的强度，特别是当炉膛30”的长度增加时。
在图1至图3中所示的示例实施例中，锅炉系统10/10'/10"显示为具有传统的“湿背”配置，意味着转向空间42/42'/42"基本上或者完全被待加热的水或者其他介质包围。但是，如图4所示，本锅炉系统也可以与具有传统“干背”配置的锅炉10"'一起使用。“干背”锅炉系统包括转向空间42"'，如图4所示，它是绝缘的95"'(即衬有耐燃烧材料或者绝缘材料)。
虽然锅炉系统10"'的整体部件除了以上指出的与图1A至图3提供的那些类似或者相同，但是在图4中进一步示出了用于锅炉系统10"'的一组管43"'，其必须重新配置以与“干背”系统配合。例如，如图1A、图2和图3所示，通过该组管43/43'/43"的流是单向的。但是，在图4中，加热的气体66"'(下面进一步描述)通过管43a"'、管43b"'和管43c"'的三个部分传送，例如，参考图1B所示。气体66"'首先在转向空间42a”'处向后传送并且通过管43a"'的第一部分(见图1B)。然后气体到达第二转向空间42b"'并且通过管43b"'的第二部分向前传送，如箭头67b"'所示。气体在第三转向空间42c"'处再次反向(如箭头67"'所示)并且进入管43c"'的第三部分。
总体上，锅炉系统10'/10"/10"'的总体部件与图1A提供的那些类似或者相同。相同的部件标有相同的附图标记。
同样参考图1至图4，在锅炉10/10'/10"/10"'的各个区域，包括其外壳12/12'/12"/12"'的部分(例如，如其后外壁26/26'/26"/26"'或其附近处所示)的上方，提供有绝缘(耐燃烧)排放开口62/62'/62"/62"'。另外，如图所示，火管30/30'/30"/30"'在其长度的一部分上提供有围绕燃烧器头52/52'/52"/52"'的一部分的绝缘(耐燃烧)64/64'/64"/64"'。
根据本公开的实施例，主管或火管30/30'/30"/30"'提供加热气体的完全燃烧，以及这种加热气体通向火管30/30'/30"/30"'的后部并且进入转向空间42/42'/42"/42"'的通道，这种通道或者流分别由箭头66/66'/66"/66"'和67/67'/67"/67"'表示。转向空间42/42'/42"/42"'提供加热气体通往位于炉膛30/30'/30"/30"'上方或者垂直于炉膛30/30'/30"/30"'的该组管43/43'/43"/43"'的通道，如图所示，这种流动由箭头68/68'/68"/68"'表示。该组管43/43'/43"/43"'提供加热气体进入空间46/46'/46"/46"'、然后到排气口48/48'/48"/48"'的通道，如箭头70/70'/70"/70"'所示，在排气口处气体被排放，如箭头72/72'/72"/72"'所示。
现在更详细地参考燃烧器50'，并且参考图5至图6A，燃烧器50'的后端可以被认为是空气-燃料喷嘴，其包括端板44'和通过柱88'连接到端板44'的端板致动器45'。燃烧器50'包括第一出口47'和第二出口49'，第一出口47'基本上是提供在燃烧器50'的端部和端板44'之间的间隙，第二出口49'是包括在端板44'自身中的开口。出口47'、出口49'将可燃空气-燃料混合物传送到燃烧腔室32'中。
如参考图5和图6A所示，第一出口47'形成在燃烧器50'中并且布置成位于燃料入口61'的下游，或者换句话说，远离空气和燃料最初混合的点的下游。第一出口47'将可燃空气-燃料混合物传送到燃烧腔室32'中，以便当从出口47'传送的一部分可燃空气-燃料混合物被点燃时，建立从燃烧器50'朝向炉膛32'径向向外延伸的分离的第一火焰40'。在一些实施例中，分离的第一火焰40'可以稳定在炉膛30'的内表面上，如图5至图6A中所建议的。
如参考图5和图6A进一步示出的，第二出口49'形成在燃烧器50'中并且布置成在下游方向上相对于第一出口47'间隔开。第二出口49'将可燃空气-燃料混合物传送到燃烧腔室32'中，以便当从出口49'传送的一部分可燃空气-燃料混合物被点燃时，建立在下游方向上远离燃烧器头52'延伸的附接的第二火焰41'。在一些实施例中，分离的第二火焰41'可以稳定在燃烧器头52'上，如图5至图6A中所建议的。
说明性地，并且如上所述，燃烧器50'包括端板44'和端板致动器45'，如图5至图8中可能最清楚地示出的。燃烧器50'形成为适于接收可燃空气-燃料混合物的气缸。端板致动器45'，并且特别是端板致动器45'的柱88'，将端板44'与燃烧器50'相互连接。
如关于图7和图8所示，端板致动器45'可以采用多种形式，包括例如线性致动器451或者旋转致动器452。
如图10所示，第一出口47'由一系列空气-燃料排放开口71'限定，空气-燃料排放开口71'布置成围绕燃烧器50'的圆周彼此周向间隔开。说明性地，一系列空气-燃料排放开口71'由第一排放开口71a'、第二排放开口71b'、第三排放开口71c'和第四排放开口71d'限定，所述第一排放开口71a'、第二排放开口71b'、第三排放开口71c'和第四排放开口71d'定位成彼此大致相等地间隔开。每个空气-燃料排放口71a'、71b'、71c'、71d'限定在燃烧器50'、端板44'和一组排放板隔离件73'的下游端。排放板隔离件73'仅用于帮助对准。
如参考图10，该组排放板隔离件73'包括，例如，第一排放板隔离件73a'、第二排放板隔离件73b'、第三排放板隔离件73c'和第四排放板隔离件73d'，所述第一排放板隔离件73a'、第二排放板隔离件73b'、第三排放板隔离件73c'和第四排放板隔离件73d'被定位成彼此大致相等地间隔开。排放间隔件73'配合以提供间隔件装置，用于分开从第一出口47'产生的分离的第一火焰40'，以产生一系列周向间隔的第一火焰部分74'，例如，如图5至图6A所示。该系列的第一火焰部分包括四个第一火焰部分74a'、74b'、74c'、74d'(图5至图6A)，并且每对第一火焰部分74'配合以在其间限定燃烧产物通道，该通道被配置成提供用于在下游方向上传送混合的燃烧产物的方式。
可能最佳如图10所示所示，第二出口49'在端板44'上形成。第二出口49'由一系列分级的空气-燃料排放孔口75'限定，该空气-燃料排放孔口75'以紧密的组合布置在端板44'上的预定位置处，如图10所示。分级的空气-燃料排放孔口的其他图案是可能的并且在本公开的范围内是可以设想的。在一个实施例中，一系列孔口75'位于皮托管(Pilot tube)89'上方，以一旦主火焰点燃就允许观察引燃火焰、以及第二火焰41'(参见图6A)。当从第二出口49'离开的一部分可燃空气-燃料混合物被点燃时，附接的第二火焰41'在中心和周边边缘之间延伸，以启动和保持分离的第一火焰40'的燃烧。
图6B示出了与参考图6A描述的实施例类似的实施例，但是却包括第三出口92""，其在所示的实施例中是燃烧器50""壁中的狭槽。如图6B所示，第三出口92""由燃烧器50""壁中的一系列周向间隔开的狭槽限定。在所示的实施例中，第三出口92""包括十个狭槽，但是应该理解，形成第三出口92""的狭槽的数量可以取决于狭槽的尺寸、燃烧器50""的尺寸和/或炉膛30""的尺寸而变化。分离的第三火焰93""也在图6B中示出。第三出口92""将可燃空气-燃料混合物传送到燃烧腔室32""中，以便当从出口92""传送的一部分可燃空气-燃料混合物被点燃时，建立一个从燃烧器50""径向向外延伸的分离的第三火焰93""。在一些实施例中，分离的第三火焰93""可以稳定在炉膛30""的内表面上，如图6B所建议的。
虽然参考锅炉系统10""描述图6B，但是可以理解锅炉系统10""的整体部件与图6A提供的那些类似或者相同。相同的部件标有相同的附图标记。
在一个实施例中，第一出口47'通常配置成按体积将约85％至约97％的可燃燃料-空气混合物传送到燃烧腔室32'中，这取决于炉膛10'是否以低火或者高火(或者介于两者之间)运行。在一个实施例中，第一出口47'配置成在低火时按体积将约85％至约90％的可燃燃料-空气混合物传送到燃烧腔室32'中，并且在高火时按体积将约95％至约97％的可燃燃料-空气混合物传送到燃烧腔室32'中。第二出口49'配置成取决于炉膛10'是否以低火或者高火(或者介于两者之间)运行，在下游方向上按体积传送约3％至约15％的燃料-空气混合物(例如，最终进入燃烧腔室32')。在一个实施例中，第二出口49'配置成在低火时按体积将约10％至约15％的可燃燃料-空气混合物传送到燃烧腔室32'中，并且在高火时按体积将约3％至约5％的可燃燃料-空气混合物传送到燃烧腔室32'中。
第一出口47'形成在燃烧器50'中，使得分离的第一火焰燃烧产物在流过第一出口47'的可燃空气-燃料混合物内混合。由于与可燃空气-燃料混合物的这种结合以及第一出口47'的设计，火焰燃烧产物能够在燃烧腔室32'内移动。
图7和图8示出了当处于低火位置和高火位置时端板44'相对于燃烧器50'的不同位置。如图所示，当炉膛30'处于低火时，端板44'更靠近燃烧器50'，从而形成较小的第一出口47'。换句话说，端板44'与燃烧器头52'之间的距离是d1。
因为端板44'永远不会与燃烧器头52'接触(例如，在端板44'与燃烧器头52'之间总是存在间隙)，在一个实施例中，低火位置将是在允许的情况下端板44'尽可能靠近燃烧器头52'的位置。
当燃烧器处于高火时，端板44'进一步远离燃烧器50'，从而形成较大的第一出口47'。换句话说，端板44'与燃烧器头52'之间的距离是d2，并且d1小于d2。在一个实施例中，当处于高火时，在致动器45'或者炉膛30'的其他部件所允许的情况下，端板44'尽可能远离燃烧器50'。可以理解，当处于中火时，端板44'将介于低火位置与高火位置之间。
图5示出了低火时的示例性燃烧器50'。燃烧器50'的低火状态与体积流相关联，该体积流低于预混合物的最大体积流。例如，在燃烧器50'启动期间使用低火状态，以加热系统并且使热冲击最小化。在加热完成后，可以使用高火状态或者在高火与低火之间的另一体积流，这取决于需要传递到相邻介质的热量。
在一个实施例中，低火被限定为当端板44'在允许的情况下尽可能靠近燃烧器50'时燃烧器50'的状态。在一个实施例中，低火状态被限定为当端板44'定位成基于燃烧器50'中预混合物的体积，按体积小于或者等于25％的预混合物输入被提供到燃烧腔室32'中时燃烧器50'的状态。在一个实施例中，低火状态被限定为当端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积约25％的预混合物输入被提供到燃烧腔室32'中时燃烧器50'的状态。在一个实施例中，低火被限定为当端板44'在允许的情况下尽可能靠近燃烧器50'时燃烧器50'的状态，在该位置，基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积计约25％的预混合物输入被提供到燃烧器燃烧腔室32'中。
图6A示出了高火时的示例性燃烧器50'。燃烧器50'的高火状态与预混合物的最大体积流相关联，以最大化产生的热量，并且因此将热量传递到相邻介质。
换句话说，在一个实施例中，高火被限定为当端板44'在允许的情况下尽可能远离燃烧器50'时燃烧器的状态。在一个实施例中，当处于高火时，端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积将100％的预混合物提供到燃烧腔室32'中。在一个实施例中，当处于高火时，端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积将约100％的预混合物提供到燃烧腔室32'中。在一个实施例中，高火被限定为当端板44'在允许的情况下尽可能远离燃烧器50'时燃烧器50'的状态，在该位置，基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积计约100％的预混合物输入被提供到燃烧腔室32'。
在一个实施例中，燃烧器50'还具有中火状态，该中火状态与预混合物的体积流相关，该体积流在低火状态与高火状态之间。例如，在一个实施例中，中火状态被限定为当端板44'基于燃烧器50'中的预混合物的体积，允许预混合物的总体积流的约50％进入燃烧腔室32'时燃烧器50'的状态。在另一个实施例中，中火状态被限定为当端板44'基于燃烧器50'中的预混合物的体积，允许预混合物的总体积流的50％进入燃烧腔室32'时燃烧器50'的状态。然而，在进一步的实施例中，中火状态可对应于端板44'位置，该位置基于在燃烧器50'中的预混合物的体积，允许预混合物的总体积流的约45％至约55％进入燃烧腔室32'。
在一个实施例中，当处于低火时，端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积将约25％的预混合物输入提供到燃烧腔室32'中；当处于中火时，端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的体积，按体积将约50％的预混合物输入提供到燃烧腔室32'中；并且当处于高火时，端板44'定位成基于燃烧器50'中的预混合物的总体积，按体积将约100％的预混合物输入提供到燃烧腔室32'中。
虽然工业上通常将低火状态、中火状态和高火状态限定为基于燃烧器中预混合物的总体积，分别按体积计将约25％、约50％和约100％的预混合物提供到燃烧腔室中的状态，但是可以理解，由于燃烧器设计/配置和/或本领域技术人员将理解的其他因素，这些百分比可略微变化。
将进一步理解和了解，通过每个可用出口的体积流(例如，在如图1A至图6A所示的实施例的情况下的第一出口47'和第二出口49'，或者在例如图6B中所示的实施例的情况下的第一出口47""、第二出口49""和第三出口92"")取决于燃烧器的燃烧状态而变化。可以理解，例如通常，第一出口47'比第二出口49'或者第三出口92""中的任何一个传导更多的预混合物进入燃烧腔室32'。
此外，第一出口47'在高火时比在低火时将更多的预混合物传导到燃烧腔室32'中。下面的表A提供了在高火状态和低火状态下通过每个出口的预混合物流的相对量的示例性范围。有利地，如表A中所反映的，可移动端板允许通过调节端盖位置来变化每个出口(例如，2个出口，3个出口等)所提供的的预混合物流百分比。
表A:预混合物流百分比
在一个实施例中，端板44'的位置可以在致动器45'和/或炉膛30'的其他部件所允许的整个范围内连续调节。然而，在其他实施例中，端板44'可以具有预定且限定的位置，其在低火位置和高火位置之间的对应于中火位置和其他预定的中等火位置的位置处调节。
如本领域技术人员将理解的，第一出口47'的精确宽度(例如，燃烧器50'的端部与端板44'之间的距离)取决于燃烧器的尺寸，并且特别是燃烧器的体积。两个示例性燃烧器类型的示例性间隙尺寸在下面的表B中提供。
表B:HP燃烧器的端部间隙
图5和图6A还分别示出了在低火状态和高火状态期间产生的第一火焰40'和第二火焰41'。火焰40'、火焰41'布置成相对于彼此具有变化的火焰温度，以最小化火焰中的NOx形成。第二火焰41'配置成相对于第一火焰40具有相对较大的火焰温度。如上所述，由于第一火焰40'在传热管32'的内表面上淬燃烧、与燃烧器50'分离、并且将结合的燃烧产物混合到从第一出口47'流出的可燃空气-燃料混合物中，第一火焰40'的温度低于第二火焰41'的温度。
在实施例中，例如参考锅炉系统10'所描述的本发明的锅炉系统被配置为减少NOx的量，并且NOx的量取决于烟道气体再循环的量(如果有的话)。例如，当锅炉系统10'使用烟道气体再循环时，例如参考上面的图1至图4描述的，锅炉系统配置成以近似15％的过量空气为目标。当使用烟道气体再循环(FGR)时，燃烧器50'可提供小于约30ppm、或者小于约10ppm、或者小于约5ppm的NOx。在一个实施例中，当使用FGR时，燃烧器50'可提供大于0ppm至小于约5ppm的NOx。在不使用FGR的其他实施例中，锅炉系统可使用大于或等于约15％、或者大于或等于约20％、或者大于或等于约30％的过量空气。在不使用FGR的这种实施例中，燃烧器50'可提供小于约30ppm至大于或等于约10ppm的NOx。尽管以上提供并且参考图5至图8和图10示出的燃烧器的描述通过参考燃烧器50'和炉膛30'(以及锅炉系统10'及其各种部件)被提供，可以理解，除非以上另有特别说明，否则端板44/44"与上面描述的那些类似或者相同并且与以上参考图5至图8和图10描述的端板44'功能类似或者相同，并且实际上，锅炉系统10/10"和它们的各种部件与上面描述的与锅炉系统10'有关的那些类似或者相同。
图9是锅炉系统的示意图，类似于图2的锅炉系统10，示出了根据本文所包括的一个示例实施例的具有示例性控制组件900的系统。如图9所示，锅炉系统包括控制柜901，其容纳控制锅炉系统的各种致动器的控制器和相关部件，包括端板致动器45、烟道气体再循环致动器902、空气阻尼器致动器903和燃料致动器904。尽管图9的描述通过参考锅炉系统10来提供，可以理解锅炉系统10'/10"可包括类似或者等同于关于锅炉系统10描述的那些的控制系统(例如，控制柜、端板致动器、烟道气体再循环致动器、空气阻尼器致动器、燃料致动器)。
图11是说明根据本文所包括的示例实施例的一个或者多个方法1000的方法流程图。通过建立引燃火焰开始(1001)该方法。由于系统应处于低火以建立引燃火焰(以加热系统并且使热冲击最小化)，因此端盖应处于最小间隙位置。因此，建立引燃火焰需要确定端盖是否处于最小间隙位置(1003)。如果是，则炉膛继续燃烧以建立主火焰(1004)。如果不是，则将端盖移动到最小间隙位置(1005)，然后建立主火焰(1004)。
在加热完成后，可以使用高火状态或者在高火与低火之间的另一体积流，这取决于需要传递到相邻介质的热量。换句话说，增加端盖间隙直到达到期望的(通常是预定的)燃烧状态。因此，提高了燃烧速率(1006)，并且随着燃烧速率提高，必须确定端盖是否移动到预定的燃烧位置(步骤1007)。预定的燃烧位置对应于本地系统/负载所需求的期望燃烧速率。如果是，则继续燃烧(1008)。如果不是，则调节端盖直到移动到预定的燃烧位置(1009)。一旦端盖处于预定的燃烧位置，炉膛就保持在该稳定状态以满足需求(1010)并且方法结束(1011)。
在一个实施例中，该方法还包括将端盖调节到第二预定位置，以便调节锅炉的燃烧速率。
在一个实施例中，该方法还包括向燃烧器提供一定体积的可燃空气-燃料混合物并且燃烧可燃空气-燃料混合物以产生火焰。
在一个实施例中，该方法还包括向燃烧器提供一定体积的可燃空气-燃料混合物，燃烧至少一部分可燃空气-燃料混合物以产生火焰，并且通过将端盖移动到预定位置以调节离开燃烧器的可燃空气-燃料混合物的体积来提高锅炉系统的燃烧速率。
在一个实施例中，该方法还包括在将可燃空气-燃料混合物提供给燃烧器之前将一定量的回收的烟道气体引入可燃空气-燃料混合物中。
锅炉系统可包括本文描述的两个或者更多个实施例。任何对定向的引用(例如，水平、垂直、上、下、前、后等)仅参考特定附图进行，仅用于教导的目的，并且不应视为限制。
参考下面编号的实施例进一步描述本公开的实施例：
E1.在一个实施例中，一种锅炉系统，包括：外壳，具有大致圆柱形形状，并且在第一壁与第二壁之间延伸，以提供大致圆柱形的空间；火管，定位于所述大致圆柱形外壳的底部附近，并且从所述圆柱形外壳的第一壁纵向延伸到火管端壁；燃烧器，具有大致圆柱形的外壳和端板，所述外壳限定了大致圆柱形的腔室；其中所述火管提供燃烧腔室，在所述燃烧腔室中使用所述燃烧器完成空气-燃料混合物的燃烧，所述燃烧器延伸到所述火管中；并且其中所述燃烧器的所述端板是可调节的，以便调节从所述燃烧器外壳内延伸到所述火管中的火焰。
E2.根据E1所述的锅炉系统还包括一组管，所述管位于所述火管的一部分上方，并且大致横跨在所述圆柱形外壳的所述第一壁与所述第二壁之间延伸的长度。E3.根据E2所述的锅炉系统，还包括腔室，所述腔室在所述火管和所述一组管之间提供空间并且连接所述火管和所述一组管。E4.根据E3的锅炉系统，其中加热的燃烧气体从所述火管流过所述腔室空间，并且流过所述一组管。E5.根据前述实施例中的一个或者多个所述的锅炉系统，其中所述火管的所述大致圆柱形外壳具有大致光滑的内表面。E6.根据E1-E4中任一个的锅炉系统，其中所述火管的所述大致圆柱形外壳具有波纹状的内表面。E7.根据前述实施例中的一个或者多个所述的锅炉系统，其中在离开所述一组管之后，一定量的烟道气体再循环到所述燃烧腔室中。E8.根据前述实施例中的一个或者多个所述的锅炉系统，其中使用旋转致动器调节所述燃烧器的所述端板。E9.根据E1-E7中任一个所述的锅炉系统，使用线性致动器调节所述燃烧器的端板。E10.根据前述任一实施例所述的锅炉系统，其中所述燃烧器包括至少两个用于可燃气体的出口。E11.根据前述实施例中任一个所述的锅炉系统，其中所述燃烧器具有两个用于可燃气体的出口。E12.根据E10-E11中任一个所述的锅炉系统，其中第一出口包括一系列排放开口，所述排放开口围绕所述燃烧器的圆周彼此周向间隔布置。E13.根据E12所述的锅炉系统，其中所述一系列排放开口由所述燃烧器外壳的下游端、所述端板和一组排放板间隔件限定。E14.根据E12-E13中任一个所述的锅炉系统，其中所述一系列排放口包括四个排放开口。E15.根据E10-E14中任一个所述的锅炉系统，其中第二出口包括穿过所述端板的一系列空气-燃料排放孔口。E16.根据E15所述的锅炉系统，其中所述一系列空气-燃料排放孔口布置成穿过所述端板的紧密组合。E17.根据E1-E16中任一个所述的锅炉系统，其中所述空气-燃料混合物是预混合物。E18.根据E1-E17中任一个所述的锅炉系统，其中所述燃烧器是利用空气和燃料的预混合物的预混合物燃烧器。E19.根据E17-E18中任一个所述的锅炉系统，其中所述燃烧器的所述端板是可调节的，以便调节离开所述燃烧器的预混合物的量，从而调节从所述燃烧器外壳内延伸到所述火管中的火焰。
E20.一种与锅炉系统一起使用的燃烧器系统，该燃烧器系统包括：燃烧器，包括燃烧器外壳，所述燃烧器外壳具有大致圆柱形形状并且从第一端壁延伸到第二端壁；所述燃烧器延伸到锅炉的火管中；其中所述燃烧器外壳的所述第二端壁是可调节的，以便调节从所述燃烧器外壳内延伸到所述锅炉火管中的火焰。
E21.根据E20所述的燃烧器系统，其中所述燃烧器包括至少两个用于可燃气体的出口。E22.根据E20-E21中任一个所述的锅炉系统，其中所述燃烧器具有两个用于可燃气体的出口。E23.根据E20-E22中任一个所述的锅炉系统，其中第一出口包括一系列排放开口，所述排放开口围绕所述燃烧器的圆周彼此周向间隔布置。E24.根据E23所述的锅炉系统，其中所述一系列排放开口由所述燃烧器外壳的下游端、所述端板和一组排放板间隔件限定。E25.根据E23-E24中任一个所述的锅炉系统，其其中所述一系列排放口包括四个排放开口。E26.根据E21-E25中任一个所述的锅炉系统，其中第二出口包括穿过所述端板的一系列空气-燃料排放孔口。E27.根据E26所述的锅炉系统，其中所述一系列空气-燃料排放孔口布置成穿过所述端板的紧密分组。
E28.一种使用锅炉系统加热介质的处理方法，所述方法包括：通过确定燃烧器的端盖是否处于最小间隙位置来建立引燃火焰，如果燃烧器的端盖未处于最小间隙位置，则将所述端盖移动到所述最小间隙位置；通过将所述端盖移动到预定位置来提高所述锅炉系统的燃烧速率；以及使所述端盖处于所述预定位置并保持所述锅炉系统的燃烧。
E29.根据E28所述的方法，还包括将所述端盖调节到第二预定位置，以调节所述锅炉的所述燃烧速率。E30.根据E28-E29中任一个所述的方法，还包括向燃烧器提供一定体积的可燃空气-燃料混合物并燃烧所述可燃空气-燃料混合物以产生火焰，并且通过移动所述端盖到预定位置以调节离开所述燃烧器的可燃空气-燃料混合物的体积来提高所述燃烧系统的燃烧速率。E31.根据E30所述的方法，还包括在将所述可燃空气-燃料混合物提供给所述燃烧器之前将一定量的回收烟道气体引入所述可燃空气-燃料混合物中。尽管有上述描述，但是应该理解，除了上面描述的那些之外，本公开旨在包括许多其他系统、布置和操作方法。参考前述段落和前面提及的附图，尽管上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，实施例已经通过示例而非限制的方式呈现。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变。因此，本发明不应受任何上述示例实施例的限制，而应仅根据所附权利要求和本文所提出的要求保护的发明的等同物来限定。
