專利名稱：用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明大體涉及一種用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法。在特定的實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于操作燃氣渦輪中的燃燒器。
背景技術：
燃燒器通常用于點燃燃料，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃氣渦輪示例性地包括一個或多個燃燒器，以產(chǎn)生功率或推力。示例性的用于產(chǎn)生電功率的燃氣渦輪包括位于前面的軸向壓縮機、一個或多個在中間周圍的燃燒器和處在后面的渦輪。周圍空氣可供給至壓縮機中，并且壓縮機中的旋轉葉片和固定導葉逐漸地將動能賦予工作流體(空氣)，從而產(chǎn)生處于高能化狀態(tài)下的壓縮的工作流體。壓縮的工作流體離開壓縮機，并流過各個燃燒器中的一個或多個噴嘴，在此處，壓縮的工作流體與燃料混合并點燃，從而產(chǎn)生具有高溫、高壓和高速的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦 輪中的膨脹可使連接在發(fā)電機上的軸旋轉，從而產(chǎn)生電力。供給燃燒器的燃料可以是液體燃料、氣體燃料或液體燃料和氣體燃料的組合，這依賴于各種因素，例如操作模式、操作水平和各種燃料的可用性。如果液體燃料、氣體燃料和/或其它流體在燃燒之前與壓縮的工作流體不均勻地混合，那么在燃燒器中，尤其在噴嘴出口附近可能形成局部熱點。局部熱點可能會增加富含燃料區(qū)域中的一氧化二氮的產(chǎn)生，同時燃料稀薄區(qū)域可能增加一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物的產(chǎn)生，所有這些都是不合需要的廢氣排放。另外，富含燃料區(qū)域可能增加燃燒器中的火焰反燃到噴嘴中并且/或者變得附著在噴嘴內部的機會，其可能損傷噴嘴。雖然對于任何燃料都可能發(fā)生火焰反燃和火焰保持，但它們更容易發(fā)生在高反應性的燃料上，例如氫氣，其具有更高的燃燒速率、火焰速度和更寬的可燃性范圍。富含燃料區(qū)域和燃料稀薄區(qū)域的存在和位置可能隨操作模式、操作水平和/或所使用的燃料類型而變化，并且存在各種系統(tǒng)和方法以容許更高的燃燒器操作溫度，同時最大限度地減小不合需要的排放、反燃和火焰保持。例如，在較低的操作水平下，某些系統(tǒng)和方法通過在減少的液體燃料流附近噴射霧化空氣，以增強液體燃料與壓縮的工作流體在燃燒之前的擴散作用，來減少不合需要的排放。在較高的操作水平下，其它系統(tǒng)和方法通過在增加的液體燃料流量和/或氣體燃料流量附近噴射稀釋劑，例如水、蒸汽、燃燒廢氣或惰性氣體，以減少燃燒器中的峰值火焰溫度和/或冷卻噴嘴的下游表面，來減少不合需要的排放和/或火焰保持事件。然而，各種系統(tǒng)和方法時常需要專門的噴嘴設計，并且示例性地在橫跨整個燃燒器操作模式和水平的范圍上減少不合需要的排放和/或火焰保持事件方面具有降低了的效率。因此，用于在寬的操作模式和水平范圍上操作燃燒器來提高燃燒器效率、減少不合需要的排放和/或防止反燃和火焰保持事件的系統(tǒng)和方法將是很有用的。

發(fā)明內容
下文在以下描述中闡述，或者可從該描述中明白，或者可通過本發(fā)明的實踐學習到本發(fā)明的方面和優(yōu)勢。本發(fā)明的一個實施例是一種用于操作燃燒器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括噴嘴、穿過噴嘴的具有燃料入口和燃料出口的燃料通道，以及穿過噴嘴的具有稀釋劑入口和稀釋劑出口的稀釋劑通道。燃料供給與燃料入口和稀釋劑入口流體連通，并且稀釋劑供給與稀釋劑入口流體連通。本發(fā)明的另一實施例是一種用于操作燃燒器的系統(tǒng)，其包括噴嘴、穿過噴嘴的燃料通道、穿過噴嘴的稀釋劑通道以及穿過噴嘴的空氣通道，燃料通道具有燃料入口和燃料出口，稀釋劑通道具有稀釋劑入口和稀釋劑出口，并且空氣通道具有空氣入口和空氣出口。燃料供給與燃料入口以及稀釋劑入口或空氣入口中的至少一個流體連通。稀釋劑供給與稀釋劑入口流體連通。傳感器提供反映燃燒器的操作參數(shù)的參數(shù)信號，并且連接在傳感器上的控制器接收來自傳感器的參數(shù)信號，并基于參數(shù)信號而針對燃料供給產(chǎn)生控制信號。本發(fā)明還可包括一種用于操作燃燒器的方法，其包括使燃料流過噴嘴中的燃料入口，并使稀釋劑流過噴嘴中的稀釋劑入口。該方法還包括感測燃燒器的操作參數(shù)，產(chǎn)生反映操作參數(shù)的信號，并基于反映操作參數(shù)的信號而控制通向稀釋劑入口的燃料的流量。本領域中的普通技術人員在查看本說明書時將更好地理解這樣的實施例的特征和方面，以及其它。


在說明書的其余部分中，包括對附圖的參照，更具體地描述了對本領域中的技術人員而言本發(fā)明的完整且能夠實施的公開，包括其最佳模式，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性燃燒器的簡化的橫截面；圖2是圖I中所示的示例性噴嘴的簡化的橫截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于操作圖I中所示的燃燒器的系統(tǒng)的簡化的示意性的方框圖，該系統(tǒng)連接在圖2中所示的噴嘴上；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于操作圖I中所示的燃燒器的方法的方框圖；圖5是對于給定的燃料-水比利用本發(fā)明的實施例改善排放的說明性曲線圖；且圖6是在某一燃料-水比范圍上的利用本發(fā)明的實施例的燃燒器中的壓力波動的說明性曲線圖。部件清單10燃燒器；12外殼；14噴嘴；16頂蓋；18端蓋；20襯套；22燃燒室；24流套筒；26流孔；28環(huán)形通道；30氣體燃料通道；32液體燃料通道；34氣體燃料入口 ；36氣體燃料出口 ；38液體燃料入口 ；40液體燃料出口 ；42稀釋劑通道；44空氣通道；46稀釋劑入口 ；48稀釋劑出口 ；50空氣入口 ；52空氣出口 ；54噴嘴的軸向中心線；60系統(tǒng)；62氣體燃料供給；64液體燃料供給；66稀釋劑供給；68空氣供給；70液體燃料閥門；72使液體燃料通向均化器的閥門；74均化器通向稀釋劑通道的閥門；76均化器；78氣體燃料閥門；80使氣體燃料通向液體燃料通道的閥門；82使氣體燃料通向稀釋劑通道的閥門；84稀釋劑閥門；86使稀釋劑通向空氣通道的閥門；88空氣閥門；90使空氣通向稀釋劑通道的閥門；92使稀釋劑通向氣體燃料通道的閥門；94使稀釋劑通向均化器的閥門；96均化器通向液體燃料通道、的閥門；98使空氣通向氣體燃料通道的閥門；100使空氣通向液體燃料通道的閥門；110控制器；112控制信號；114燃燒器傳感器；116流體傳感器；118穩(wěn)定性傳感器；120燃燒器傳感器參數(shù)信號；122流體傳感器參數(shù)信號；124穩(wěn)定性傳感器參數(shù)信號；126操作模式信號；128操作模式選擇器；130促動供給閥門。
具體實施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明的當前的實施例做出詳細參考，附圖中顯示了其一個或多個示例。詳細描述中使用數(shù)字標號和字母標號來指示圖中的特征。使用附圖和描述中的相同或類似的標號表示本發(fā)明的相同或類似的部件。各個示例是作為本發(fā)明的說明，而非本發(fā)明的限制而提供的。實際上，本領域中的技術人員將明白，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的條件下可在本發(fā)明中做出修改和變化。例如，作為一個實施例的一部分而被顯示或被描述的特征可用于另一實施例，從而產(chǎn)生又一實施例。因而，本發(fā)明意圖覆蓋在所附權利要求和其等效物的范圍內的這種修改和變化。本發(fā)明的各種實施例包括一種用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法。在特定的實施例中，液體燃料和/或氣體燃料可流過燃燒器中的噴嘴，并且控制器可調整燃料流量和/或稀釋劑和/或空氣到燃料流中的噴射，以提高燃燒器的效率，減少不合需要的排放，和/或防止或減少反燃和火焰保持的發(fā)生或有害影響。雖然大體在合并到燃氣渦輪中的燃燒器的背景下進行描述，但是本發(fā)明的實施例可應用于任何燃燒器中，并且除非權利要求中特別指出，否則并不局限于燃氣渦輪燃燒器。圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性燃燒器10(例如將包含在燃氣渦輪中)的簡化的橫截面圖。外殼12可包圍燃燒器10，以容納流向燃燒器10的壓縮的工作流體。如圖所示，燃燒器10可包括一個或多個沿徑向設置在頂蓋16中的噴嘴14。端蓋18和襯套20大體包圍定位在噴嘴14下游的燃燒室22。流套筒24和流孔26可包圍襯套20，從而在流套筒24和襯套20之間限定環(huán)形通道28。壓縮的工作流體可穿過流套筒24中的流 孔26，從而沿著襯套20的外面流動，從而為襯套20提供薄膜冷卻或對流冷卻。當壓縮的工作流體到達端蓋18時，壓縮的工作流體反轉方向而流過一個或多個噴嘴14，在此處其與燃料相混合，然后在燃燒室22中進行點燃，從而產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。圖2提供了圖I中所示的示例性噴嘴14的簡化的橫截面。噴嘴14可包括現(xiàn)有的噴嘴，現(xiàn)有的噴嘴具有一個或多個延伸穿過噴嘴14的分開的燃料通道、稀釋劑通道和/或空氣通道。例如，在圖2中所示的一個特定的實施例中，氣體燃料通道30和液體燃料通道32可延伸穿過噴嘴14，從而通過噴嘴14而為燃料提供流體連通。氣體燃料通道30具有氣體燃料入口 34和氣體燃料出口 36，使得氣體燃料通道30為氣體燃料提供穿過噴嘴14并進入燃燒室22中的流體連通。類似地，液體燃料通道32具有液體燃料入口 38和液體燃料出口 40，使得液體燃料通道32為液體燃料提供穿過噴嘴14并進入燃燒室22中的流體連通。通過這種方式，燃燒器10可以利用僅氣體燃料、僅液體燃料、或氣體燃料和液體燃料的組合而進行操作，這依賴于燃燒器10的操作模式或操作水平和/或各種液體燃料和氣體燃料的可用性。噴嘴14還可包括穿過噴嘴14的稀釋劑通道42和/或空氣通道44。稀釋劑通道42具有稀釋劑入口 46和稀釋劑出口 48，使得稀釋劑通道42提供了穿過噴嘴14并進入燃燒室22中的流體連通。類似地，空氣通道44具有空氣入口 50和空氣出口 52，使得空氣通道44提供了穿過噴嘴14并進入燃燒室22中的流體連通。稀釋劑通道42和空氣通道44大體定位在噴嘴中，使得相應的稀釋劑出口 48和空氣出口 52靠近一個或多個燃料出口 36，40。例如，如圖2中所示，液體燃料通道32和液體燃料出口 40大體可與噴嘴14的軸向中心線54對齊或沿著該軸向中心線而對齊，并且氣體燃料通道30和氣體燃料出口 36大體定位在液體燃料通道32的徑向外部。類似地，稀釋劑通道42和空氣通道44大體可與一個或多個燃料通道30，32對齊，使得稀釋劑出口 48和空氣出口 52靠近一個或多個燃料出口 36，40。然而，各種燃料通道、稀釋劑通道和空氣通道可以各種角度延伸穿過噴嘴，這依賴于各種入口和出口的相對位置，并且除非在權利要求中特別指出，否則各種通道的具體定向或位置并不是本發(fā)明的限制。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于操作圖I中所示的燃燒器10的系統(tǒng)60的簡化的示意性的方框圖，該系統(tǒng)連接在圖2中所示的噴嘴14上。如圖所示，系統(tǒng)60可包括與噴嘴14流體連通且彼此流體連通的氣體燃料供給62、液體燃料供給64、稀釋劑供給 66和空氣供給68。供給噴嘴14的可能的液體燃料可包括輕燃料油和重燃料油、油漿、石腦油、石油、煤焦油、原油和汽油，并且供給噴嘴14的可能的氣體燃料可包括高爐氣、一氧化碳、煉焦爐氣、天然氣、甲烷、蒸發(fā)的液化天然氣(LNG)、氫氣、合成氣、丁烷、丙烷和烯烴。供給噴嘴14的可能的稀釋劑可包括水、蒸汽、燃料添加劑、各種惰性氣體，例如氮氣和/或各種非可燃性氣體，例如二氧化碳或燃燒廢氣?？諝夤┙o68可為噴嘴14提供壓縮空氣，例如由外部壓縮機生產(chǎn)的壓縮空氣或從燃氣渦輪壓縮機中傳送的壓縮的工作流體。燃料供給62，64通過一個或多個燃料入口(例如氣體燃料入口 34和/或液體燃料入口 38)和/或稀釋劑入口 46而與噴嘴流體連通。通過這種方式，系統(tǒng)60可通過經(jīng)由液體燃料入口 38和/或稀釋劑入口 46將液體燃料供給燃燒室22，以及經(jīng)由氣體燃料入口34、液體燃料入口 38和/或稀釋劑入口 46將氣體燃料供給燃燒室22，來支持用于燃燒器10的各種燃料操作模式。例如，燃燒器10可以只利用液體燃料進行操作，該液體燃料通過閥門70供給液體燃料通道32，和/或通過閥門72和74而供給稀釋劑通道42。如果需要，在通過液體燃料通道32和/或稀釋劑通道42噴射到燃燒室22中之前，連接在液體燃料供給64和稀釋劑供給66之間的均化器76可用于將液體燃料和稀釋劑進行乳化。備選地，燃燒器10還可利用液體燃料和氣體燃料的組合進行操作，其中液體燃料通過閥門70供給液體燃料通道32和/或通過閥門72和74供給稀釋劑通道42，并且氣體燃料通過閥門78供給氣體通道30和/或通過閥門80供給稀釋劑通道32。最后，燃燒器10可以只利用氣體燃料而進行操作，該氣體燃料通過閥門78供給氣體燃料通道30，通過閥門80供給液體燃料通道32，和/或通過閥門82供給稀釋劑通道44。結果，燃燒器10可利用液體燃料和/或氣體燃料的分級供給進行操作，該液體燃料和/或氣體燃料通過液體燃料通道32、稀釋劑通道42和氣體燃料通道30而同時進行供給。稀釋劑供給66通過稀釋劑入口 46、一個或多個燃料入口(例如氣體燃料入口 34和/或液體燃料入口 38)和/或空氣入口 50而與噴嘴14流體連通。類似地，空氣供給68通過空氣入口 50、一個或多個燃料入口(例如氣體燃料入口 34和/或液體燃料入口 38)和/或稀釋劑入口 46而與噴嘴14流體連通。通過這種方式，出于許多目的，稀釋劑可通過閥門84供給稀釋劑通道42和/或通過閥門86供給空氣通道44，并且空氣可通過閥門88供給空氣通道44和/或通過閥門90供給稀釋劑通道42。例如，在降低功率或關閉操作期間，可通過空氣通道44和/或稀釋劑通道42而供給空氣，以便將空氣噴射到液體燃料出口 40附近，以使離開噴嘴14的液體燃料擴散或霧化，從而在燃燒之前增強液體燃料和壓縮的工作流體之間的混合。在較高功率操作期間，以及對于在受益于對燃料出口的調整的較低功率操作期間的某些設計考慮因素而言，可通過稀釋劑通道42和/或空氣通道44供給稀釋齊IJ，并且/或者可通過空氣通道44和/或稀釋劑通道42供給空氣，以便將稀釋劑和/或空氣噴射到液體燃料出口 40和/或氣體燃料出口 36附近，從而冷卻噴嘴14的下游表面和/或降低燃燒火焰的峰值火焰溫度。在噴嘴 14的下游表面上保持所需的溫度會保護噴嘴14免于過度磨損、過早損壞和/或噴嘴14的表面上的碳沉積(焦化)。降到燃燒火焰的峰值火焰溫度會減少不合需要的排放物的產(chǎn)生。最后，可通過稀釋劑通道42和/或空氣通道44供給稀釋劑，并且/或者可通過空氣通道44和/或稀釋劑通道42供給空氣，以便響應于反燃或火焰保持事件將稀釋劑和/或空氣噴射到液體燃料出口 40和/或氣體燃料出口 36附近，從而冷卻噴嘴14的表面和/或防止或熄滅火焰保持。如圖3中所示，出于許多目的，稀釋劑還可通過閥門92供給氣體燃料入口 34和/或通過閥門94和96供給液體燃料入口 38，并且空氣還可通過閥門98供給氣體燃料入口34和/或通過閥門100供給液體燃料入口 38，從而使稀釋劑和/或空氣流過相應的燃料通道30，32。例如，在降低功率或關閉操作期間，可將稀釋劑和/或空氣供給一個或多個燃料入口 34，38，以便使流過燃料通道34，38的燃料擴散或霧化，從而在燃燒之前分配燃料并增強在燃料和壓縮的工作流體之間的混合。在較高功率操作期間，可通過均化器76供給稀釋齊U，從而使液體燃料在噴射到燃燒室22中之前進行乳化。乳化的液體燃料可冷卻噴嘴14的下游表面，和/或降低燃燒火焰的峰值火焰溫度。冷卻噴嘴14的下游表面會保護噴嘴14免于過度磨損、過早損壞和/或噴嘴14的表面上的碳沉積(焦化)。降低燃燒火焰的峰值火焰溫度會減少不合需要的排放物的產(chǎn)生。在較低功率操作期間，可通過閥門94，96和/或均化器76供給稀釋劑，從而在噴射到燃燒室22中之前增加所需傳送通道中的可燃流體的體積。隨著可燃混合物的體積增加，壓力增加，從而改善了出口射流的形狀，并減少了噴嘴14的表面上的沉積/焦化。通過經(jīng)由閥門90，98，100傳送空氣并使空氣與可燃流體混合，可實現(xiàn)額外的可燃流體的壓力增加和霧化的改善?？諝鈱a(chǎn)生冒泡(起泡)效應，其將進一步促進更好的霧化和更均勻的燃燒火焰。另外，可響應火焰保持事件將稀釋劑和/或空氣供給一個或多個燃料入口 34，38，從而冷卻火焰保持附近的噴嘴14的表面和/或使火焰保持熄滅。稀釋劑和/或空氣還可供給一個或多個燃料入口 34，38，以便清除來自特定燃料通道30，32的燃料。例如，當轉變?yōu)橹蝗紵龤怏w燃料時，可將稀釋劑和/或空氣供給液體燃料入口 38，以便清除來自液體燃料通道32的液體燃料。如圖3中所示，系統(tǒng)60還可包括控制器110，其使之前論述的各種閥門定位，以便將各種燃料、稀釋劑和空氣以最佳的流速供給所需通道。如這里所述，控制器110的技術效果是將控制信號112發(fā)送給各種閥門，以遠程定位各種閥門，從而實現(xiàn)所需的流動路徑和流速?？刂破?10可包括本領域中已知的任何計算機系統(tǒng)(例如筆記本電腦、個人計算機、微型計算機或大型計算機)中所包含的獨立構件或子構件。本文論述的各種控制器110和計算機系統(tǒng)并不局限于任何特定的硬件架構或配置。本文陳述的系統(tǒng)和方法的實施例可由一個或多個以任何合適的方式適于提供所需功能的通用或定制型控制器來實現(xiàn)。例如，控制器110可適合于提供補充或不涉及本主題的額外的功能。在使用軟件時，任何合適的程序、腳本或其它類型的語言或語言組合可用于實現(xiàn)包含在本文中的教導。然而，本文所陳述和公開的某些系統(tǒng)和方法還可通過硬連線邏輯或其它電路來執(zhí)行，包括但不局限于專用電路。當然，計算機-執(zhí)行的軟件和硬連線邏輯或其它電路的各種組合也可能是合適的?？刂破?10可以可操作地連接在一個或多個傳感器上，該一個或多個傳感器產(chǎn)生一個或多個反映燃燒器10的操作參數(shù)的參數(shù)信號。作為舉例說明而非作為本發(fā)明的限制，傳感器可被廣泛地編組為燃燒器/燃氣渦輪性能傳感器114、流體傳感器116和穩(wěn)定性傳感器118。燃燒/燃氣渦輪傳感器114可定位在燃燒器10或燃氣渦輪的各處，以便提供實時或近實時的、反映了燃燒器10或燃氣渦輪的操作參數(shù)的參數(shù)信號120。例如，燃燒/燃氣渦輪傳感器114可監(jiān)測和提供反映了壓縮的工作流體的壓力(壓縮機的排放壓力)、壓縮的工作流體的溫度、燃燒器10內部的各種溫度、燃氣渦輪的排氣溫度、功率水平或燃燒器10或燃氣渦輪的任意數(shù)量的其它操作參數(shù)的參數(shù)信號120。流體傳感器116可定位在供給燃燒器10的各種流體中，以提供反映了各種流體的物理特性的參數(shù)信號122。例如，流體傳感器116可監(jiān)測和提供反映了周圍空氣的溫度和/或濕度、稀釋劑的溫度和/或壓力、或者燃料 的壓力、溫度和/或卡路里含量的參數(shù)信號122。穩(wěn)定性傳感器118可類似地定位在燃燒器10和/或燃氣渦輪的各處，從而提供反映了燃燒器10和/或燃氣渦輪的異常條件的參數(shù)信號124。例如，穩(wěn)定性傳感器118可監(jiān)測和提供反映各個噴嘴14的內部或附近的溫度以指示反燃或火焰保持事件，反映燃燒器10的內部的壓力幅度和/或頻率以指示燃燒器的火焰穩(wěn)定性，或反映排放含量以指示過渡的不合需要的排放的參數(shù)信號124。圖4提供了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于操作圖I中所示的燃燒器10的方法的方框圖。該方法可包括產(chǎn)生反映了用于燃燒器10的所需的操作模式的操作模式信號126。操作模式信號126可例如通過操作員手動產(chǎn)生，如方框128所示，或者例如響應于所感測的燃燒器10的操作水平而自動地產(chǎn)生。在方框130中，操作模式信號126促動閥門中的一個或多個，這些閥門位于燃料供給(例如閥門70，78)、稀釋劑供給(例如閥門84)和/或空氣供給(閥門88)的下游，以便使燃料(液體或氣體)流過燃料入口 34，38，使稀釋劑流過稀釋劑入口 46，和/或使空氣流過空氣入口 50。如方框132中所示，該方法還可包括監(jiān)測燃燒器10的一個或多個操作參數(shù)，并產(chǎn)生一個或多個反映操作參數(shù)的參數(shù)信號。例如，燃燒器/燃氣渦輪性能傳感器114可產(chǎn)生反映了壓縮的工作流體的壓力(壓縮機的排放壓力)、壓縮的工作流體的溫度、燃燒器10內部的各種溫度、燃氣渦輪的排氣溫度、功率水平、或者燃燒器10或燃氣渦輪的任意數(shù)量的其它操作參數(shù)的參數(shù)信號120。流體傳感器116可產(chǎn)生反映了周圍空氣的溫度和/或濕度、稀釋劑的溫度和/或壓力、或者燃料的壓力、溫度和/或卡路里含量的參數(shù)信號122。穩(wěn)定性傳感器118可產(chǎn)生反映了各個噴嘴114的內部或附近的溫度、燃燒器10內部的壓力幅度和/或頻率、或者排放含量(以指示過量的不合需要的排放)的參數(shù)信號124?？刂破?10接收一個或多個參數(shù)信號120，122，124和/或操作模式信號126，并產(chǎn)生控制信號112。在方框136處，控制信號112調整通過噴嘴14通向燃燒器10的燃料、稀釋劑或空氣中的至少一個的流量。例如，在正常操作期間，控制器110可響應于在功率需求、環(huán)境溫度、燃料質量、或燃燒器10或燃氣渦輪的各種其它操作參數(shù)方面的變化而簡單地調整穿過相應的燃料通道、稀釋劑通道或空氣通道的燃料、稀釋劑或空氣中的一個或多個的流速。具體地說，來自控制器110的控制信號112可響應于流體傳感器116的參數(shù)信號122而調整燃料供給，以容許燃燒器10利用多種具有不同熱值或沃泊(Wobbe)指數(shù)的液體燃料和氣體燃料進行操作，而不會對燃燒器火焰穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響，產(chǎn)生過大的壓力波動，和/或增加火焰保持的風險或發(fā)生。通過這種方式，系統(tǒng)60可優(yōu)化燃料和/或稀釋劑的消耗，從而提高燃燒器10的效率并降低運營成本。備選地或附加地，來自控制器110的控制信號112可響應于操作模式信號126中的變化而調整穿過一個或多個交叉連接的燃料通道、稀釋劑通道或空氣通道的燃料、稀釋劑或空氣中的其中一個或多個的流速。例如，來自控制器110的控制信號112可調整穿過液體燃料通道32的稀釋劑和/或空氣流量，以便在僅僅以氣體燃料操作的模式的預期中清除來自液體燃料通道32的液體燃料。作為另一示例，來自控制器110的控制信號112可響應于穩(wěn)定性傳感器118的參數(shù)信號124而調整穿過一個或多個交叉連接的燃料通道或稀釋劑通道的燃料、稀釋劑或空氣中的其中一個或多個的流速。例如，控制信號112和控制器110可響應于檢測到的火焰保持事件和/或過量的不合需要的排放而調整穿過一個或多個燃料通道30，32的稀釋劑和/或空氣流量。圖5為非乳化燃料(虛線曲線)提供了同乳化燃料(實線曲線)相比的與各種稀釋劑-燃料比相關聯(lián)的一氧化二氮排放的示例性曲線圖。如圖所示，系統(tǒng)60可調整穿過混合管道和/或均化器76的稀釋劑流的量，以調整可燃流體的壓力以及通過液體燃料通道32所噴射的乳化燃料中的稀釋劑-燃料比，從而對于相同的稀釋劑-燃料比而減少一氧化二氮排放。類似地，圖6為非乳化燃料(虛線曲線)提供了同乳化燃料(實線曲線)相比的與各種稀釋劑-燃料比相關聯(lián)的壓力波動的示例性曲線圖。如圖所示，系統(tǒng)60可調整穿過均化器76的稀釋劑流的量，以調整通過液體燃料通道32所噴射的乳化燃料中的稀釋劑-燃料比，從而最大限度地減小燃燒器10中的壓力波動。本領域中的普通技術人員將很容易地理解參照圖1-3所描述和所展示的系統(tǒng)60使控制器110能夠調整或微調各種穿過燃燒器10的流體流量、以不僅改善正常操作期間的燃燒器效率而且還響應各種傳感器所檢測的異常條件所用的方式的這些示例和其它示例。 本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還可使本領域中的任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何所含方法。本發(fā)明的可獲得專利保護的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域中的技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例包括并非不同于權利要求書面語言的結構元件，或者如果它們包括與權利要求書面語言無實質差異的等效的結構元件，那么這些其它示例都意圖在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于操作燃燒器(10)的系統(tǒng)(60)，包括 a.噴嘴(14)； b.穿過所述噴嘴(14)的燃料通道(30，32)，其中所述燃料通道(30，32)具有燃料入口(34，38)和燃料出口 (36，40)； c.穿過所述噴嘴(14)的稀釋劑通道(42)，其中所述稀釋劑通道(42)具有稀釋劑入口(46)和稀釋劑出口 (48)； d.與所述燃料入口(34，38)和所述稀釋劑入口(46)流體連通的燃料供給(62，64);和 e.與所述稀釋劑入口(46)流體連通的稀釋劑供給(66)。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述稀釋劑供給￠6)與所述燃料入口 (34，38)流體連通。
3.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括穿過所述噴嘴(14)的空氣通道(44)，其中所述空氣通道(44)具有空氣入口(50)和空氣出口(52)。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括與所述空氣入口(50)以及所述稀釋劑入口(46)或所述燃料入口(34，38)中的至少一個流體連通的空氣供給(68)。
5.根據(jù)權利要求3-4中的任一項所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述稀釋劑供給(66)與所述空氣入口(50)流體連通。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述燃料通道(30，32)包括穿過所述噴嘴(14)的氣體燃料通道(30)和穿過所述噴嘴(14)的液體燃料通道(32)，所述氣體燃料通道(30)具有氣體燃料入口(34)和氣體燃料出口(36)，所述液體燃料通道(32)具有液體燃料入口(38)和液體燃料出口(40)。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述稀釋劑供給￠6)與所述氣體燃料入口(34)及所述液體燃料入口(38)流體連通。
8.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括產(chǎn)生反映所述燃燒器(10)的操作參數(shù)的參數(shù)信號(120，122，124)的傳感器(114，116，118)。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述參數(shù)信號(120，122，124)反映了溫度、壓力、燃料質量或排放中的至少一個。
10.根據(jù)權利要求8-9中的任一項所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括連接在所述傳感器(114，116，118)上的控制器(110)，其中所述控制器(110)從所述傳感器(114，116，118)接收所述參數(shù)信號(120，122，124)，并且基于所述參數(shù)信號(120，122，124)而針對所述燃料供給(62，64)或所述稀釋劑供給￠6)中的至少一個產(chǎn)生控制信號(112)。
11.一種用于操作燃燒器(10)的方法，包括 a.使燃料流過噴嘴(14)中的燃料入口(34，38)； b.使稀釋劑流過所述噴嘴(14)中的稀釋劑入口(46)； c.感測所述燃燒器(10)的操作參數(shù)； c.產(chǎn)生反映所述操作參數(shù)的信號；以及 e.基于反映所述操作參數(shù)的所述信號控制通向所述稀釋劑入口(46)的燃料的流量。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生反映溫度、壓力、燃料質量或排放中的至少一個的信號。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向所述燃料入口(34，38)的稀釋劑或空氣中的至少一個的流量。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向所述稀釋劑入口(46)的空氣的流量。
15.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向空氣入口(50)的燃料的流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法。一種用于操作燃燒器(10)的系統(tǒng)(60)包括噴嘴(14)和穿過噴嘴(14)的燃料通道(30，32)及稀釋劑通道(42)。燃料供給(62，64)與燃料入口(34，38)和稀釋劑入口(46)流體連通，并且稀釋劑供給(66)與稀釋劑入口(46)流體連通。一種用于操作燃燒器(10)的方法包括使燃料流過噴嘴(14)中的燃料入口(34，38)，并使稀釋劑流過噴嘴(14)中的稀釋劑入口(46)。該方法還包括感測燃燒器(10)的操作參數(shù)，產(chǎn)生反映操作參數(shù)的信號，并基于反映操作參數(shù)的信號而控制通向稀釋劑入口(46)的燃料的流量。
文檔編號F23D17/00GK102635860SQ20121003842
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權日2011年2月11日
發(fā)明者J·基爾斯納 申請人:通用電氣公司