專利名稱：用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及 ー種用于操作燃燒器的系統(tǒng)和方法。在特定的實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于操作燃?xì)鉁u輪中的燃燒器。
背景技術(shù)：
燃燒器通常用于點(diǎn)燃燃料，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃?xì)鉁u輪示例性地包括一個(gè)或多個(gè)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?xì)鉁u輪包括位于前面的軸向壓縮機(jī)、ー個(gè)或多個(gè)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(jī)中，并且壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)葉片和固定導(dǎo)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(jī)，并流過各個(gè)燃燒器中的ー個(gè)或多個(gè)噴嘴，在此處，壓縮的工作流體與燃料混合并點(diǎn)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(jī)上的軸旋轉(zhuǎn)，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(diǎn)。局部熱點(diǎn)可能會増加富含燃料區(qū)域中的一氧化ニ氮的產(chǎn)生，同時(shí)燃料稀薄區(qū)域可能増加一氧化碳和未燃燒的碳?xì)浠衔锏漠a(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)域可能増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(nèi)部的機(jī)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(yīng)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(shí)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(qiáng)液體燃料與壓縮的工作流體在燃燒之前的擴(kuò)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)和方法通過在増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(shí)常需要專門的噴嘴設(shè)計(jì)，并且示例性地在橫跨整個(gè)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(nèi)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(shí)踐學(xué)習(xí)到本發(fā)明的方面和優(yōu)勢。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是ー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空氣入口和空氣出口的空氣通道。燃料供給與燃料入口流體連通，并且空氣供給與空氣入口及燃料入口流體連通。本發(fā)明的另ー實(shí)施例是ー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ロ，稀釋劑通道具有稀釋劑入口和稀釋劑出ロ，并且空氣通道具有空氣入口和空氣出ロ。燃料供給與燃料入口流體連通，并且空氣供給與空氣入口及燃料入口流體連通。傳感器提供反映燃燒器的操作參數(shù)的參數(shù) 信號，并且連接在所述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或空氣供給中的至少ー個(gè)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ロ，并使空氣流過噴嘴中的空氣入ロ。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)的信號而控制通向燃料入口的空氣或稀釋劑中的至少ー個(gè)的流量。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在查看本說明書時(shí)將更好地理解這樣的實(shí)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(lǐng)域中的技術(shù)人員而言本發(fā)明的完整且能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(shí)施例的燃燒器中的壓カ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氣體燃料出ロ ；38液體燃料入口 ；40液體燃料出ロ ；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(shí)施方式

現(xiàn)在將對本發(fā)明的當(dāng)前的實(shí)施例做出詳細(xì)參考，附圖中顯示了其ー個(gè)或多個(gè)示例。詳細(xì)描述中使用數(shù)字標(biāo)號和字母標(biāo)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(biāo)號表示本發(fā)明的相同或類似的部件。各個(gè)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(shí)際上，本領(lǐng)域中的技術(shù)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，作為ー個(gè)實(shí)施例的一部分而被顯示或被描述的特征可用于另ー實(shí)施例，從而產(chǎn)生又ー實(shí)施例。因而，本發(fā)明意圖覆蓋在所附權(quán)利要求和其等效物的范圍內(nèi)的這種修改和變化。本發(fā)明的各種實(shí)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(shí)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(diào)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?xì)鉁u輪中的燃燒器的背景下進(jìn)行描述，但是本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于任何燃燒器中，并且除非權(quán)利要求中特別指出，否則并不局限于燃?xì)鉁u輪燃燒器。圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性燃燒器10(例如將包含在燃?xì)鉁u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(gè)或多個(gè)沿徑向設(shè)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?qū)α骼鋮s。當(dāng)壓縮的エ作流體到達(dá)端蓋18時(shí)，壓縮的工作流體反轉(zhuǎn)方向而流過一個(gè)或多個(gè)噴嘴14，在此處其與燃料相混合，然后在燃燒室22中進(jìn)行點(diǎn)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)有的噴嘴具有ー個(gè)或多個(gè)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中所示的ー個(gè)特定的實(shí)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具有氣體燃料入ロ 34和氣體燃料出ロ 36，使得氣體燃料通道30為氣體燃料提供穿過噴嘴14并進(jìn)入燃燒室22中的流體連通。類似地，液體燃料通道32具有液體燃料入ロ 38和液體燃料出ロ 40，使得液體燃料通道32為液體燃料提供穿過噴嘴14并進(jìn)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(jìn)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具有稀釋劑入ロ 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(jìn)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(jìn)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(yīng)的稀釋劑出ロ 48和空氣出ロ 52靠近ー個(gè)或多個(gè)燃料出ロ 36，40。例如，如圖2中所示，液體燃料通道32和液體燃料出ロ 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和氣體燃料出ロ 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大體可與ー個(gè)或多個(gè)燃料通道30，32對齊，使得稀釋劑出ロ 48和空氣出ロ 52靠近ー個(gè)或多個(gè)燃料出ロ 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(quán)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(gè)實(shí)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?fàn)t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?dú)夂?或各種非可燃性氣體，例如ニ氧化碳或燃燒廢氣?？諝夤┙o68可為噴嘴14提供壓縮空氣，例如由外部壓縮機(jī)生產(chǎn)的壓縮空氣或從燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)中傳送的壓縮的工作流體。燃料供給62，64通過ー個(gè)或多個(gè)燃料入ロ(例如氣體燃料入ロ 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jié)果，燃燒器10可利用液體燃料和/或氣體燃料的分級供給進(jìn)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(shí)進(jìn)行供給。稀釋劑供給66通過稀釋劑入口 46、ー個(gè)或多個(gè)燃料入口(例如氣體燃料入口 34和/或液體燃料入ロ 38)和/或空氣入ロ 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、ー個(gè)或多個(gè)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(guān)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ロ 40附近，以使離開噴嘴14的 液體燃料擴(kuò)散或霧化，從而在燃燒之前增強(qiáng)液體燃料和壓縮的エ作流體之間的混合。在較高功率操作期間，以及對于在受益于對燃料出口的調(diào)整的較低功率操作期間的某些設(shè)計(jì)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ロ 40和/或氣體燃料出ロ 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(hù)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(yīng)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ロ 40和/或氣體燃料出ロ 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供給液體燃料入ロ 38，并且空氣還可通過閥門98供給氣體燃料入ロ34和/或通過閥門100供給液體燃料入ロ 38，從而使稀釋劑和/或空氣流過相應(yīng)的燃料通道30，32。例如，在降低功率或關(guān)閉操作期間，可將稀釋劑和/或空氣供給ー個(gè)或多個(gè)燃料入口 34，38，以便使流過燃料通道34，38的燃料擴(kuò)散或霧化，從而在燃燒之前分配燃料并增強(qiáng)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(jìn)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(hù)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中之前増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，壓カ增加，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(shí)現(xiàn)額外的可燃流體的壓カ增加和霧化的改善?？諝鈱a(chǎn)生冒泡(起泡)效應(yīng)，其將進(jìn)ー步促進(jìn)更好的霧化和更均勻的燃燒火焰。另外，可響應(yīng)火焰保持事件將稀釋劑和/或空氣供給ー個(gè)或多個(gè)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/或空氣還可供給ー個(gè)或多個(gè)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(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹蝗紵龤怏w燃料時(shí)，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(shù)效果是將控制信號112發(fā)送給各種閥門，以遠(yuǎn)程定位各種閥門，從而實(shí)現(xiàn)所需的流動路徑和流速?？刂破?10可包括本領(lǐng)域中已知的任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如筆記本電腦、個(gè)人計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)或大型計(jì)算機(jī))中所包含的獨(dú)立構(gòu)件或子構(gòu)件。本文論述的各種控制器110和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并不局限于任何特定的硬件架構(gòu)或配置。本文陳述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例可由一個(gè)或多個(gè)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(shí)現(xiàn)。例如，控制器110可適合于提供補(bǔ)充或不涉及本主題的額外的功能。在使用軟件時(shí)，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(shí)現(xiàn)包含在本文中的教導(dǎo)。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(dāng)然，計(jì)算機(jī)-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(gè)或多個(gè)傳感器上，該ー個(gè)或多個(gè)傳感器產(chǎn)生ー個(gè)或多個(gè)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?xì)鉁u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?xì)鉁u輪傳感器114可定位在燃燒器10或燃?xì)鉁u輪的各處，以便提供實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的、反映了燃燒器10或燃?xì)鉁u輪的操作參數(shù)的參數(shù)信號120。例如，燃燒/燃?xì)鉁u輪傳感器114可監(jiān)測和提供反映了壓縮的工作流體的壓カ(壓縮機(jī)的排放壓力)、壓縮的エ作流體的溫度、燃燒器10內(nèi)部的各種溫度、燃?xì)鉁u輪的排氣溫度、功率水平或燃燒器10或燃?xì)鉁u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?xì)鉁u輪的各處，從而提供反映了燃燒器10和/或燃?xì)鉁u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(gè)噴嘴14的內(nèi)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(nèi)部的壓カ幅度和/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(gè)實(shí)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(yīng)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促動閥門中的ー個(gè)或多個(gè)，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的ー個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)，并產(chǎn)生ー個(gè)或多個(gè)反映操作參數(shù)的參數(shù)信號。例如，燃燒器/燃?xì)鉁u輪性能傳感器114可產(chǎn)生反映了壓縮的工作流體的壓カ(壓縮機(jī)的排放壓力)、壓縮的工作流體的溫度、燃燒器10內(nèi)部的各種溫度、燃?xì)鉁u輪的排氣溫度、功率水平、或者燃燒器10或燃?xì)鉁u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(gè)噴嘴114的內(nèi)部或附近的溫度、燃燒器10內(nèi)部的壓カ幅度和/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。控制器110接收ー個(gè)或多個(gè)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(diào)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ー個(gè)的流量。例如，在正常操作期間，控制器110可響應(yīng)于在功率需求、環(huán)境溫度、燃料質(zhì)量、或燃燒器10或燃?xì)鉁u輪的各種其它操作參數(shù)方面的變化而簡單地調(diào)整穿過相應(yīng)的燃料通道、稀釋劑通道或空氣通道的燃料、稀釋劑或空氣中的ー個(gè)或多個(gè)的流速。具體地說，來自控制器110的控制信號112可響應(yīng)于流體傳感器116的參數(shù)信號122而調(diào)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(jìn)行操作，而 不會對燃燒器火焰穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，產(chǎn)生過大的壓カ波動，和/或増加火焰保持的風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)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(yīng)于操作模式信號126中的變化而調(diào)整穿過ー個(gè)或多個(gè)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ー個(gè)或多個(gè)的流速。例如，來自控制器110的控制信號112可調(diào)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(yù)期中清除來自液體燃料通道32的液體燃料。作為另ー示例，來自控制器110的控制信號112可響應(yīng)于穩(wěn)定性傳感器118的參數(shù)信號124而調(diào)整穿過ー個(gè)或多個(gè)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ー個(gè)或多個(gè)的流速。例如，控制信號112和控制器110可響應(yīng)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(diào)整穿過ー個(gè)或多個(gè)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(shí)線曲線)相比的與各種稀釋剤-燃料比相關(guān)聯(lián)的一氧化ニ氮排放的示例性曲線圖。如圖所示，系統(tǒng)60可調(diào)整穿過混合管道和/或均化器76的稀釋劑流的量，以調(diào)整可燃流體的壓カ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ニ氮排放。類似地，圖6為非乳化燃料(虛線曲線)提供了同乳化燃料(實(shí)線曲線)相比的與各種稀釋剤-燃料比相關(guān)聯(lián)的壓カ波動的示例性曲線圖。如圖所示，系統(tǒng)60可調(diào)整穿過均化器76的稀釋劑流的量，以調(diào)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中的壓カ波動。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)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(diào)整或微調(diào)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(yīng)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(lǐng)域中的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`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(hù)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域中的技術(shù)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(quán)利要求書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求書面語言無實(shí)質(zhì)差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它示例都意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)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)； d.與所述燃料入口(34，38)流體連通的燃料供給(62，64);和 e.與所述空氣入口(50)及所述燃料入口(34，38)流體連通的空氣供給(68)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述燃料供給(62，64)與所述空氣入口(50)流體連通。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括穿過所述噴嘴(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)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，還包括與所述稀釋劑入口(46)以及所述空氣入口(50)或所述燃料入口(34，38)中的至少一個(gè)流體連通的稀釋劑供給(66)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3-4中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述空氣供給(68)與所述稀釋劑入口(46)流體連通。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)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(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(60)，其特征在于，所述空氣供給(68)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(quán)利要求中的任一項(xiàng)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(quán)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(zhì)量或排放中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9中的任一項(xiàng)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(gè)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.使空氣流過所述噴嘴(14)中的空氣入口(50)； 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燃料入口(34，38)的空氣或稀釋劑中的至少一個(gè)的流量。
12.根據(jù)權(quán)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(zhì)量或排放中的至少一個(gè)的信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向所述空氣入口(50)的燃料或稀釋劑中的至少一個(gè)的流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向稀釋劑入口(46)的空氣的流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括控制通向稀釋劑入口(46)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)及空氣通道(44)。燃料供給(62)，(64)與燃料入口(34，38)流體連通，并且空氣供給(68)與空氣入口(50)及燃料入口(34，38)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)，并使空氣流過噴嘴(14)中的空氣入口(50)。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)的信號而控制通向燃料入口(34，38)的空氣或稀釋劑中的至少一個(gè)的流量。
文檔編號F23D17/00GK102679359SQ20121004189
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)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