專利名稱：添加劑輸送系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，且更具體地講，涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 的添加劑輸送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大體上，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)燃燒壓縮空氣和燃料的混合物以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃 燒氣體可流動通過一個或多個渦輪級，以便為負(fù)載和/或壓縮機(jī)產(chǎn)生動力。因為對能源的 需求已經(jīng)提高，所以燃?xì)鉁u輪操作者和生產(chǎn)商日益探索在燃?xì)鉁u輪中使用低質(zhì)量的燃料， 例如殘渣燃料油。但是，低質(zhì)量的燃料可包括可腐蝕燃?xì)鉁u輪的構(gòu)件的大量雜質(zhì)，例如釩。

發(fā)明內(nèi)容
下面概述了在范圍方面與原本要求保護(hù)的發(fā)明相當(dāng)?shù)哪承嵤├?。這些實施例不 意圖限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可行形式的 簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括可類似于或異于下面闡述的實施例的多種多樣的形式。在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括構(gòu)造成以便燃燒燃料的燃燒器、構(gòu)造成以便接收 燃燒的燃料的渦輪，以及構(gòu)造成以便通過至少一個水通道以一定流率將水引導(dǎo)到燃燒器的 噴水系統(tǒng)。該流率是可變的，以實現(xiàn)第一控制功能。該系統(tǒng)還包括添加劑輸送系統(tǒng)，添加劑 輸送系統(tǒng)構(gòu)造成以便通過該至少一個水通道將一定量的添加劑引導(dǎo)到燃燒器，以實現(xiàn)第二 控制功能。添加劑的量可基于水的流率而變化，且第一控制功能和第二控制功能彼此不同。在第二實施例中，一種系統(tǒng)包括添加劑輸送系統(tǒng)，該添加劑輸送系統(tǒng)構(gòu)造成以便 將一定量的阻蝕添加劑供應(yīng)到被噴水系統(tǒng)引導(dǎo)到渦輪燃燒器的水流中。該系統(tǒng)還包括配置 成以便至少部分地基于水的流量來調(diào)節(jié)阻蝕添加劑的量的控制器。水的流量是可變的，以 實現(xiàn)與阻蝕添加劑無關(guān)的功能。在第三實施例中，一種方法包括控制待添加到渦輪燃燒器的噴水系統(tǒng)的水供應(yīng)中 的阻蝕物質(zhì)的量。水供應(yīng)的流率可獨立于該量而變化，以實現(xiàn)非阻蝕控制功能。該量可至 少部分地基于水供應(yīng)的流率而變化，以實現(xiàn)阻蝕控制功能。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中圖1是具有可用來輸送添加劑的噴水系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一個實施例的示 意性流程圖；圖2是通過縱向軸線截取的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一個實施例的截面圖；圖3是圖2的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的燃料噴嘴的局部剖視圖；圖4是描繪了用于通過圖1所示的噴水系統(tǒng)的實施例來輸送添加劑的方法的流程 圖；以及
圖5是描繪了用于采用噴水添加劑系統(tǒng)和燃料添加劑系統(tǒng)來將添加劑輸送到燃 氣渦輪發(fā)動機(jī)的方法的流程圖。部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)
12燃燒器
14燃料
16燃料供應(yīng)系統(tǒng)
18加壓空氣
20溶液
22噴水系統(tǒng)
24水
26水供應(yīng)
27添加劑輸送系統(tǒng)
28添加劑
30添加劑供應(yīng)
32空氣
34進(jìn)氣口
38壓縮機(jī)
40熱的燃燒氣體
42渦輪
44軸
46負(fù)載
48排氣段
50控制器
52傳感器
54傳感器
56傳感器
58閥
59閥
60輸送系統(tǒng)
62添加劑供應(yīng)
64添加劑
66閥
69頭端
70燃料噴嘴
72歧管
74歧管
76歧管
77歧管
78葉片
80過渡段
90基座
92通道
94通道
96通道
98通道
110方法
112步驟
114步驟
116步驟
118步驟
120方法
122步驟
124步驟
126步驟
128步驟
130步驟
具體實施例方式下面將對本發(fā)明的一個或多個具體實施例進(jìn)行描述。為了致力于提供對這些實施 例的簡明描述，可能不會在說明書中描述實際實現(xiàn)的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在例如在任何工 程或設(shè)計項目中的任何這種實際實現(xiàn)的開發(fā)中，必須作出許多對于實現(xiàn)而言專有的決定， 以實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)有關(guān)及與商業(yè)有關(guān)的約束，開發(fā)人員的具體 目標(biāo)可根據(jù)不同的實現(xiàn)而彼此有所改變。而且，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時 的，但盡管如此，對具有本公開的益處的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將是設(shè)計、生產(chǎn) 和制造的例行任務(wù)。在介紹本發(fā)明的各實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”和“所述”意圖表 示存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，且表示除了列出 的元件之外，還可存在另外的元件。本公開涉及具有設(shè)計成通過用于噴水的現(xiàn)有通道供應(yīng)添加劑的添加劑輸送系統(tǒng) 的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。出于非添加劑的目的，例如排放控制、動力增大或渦輪浸濕，可使用現(xiàn) 有通道來將水提供給燃燒器。目前的實施例使用這些現(xiàn)有通道來將添加劑和水一起提供給 燃燒器，通過使用現(xiàn)有水通道，而非采用單獨的專用添加劑噴射通道或采用燃料通道來噴 水，這可降低制造成本和/或復(fù)雜性。在某些實施例中，添加劑可實現(xiàn)操作控制功能，例如 阻止腐蝕和/或生煙。例如，可將諸如鎂的添加劑噴射到燃燒器中，以阻止可能由于包含在 低質(zhì)量的燃料中的雜質(zhì)造成的腐蝕。如下面所論述，某些目前公開的添加劑輸送系統(tǒng)可采 用水溶性添加劑，而非油溶性或油分散性添加劑。水溶性添加劑可降低或消除燃料處理裝 備的退化，且可能比油基添加劑，特別是雜質(zhì)濃度較高的油基添加劑，更廉價。
因此，在目前的實施例中，添加劑輸送系統(tǒng)設(shè)計成與噴水系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，以通過用于 噴水的現(xiàn)有通道噴射水溶性或水分散性添加劑。換句話說，通過已經(jīng)用于噴水的現(xiàn)有通道 來噴射添加劑，以實現(xiàn)非添加劑控制功能，除了別的以外，例如排放控制、動力增大或渦輪 浸濕。使用現(xiàn)有通道允許對燃燒器提供添加劑而不用使用單獨的添加劑專用通道。例如，可 在液體和/或氣體燃料燃燒期間采用噴水系統(tǒng)，以將水噴射到燃燒器中，以減少復(fù)合物-例 如氧化一氮和二氧化氮(總稱為N0x)_的排放。噴水系統(tǒng)可將水從水供應(yīng)引導(dǎo)到燃料噴嘴 內(nèi)或燃燒器內(nèi)的單獨的水專用通道。然后水可與燃料和空氣一起進(jìn)入燃燒區(qū)?？赏ㄟ^由排 放噴水系統(tǒng)使用的相同通道將添加劑噴射到燃燒器中。在其它實例中，可采用噴水系統(tǒng)將 水噴射到燃燒器中，以用于增大動力或用于浸濕渦輪(例如以便去除灰燼)。也可通過用來 提供水以用于增大動力或用于浸濕渦輪的這些相同的通道來噴射添加劑。在某些實施例中，添加劑可與水混合，以形成包含水和添加劑兩者的溶液。然后可 通過用來為了非添加劑的目的而提供水的現(xiàn)有水通道將該溶液噴射到燃燒器中。以這種方 式，可采用現(xiàn)有水通道來將添加劑輸送到燃燒器，而非使用添加劑專用通道或燃料通道。通 過經(jīng)由不與液體燃料通道流體連通的水通道輸送添加劑，可減輕或消除燃料系統(tǒng)的污染。 另外，通過由噴水系統(tǒng)使用的現(xiàn)有水通道來添加添加劑允許采用水溶性添加劑，這通?？?比使用油基添加劑更廉價。此外，添加劑輸送系統(tǒng)通過允許將現(xiàn)有噴水系統(tǒng)修改成結(jié)合添 加劑輸送系統(tǒng)而提供了制造柔性。當(dāng)然，添加劑輸送系統(tǒng)也可在初始制造期間結(jié)合到噴水 系統(tǒng)中。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，且首先參看圖1，示出了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的一個實施例的框圖。 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可為簡單循環(huán)系統(tǒng)或聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的一部分。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10包括 接收來自燃料供應(yīng)系統(tǒng)16的燃料14的燃燒器12。燃料供應(yīng)系統(tǒng)16可將諸如天然氣、輕 或重餾出油、石腦油、原油、殘油或合成氣的液體或氣體燃料14提供給燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10。 在某些實施例中，燃料供應(yīng)系統(tǒng)16可構(gòu)造成用于雙燃料操作，以便當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10在 負(fù)載下操作時在液體燃料和氣體燃料之間選擇性地轉(zhuǎn)換。可將氣體燃料和液體燃料引導(dǎo)到 燃燒器12內(nèi)的兩個單獨的液體通道和氣體通道(例如通過燃料噴嘴)。在燃燒器12內(nèi)，燃料14可與加壓空氣(由箭頭18所示)混合，且會發(fā)生點燃，從 而產(chǎn)生對燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10供以動力的熱的燃燒氣體。除了接收燃料14和加壓空氣18 之外，燃燒器12可接收來自噴水系統(tǒng)22的水溶液20。噴水系統(tǒng)22可調(diào)節(jié)從水供應(yīng)26流 到燃燒器12的水24的流量。噴水系統(tǒng)22可包括容納了裝備(例如泵、流量計、閥、管道、 壓力開關(guān)、馬達(dá)等)的集成式組件，例如裝備臺，其構(gòu)造成以便調(diào)節(jié)從水供應(yīng)26流到燃燒器 12的水24的流量。噴水系統(tǒng)22可將溶液20供應(yīng)到燃燒器12，以執(zhí)行控制功能，例如降低 諸如NOx的復(fù)合物的排放。在其它實施例中，噴水系統(tǒng)22可將溶液20供應(yīng)到燃燒器12，以 提供動力增大。在又其它實施例中，噴水系統(tǒng)22可將溶液20供應(yīng)到燃燒器12，以提供渦輪 浸濕，渦輪浸濕使渦輪沉積物(例如灰燼)變濕，以有利于去除沉積物。在燃燒器12內(nèi)，溶 液20可流動通過與液體和氣體燃料通道以及空氣通道隔開的水通道。噴水系統(tǒng)22可流體地聯(lián)接到添加劑輸送系統(tǒng)27上，以將添加劑28供應(yīng)到燃燒器 12。添加劑輸送系統(tǒng)27可將添加劑28供應(yīng)到噴水系統(tǒng)22，以便于通過噴水通道將添加劑 28輸送到燃燒器12。添加劑28可以液體、固體或氣體形式存在，且可設(shè)計成用來在燃?xì)鉁u 輪發(fā)動機(jī)10內(nèi)阻止腐蝕和/或生煙。例如，添加劑可包括鋇或錳復(fù)合物，以便于減少生煙。在另一個實施例中，添加劑可為阻蝕添加劑，例如與存在于燃燒器中(例如作為燃燒產(chǎn)物) 的五氧化釩或其它釩復(fù)合物反應(yīng)以阻止腐蝕的鎂基復(fù)合物。除了別的以外，阻蝕添加劑還 可降低或阻止氧化、硫化和/或熱腐蝕。在某些實施例中，添加劑28可包括硫酸鎂、氯化鎂 或硝酸鎂的水溶性溶液。除了別的以外，添加劑28還可包括鎳或鈣。在其它實施例中，添 加劑28可包括油溶性添加劑，例如磺酸鎂或有機(jī)酸的鎂鹽。另外，除了別的以外，添加劑28 內(nèi)還可存在其它元素和/或復(fù)合物，例如硅、鉻和氯。添加劑28可與噴水系統(tǒng)22中的水24組合成各種類型的混合物。例如，添加劑28 可包括分散、懸浮或溶解在水24中的微粒。在另一個實例中，添加劑28可存在于與水24 形成乳劑的油基溶液中。在又一個實例中，添加劑28可存在于由水24稀釋的水基溶液中。添加劑輸送系統(tǒng)27可包括存儲容器，例如罐30，該存儲容器存儲待供應(yīng)到噴水系 統(tǒng)22的一定量的添加劑28。在某些實施例中，罐30可存儲大約100至200加侖的濃縮的 水基添加劑溶液。但是，在其它實施例中，除了別的以外，基于諸如燃?xì)鉁u輪大小、期望的添 加劑量和期望的添加劑強(qiáng)度等因素，罐可存儲任何量的添加劑溶液。在其它實施例中，罐30 可存儲粉末形式的添加劑。噴水系統(tǒng)22可通過管道或類似的裝備接收添加劑28，且可將水 24和添加劑28混合在一起，以形成包含水24和添加劑28的溶液20。在某些實施例中，溶 液20可包括水24和添加劑28的均質(zhì)混合物。但是，在其它實施例中，溶液20可包括非均 質(zhì)混合物和/或關(guān)于作為單獨的流存在的水24和添加劑28的雙流式流。不管混合物的類 型如何，然后溶液20都可由噴水系統(tǒng)22供應(yīng)到燃燒器12。如圖所示，罐30位于噴水系統(tǒng) 22的上游，從而使得添加劑28可在噴水系統(tǒng)22中與水24混合。但是，在其它實施例中， 罐30可位于噴水系統(tǒng)22的下游，且水24可在離開噴水系統(tǒng)22之后與添加劑28混合。另 外，在其它實施例中，罐30可連接到水供應(yīng)26上，或者連接到單獨的水供應(yīng)上，以接收水， 以用于在罐30中制備添加劑28的溶液以及/或者用于改變罐30中的添加劑28的濃度。在到達(dá)燃燒器12之后，可通過用于燃燒器12的燃料噴嘴內(nèi)或燃燒器12本身內(nèi)的 水通道將溶液20引導(dǎo)到燃燒區(qū)中。例如，溶液20可通過用于燃燒器12的燃料噴嘴內(nèi)的專 用水通道進(jìn)入燃燒器12。溶液20還可通過安裝到燃料噴嘴的冷側(cè)上的噴嘴、通過安裝到燃 燒器12的端蓋上的噴嘴、通過安裝在主燃料噴嘴下游的燃燒器12的端蓋上的輔燃料噴嘴， 或者通過燃燒器12下游的過渡段內(nèi)的水通道進(jìn)入燃燒器12 (例如交叉地或相對于流以各 種角度噴射到流動流中)。在燃燒器12中，加壓空氣18可與燃料14燃燒，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體40。加壓空 氣18可包括進(jìn)入空氣32，進(jìn)入空氣32通過空氣進(jìn)氣口段34進(jìn)入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10，且流動 通過壓縮機(jī)38。加壓空氣18可進(jìn)入燃燒器12，其中，加壓空氣可與燃料14混合和燃燒以 產(chǎn)生熱的燃燒氣體40。溶液20可與燃料14 一起被引導(dǎo)到燃燒區(qū)中，其中，水24可降低排 放，而添加劑28可阻止腐蝕。來自燃燒器12的熱的燃燒氣體40可流動通過經(jīng)由軸44驅(qū) 動壓縮機(jī)38的渦輪42。例如，燃燒氣體40可對渦輪42內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片施加原動力，以 使軸44旋轉(zhuǎn)。在流動通過渦輪42之后，熱的燃燒氣體可通過排氣段48離開燃?xì)鉁u輪系統(tǒng) 10。添加劑輸送系統(tǒng)27的操作可由控制器50管理?？刂破?0可接收來自傳感器52、 54和56的輸入，以確定供應(yīng)到燃燒器12的添加劑28的水平。傳感器52和54可感測進(jìn)入 燃燒器12的燃料14的性質(zhì)。特別地，傳感器52可感測燃料流率，而傳感器54可感測燃料
7中的元素(例如釩)的量。傳感器56可感測進(jìn)入噴水系統(tǒng)22的水24的流率?？刂破?0可以可操作地聯(lián)接到閥58上，以基于來自傳感器52、54和56的輸入來 調(diào)節(jié)從罐30進(jìn)入噴水系統(tǒng)22的添加劑28的量。例如，控制器50可執(zhí)行硬件或軟件控制 算法，以保持進(jìn)入燃燒器20的添加劑28的量和進(jìn)入燃燒器20的燃料14的量之間的恒定 比率?；谕ㄟ^傳感器52接收到的燃料流率，控制器50可通過閥58改變流率，以保持燃 料14對進(jìn)入燃燒器12的添加劑28的具體比率?？刂破?0還可使用通過傳感器56接收到的水24的流率來改變進(jìn)入噴水系統(tǒng)22 的添加劑28的流率?？筛淖冞M(jìn)入噴水系統(tǒng)22的水24的流率，以實現(xiàn)非添加劑相關(guān)的控制 功能，除了別的以外，例如排放控制、動力增大或渦輪浸濕?？刂破?0可接收來自傳感器56 的設(shè)定水流率，且可基于該水流率來改變進(jìn)入噴水系統(tǒng)22的添加劑28的量?？刂破?0可 考慮水流率，且可保持燃料14中的復(fù)合物或元素與添加劑28之間的恒定比率。例如，控制 器50可調(diào)節(jié)閥58，以提供鎂基添加劑28與燃料14中的釩的量之間的大約3 1的比率。 在此實例中，傳感器54可感測燃料14中的釩的量，且將此信息提供給控制器50?？刂破骺?使用該信息來改變添加劑28的流率，以保持添加劑與燃料中的元素或復(fù)合物之間的預(yù)定 比率。在某些實施例中，控制器50可在燃燒器12中保持阻蝕添加劑與燃料中的腐蝕性元 素之間的預(yù)定比率。該預(yù)定比率可取決于阻蝕添加劑和腐蝕性元素而變化。例如，在某些 實施例中，比率可為大約1 1、2 1、3 1、4 1或5 1。但是，在其它實施例中，可采 用任何適當(dāng)?shù)谋嚷?。在其它實施例中，可基于燃?4中的其它復(fù)合物或元素來調(diào)節(jié)添加劑流率。另 外，在某些實施例中，可例如由用戶將燃料14中的元素或復(fù)合物的量輸入到控制器50中， 且可以不采用傳感器54。但是，控制器50可通過傳感器56接收水流率，且在改變進(jìn)入噴水 系統(tǒng)22的添加劑28的量時考慮該水流率。根據(jù)示例性實施例，控制電路可包括諸如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微處理器、非易失性 存儲器以及接口板的構(gòu)件。當(dāng)然，其它裝置可包括在系統(tǒng)中，例如感測溶液20和/或燃料 14的溫度和壓力的額外的壓力和/或溫度變送器或開關(guān)。另外，在其它實施例中，控制器 50可使用其它操作參數(shù)來調(diào)節(jié)閥58，以控制添加劑28與燃料14的比率。例如，控制器50 可使用(除了別的之外)諸如扭矩、排氣排放或動力輸出的操作參數(shù)來表明應(yīng)當(dāng)應(yīng)用到燃 燒器12的添加劑28的量。另外，在某些實施例中，控制器50可獨立地控制兩種或更多種 添加劑到噴水系統(tǒng)22的供應(yīng)。例如，可與閥58并聯(lián)地包括多個閥和管道構(gòu)造，以調(diào)節(jié)進(jìn)入 噴水系統(tǒng)22的不同添加劑的流量?？刂破?0可獨立地調(diào)節(jié)進(jìn)入噴水系統(tǒng)22的各種添加 劑的量。例如，可基于燃料中的腐蝕性元素的量來調(diào)節(jié)添加劑28，同時基于渦輪發(fā)動機(jī)10 的另一個操作參數(shù)來調(diào)節(jié)另一種添加劑?？刂破?0也可管理噴水系統(tǒng)22的操作。例如，在某些實施例中，當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動 機(jī)10以液體燃料14操作時，可將水供應(yīng)到燃燒器12。但是，添加劑輸送系統(tǒng)27可構(gòu)造成 以便在燃燒器12以或者液體或者氣體燃料14操作時將添加劑28輸送到燃燒器12。在這 些實施例中，控制器50可以可操作地聯(lián)接到閥59上，該閥59調(diào)節(jié)從水供應(yīng)26流到噴水系 統(tǒng)22的水24的流量。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10以氣體燃料操作時，控制器50可使噴水系統(tǒng) 22能夠提供水24，以形成將添加劑28輸送到燃燒器12的溶液20。在這些實施例中，可通 過經(jīng)由控制器50調(diào)節(jié)閥66來采用低流率的水。換句話說，即使也許不能采用水24來執(zhí)行
8非添加劑功能，例如燃燒器12內(nèi)的排放控制，也仍然可提供一定量的水24，以在燃燒器12 內(nèi)保持期望的添加劑28的水平。在其它實施例中，控制器50可控制噴水系統(tǒng)22內(nèi)的水24的流量，且可省略單獨 的閥59。另外，在某些實施例中，添加劑輸送系統(tǒng)27可結(jié)合到噴水系統(tǒng)22中。但是，在其 它實施例中，特別是修改了現(xiàn)有噴水系統(tǒng)22的那些實施例中，添加劑輸送系統(tǒng)27可作為獨 立構(gòu)件存在。另外，額外的裝備，例如泵、驅(qū)動器、流量計、壓力和溫度變送器，以及控制器， 可包括在添加劑輸送系統(tǒng)27內(nèi)。除了水基添加劑輸送系統(tǒng)27之外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可包括可選的油基添加劑 輸送系統(tǒng)60。油基系統(tǒng)60包括添加劑供應(yīng)62，添加劑供應(yīng)62通過閥66將油基添加劑64 引導(dǎo)到燃料供應(yīng)系統(tǒng)16。除了別的以外，油基添加劑64可包括設(shè)計成用來阻止腐蝕的油 溶性添加劑，例如磺酸鎂、有機(jī)酸(例如較高分子量酸、脂肪酸、環(huán)烷酸以及石油磺酸)的鎂 鹽，除了其它之外，包括石油磺酸鎂和環(huán)烷酸鎂。但是，在其它實施例中，油基添加劑64可 包括微粒或粉末懸浮液、分散液或乳劑?？舍槍Π鄬Φ退降母g性元素或復(fù)合物的燃料14采用油基添加劑系統(tǒng) 60。例如，當(dāng)使用包含大約百萬分之0至30的釩的燃料時，可能更加成本有效的是采用油基 添加劑64而非水溶性添加劑28來阻止腐蝕。更具體地，當(dāng)使用包含大約百萬分之5至15 的釩以及其間所有子范圍的燃料時，可采用油基添加劑64。在這些實施例中，傳感器54可 感測燃料14中的釩的量，且將該量提供給控制器50。當(dāng)該水平低于某個閾值時，例如百萬 分之10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，控制器50就可關(guān)閉閥58且打開閥66，以將 油基添加劑64引導(dǎo)到燃料供應(yīng)系統(tǒng)16。當(dāng)釩的水平提高時，例如超過大約百萬分之5、6、 7、8、9、10、11、12、13、14或15，控制器50可關(guān)閉閥66且打開閥58，以操作水基添加劑輸送 系統(tǒng)27。在某些實施例中，控制器50也可配置成以便停用水基添加劑輸送系統(tǒng)27和油基 添加劑輸送系統(tǒng)60兩者。例如，當(dāng)傳感器54感測到小于大約百萬分之1、2或3的釩的水平 時，控制器50就可停用添加劑輸送系統(tǒng)27和60兩者。控制器50還可管理其它裝備(例 如除了閥58、59和66之外，系統(tǒng)27、60和22內(nèi)的泵和驅(qū)動器)的操作。圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 10包括位于燃燒器12的頭端69處的燃料噴嘴70。在某些實施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10 可包括設(shè)置成環(huán)形布置的多個燃燒器12。燃料噴嘴70接收來自液體燃料連接件72的液體 燃料14 (圖1)和來自氣體燃料連接件74的氣體燃料14 (圖1)。燃料連接件72和74可 聯(lián)接到燃料供應(yīng)系統(tǒng)16 (圖1)上，以接收燃料14。除了燃料14之外，燃料噴嘴70可通過 聯(lián)接到噴水系統(tǒng)22(圖1)上的噴水連接件76接收水溶液20(圖1)。但是，在其它實施例 中，可通過在其它位置處的噴嘴，例如通過安裝到燃料噴嘴的冷側(cè)上的噴嘴、通過安裝到燃 燒器12的端蓋上的噴嘴、通過安裝到主燃料噴嘴下游的燃燒器12的端蓋上的輔燃料噴嘴 或者通過燃燒器12下游的過渡段80內(nèi)的水通道，將水溶液20供應(yīng)到燃燒器。如以于關(guān)于圖1所描述的，空氣可通過進(jìn)氣口段34進(jìn)入系統(tǒng)10，且可被壓縮機(jī)38 壓縮。然后來自壓縮機(jī)38的壓縮空氣可被引導(dǎo)到燃燒器12中。在某些實施例中，壓縮空 氣的一部分可經(jīng)歷進(jìn)一步的處理，例如額外的壓縮和/或冷卻，且通過霧化空氣連接件71 作為霧化空氣被引導(dǎo)到燃燒器12。在燃燒器12內(nèi)，該空氣可與通過燃料連接件72和74進(jìn)入燃燒器12的燃料14混合。在某些實施例中，燃料噴嘴70可以以用于最優(yōu)的燃燒、排放、 燃料消耗和動力輸出的適當(dāng)比率將燃料混合物噴射到燃燒器12中。當(dāng)通過連接件72或74 噴射燃料時，可通過噴水連接件76將溶液20供應(yīng)到燃燒器12，以提供阻蝕添加劑。當(dāng)在燃 燒器12內(nèi)發(fā)生燃燒以產(chǎn)生熱的燃燒氣體時，水溶液20可被噴射到燃燒器12中，以降低排 放、阻止腐蝕，以及/或阻止生煙。燃燒氣體可離開燃燒器12到達(dá)過渡段80，且流動通過過渡段80到達(dá)渦輪42。在 渦輪42內(nèi)，燃燒氣體可在通過排氣段48離開之前，使在渦輪42內(nèi)沿徑向延伸的葉片78轉(zhuǎn) 動，以使軸44(圖1)旋轉(zhuǎn)。圖3顯示了燃燒器12的燃料噴嘴的一個實施例的剖視圖。燃料噴嘴70安裝到法 蘭90上，法蘭90可將燃料噴嘴70安裝到燃燒器12的頭端69上。法蘭90可流體地聯(lián)接 到連接件72、74和76上，且可包括使霧化空氣、燃料14和水溶液20(圖1)傳遞通過燃料 噴嘴70且進(jìn)入燃燒器12中的導(dǎo)管或槽道。液體燃料可流動通過液體通道92，而氣體燃料 可流動通過氣體通道94。如以上關(guān)于圖1所描述，燃燒器12可構(gòu)造成以便接收氣體燃料和 液體燃料兩者。包含添加劑28和水24的水溶液20可流動通過水通道96，且其與燃料14 一起被排到燃燒器12中。霧化空氣可通過霧化空氣通道98進(jìn)入燃燒器12，霧化空氣通道 98設(shè)計成用來使液體燃料霧化。如圖3所示，液體通道92、氣體通道94、水通道96和空氣 通道98同軸地位于燃料噴嘴70內(nèi)。但是，在其它實施例中，可改變通道92、94、96和98的 位置、大小和形狀。例如，通道92、94、96和98可為不同軸的。在另一個實例中，對于燃料 和/或水，可存在多個軸向地成級的噴射點。另外，在某些實施例中，通道92、94、96和98 中的一個或全部可包括多個獨立的回路。但是，雖然示出了單個燃料噴嘴設(shè)計，但是也可在 具有多個燃料噴嘴的燃燒器中、在構(gòu)造成以便接收多種燃料類型的燃燒器中、在具有多個 燃燒級的燃燒器中以及/或者在包括多個燃燒器和/或多個燃燒反應(yīng)級的系統(tǒng)中采用添加 劑輸送系統(tǒng)。圖4描繪了用于將添加劑輸送到燃燒器的示例性方法110。該方法可通過感測(框 112)燃料流率來開始。例如，傳感器52(圖1)可感測進(jìn)入燃燒器12的燃料14的流率。使 用該燃料流率，控制器50 (圖1)可確定(框114)供應(yīng)到燃燒器12(圖1)的添加劑的量。 例如，控制器50可配置成以便基于燃料流率或基于包含在燃料14中的元素或復(fù)合物的量 來供應(yīng)設(shè)定量的添加劑。例如，在某些實施例中，對于燃料內(nèi)的每份釩，可供應(yīng)大約三份鎂 基添加劑。在其它實施例中，可基于燃料14內(nèi)的其它腐蝕性元素或復(fù)合物的存在來控制添 加劑的量。如以上關(guān)于圖1所描述的，可使用傳感器(諸如圖1所示的傳感器54)來確定 燃料14內(nèi)的元素或復(fù)合物的量。在控制器50確定了添加劑的量之后，控制器50可例如使用傳感器56 (圖1)來感 測水流率(框116)?；谒髀屎腿剂狭髀?，控制器50可確定目標(biāo)添加劑流率。因為添加 劑輸送系統(tǒng)設(shè)計成用來使用噴水系統(tǒng)來將添加劑傳輸?shù)饺紵?，所以控制?0可基于當(dāng) 前由噴水系統(tǒng)使用的水流率來確定添加劑流率。該水流率可設(shè)定成以便實現(xiàn)非添加劑控制 功能，例如排放控制、動力增大或渦輪浸濕。為了降低對非添加劑控制功能的擾斷，控制器 50可基于現(xiàn)有的水流率來調(diào)節(jié)添加劑流率。然后控制器50可調(diào)節(jié)(框118)添加劑流率， 直到添加劑流率達(dá)到目標(biāo)流率為止。例如，控制器50可通過打開或關(guān)閉閥58 (圖1)來調(diào) 節(jié)添加劑流率?？苫谒髀蕘碚{(diào)節(jié)添加劑流率，以提供期望的添加劑水平。在某些實施
10例中，控制器50可將添加劑流率調(diào)節(jié)到目標(biāo)流率，直到感測到燃料流率的變化。在其它實 施例中，控制器50還可調(diào)節(jié)流到添加劑供應(yīng)(例如圖1所示的罐30)的水的流量，以調(diào)節(jié) 進(jìn)入噴水系統(tǒng)的添加劑的濃度。控制器50可調(diào)節(jié)從水供應(yīng)26 (圖1)或者從獨立的水供應(yīng) (未顯示)到添加劑罐30的水的流量。例如，當(dāng)不需要水或需要相對少量的水來實現(xiàn)非添 加劑控制功能時，控制器50可改變進(jìn)入罐30的水量，以調(diào)節(jié)添加劑流率。然后該方法可通 過感測(框112)燃料流率再次開始。在某些實施例中，控制器50可選擇性地使能水基添加劑輸送系統(tǒng)27(圖1)和油 基添加劑輸送系統(tǒng)60 (圖1)。圖5描繪了用于在水基添加劑輸送系統(tǒng)27和油基添加劑輸 送系統(tǒng)60之間轉(zhuǎn)換的示例性方法120。方法120可通過確定(框122)燃料14的成分開 始。例如，傳感器54(圖1)可感測燃料14中的復(fù)合物或元素(例如釩)的量，且將該信息 提供給控制器50。在某些實施例中，可由另一個控制系統(tǒng)或由用戶將燃料成分輸入到控制 器50中。然后控制器50可確定(框124)燃料成分是否在最小設(shè)定點以上。例如，在某些 實施例中，設(shè)定點可為燃料14內(nèi)大約百萬分之1-2的釩。如果燃料成分在最小設(shè)定點以下 或在最小設(shè)定點處，控制器50就可停用(框126)添加劑系統(tǒng)。例如，如圖1所示，控制器 50可關(guān)閉閥58和66，以停用油基系統(tǒng)60和水基系統(tǒng)27兩者。如果燃料成分在最小設(shè)定點以上，則控制器50就可確定(框128)燃料成分是否 在油基添加劑設(shè)定點以上。例如，在某些實施例中，油基設(shè)定點可為大約百萬分之3、4或5 的釩。如果燃料成分在設(shè)定點以下或在設(shè)定點處，控制器就可操作(框130)油基添加劑系 統(tǒng)60(圖1)。例如，控制器50可打開閥66，以將添加劑62供應(yīng)到燃料供應(yīng)系統(tǒng)16?？刂?器50也可關(guān)閉閥58，以切斷對噴水系統(tǒng)22的添加劑28的供應(yīng)。但是，如果釩的水平在油 基設(shè)定點以上，控制器就可操作(框132)水基添加劑系統(tǒng)27 (圖1)。例如，控制器50可 關(guān)閉閥66及打開閥58，以將水基添加劑28供應(yīng)到噴水系統(tǒng)22。如可理解的，可使用各種 各樣的控制算法和控制裝置來管理油基添加劑輸送系統(tǒng)60和水基添加劑輸送系統(tǒng)27的操 作。例如，在某些實施例中，控制器50可使能和停用各種裝備(除了別的以外，例如泵、閥、 計量儀、驅(qū)動器和傳感器)，以使能和停用各個系統(tǒng)60和27。另外，設(shè)定點僅僅是以實例的 方式提供的，且其不意圖為限制性的。最小設(shè)定點和油基設(shè)定點可基于燃料的各種組分，且 可包括各種值和范圍。另外，在某些實施例中，設(shè)定點可基于燃料14內(nèi)的多種組分。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予 專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它 實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要 求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括構(gòu)造成以便燃燒燃料(14)的燃燒器(12)；構(gòu)造成以便接收所述燃燒的燃料的渦輪(42)；構(gòu)造成以便通過至少一個水通道(96)以一定流率將水(24)引導(dǎo)到所述燃燒器(12)的噴水系統(tǒng)(22)，其中，所述流率是可變的，以實現(xiàn)第一控制功能；以及構(gòu)造成以便通過所述至少一個水通道(96)將一定量的添加劑(30)引導(dǎo)到所述燃燒器(12)以實現(xiàn)第二控制功能的添加劑輸送系統(tǒng)(27)，其中，所述量可基于水的所述流率而變化，且所述第一控制功能和所述第二控制功能彼此不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴水系統(tǒng)(22)構(gòu)造成以便作為所述 第一控制功能實現(xiàn)排放控制、動力增大或渦輪浸濕中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述添加劑輸送系統(tǒng)(27)包括構(gòu)造成以 便作為所述第二控制功能來實現(xiàn)阻蝕的阻蝕添加劑輸送系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述添加劑輸送系統(tǒng)(27)包括構(gòu)造成以 便作為所述第二控制功能來實現(xiàn)阻煙的阻煙添加劑輸送系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒器(12)包括至少一個燃料噴嘴 (70)，所述至少一個燃料噴嘴(70)包括構(gòu)造成以便將所述燃料(14)引導(dǎo)通過所述燃料噴嘴(70)的至少一個燃料通道(92， 94)；以及所述至少一個水通道(96)，其中，所述至少一個水通道(96)與所述至少一個燃料通道 (92，94)隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴水系統(tǒng)(22)構(gòu)造成以便獨立于 所述添加劑輸送系統(tǒng)(27)而操作，以實現(xiàn)所述第一功能，并且其中，所述添加劑輸送系統(tǒng) (27)構(gòu)造成以便取決于由所述噴水系統(tǒng)(22)確定的所述流率來操作，以實現(xiàn)所述第二功 能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括構(gòu)造成以便在系統(tǒng)操作期 間將所述燃料(14)從氣體燃料轉(zhuǎn)換到液體燃料的燃料供應(yīng)系統(tǒng)(16)。
8.一種方法，包括控制(118)待添加到渦輪燃燒器的噴水系統(tǒng)(22)的水供應(yīng)(26)中 的阻蝕物質(zhì)(28)的量，其中，所述水供應(yīng)的流率可獨立于所述量而變化，以實現(xiàn)非阻蝕控 制功能，且所述量可至少部分地基于所述水供應(yīng)(26)的所述流率而變化，以實現(xiàn)阻蝕控制 功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括感測(112)進(jìn)入所述渦輪燃燒器(12)的燃料(14)的燃料流率；以及基于所述燃料流率來調(diào)節(jié)(118)所述阻蝕添加劑的量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括確定(122)進(jìn)入所述渦輪燃燒器(12)的燃料(14)中的腐蝕性元素的量；以及基于所述量選擇性地將所述阻蝕添加劑(28)供應(yīng)(124，128)到所述渦輪燃燒器(12) 以及將油基添加劑供應(yīng)(124，128)到所述渦輪燃燒器。
全文摘要
本發(fā)明涉及添加劑輸送系統(tǒng)和方法。提供了用于將添加劑(28)輸送到渦輪燃燒器(12)的方法和系統(tǒng)。在一個實施例中，噴水系統(tǒng)(22)通過水通道(96)以一定流率將水(24)引導(dǎo)到渦輪燃燒器(12)，該流率是可變的，以實現(xiàn)第一控制功能。添加劑輸送系統(tǒng)(27)通過水通道(96)將一定量的添加劑(28)引導(dǎo)到燃燒器(12)，以實現(xiàn)第二控制功能。添加劑(28)的量可基于水(24)的流率而變化，且第一控制功能和第二控制功能彼此不同。
文檔編號F02C3/30GK101852133SQ20101015705
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者R·A·西蒙茲 申請人:通用電氣公司