專(zhuān)利名稱(chēng)：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)以及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)，確切地說(shuō)，涉及一種燃料輸送系統(tǒng)和方法，用于將不同類(lèi)型燃料的可控混合物提供給燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，以便提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料靈活性和效率，其中一種燃料名義上包括石腦油或液體餾出物，且另一燃料包括過(guò)程氣體(或合成氣)，該過(guò)程氣體(或合成氣)含有體積百分比較高的游離氫。本發(fā)明的其他方面涉及從一種燃料類(lèi)型有效轉(zhuǎn)換成另一燃料類(lèi)型，以便提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體燃料靈活性。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)要求精確地監(jiān)測(cè)燃料系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行控制，尤其是對(duì)饋送到燃燒室的燃料混合物的各種成分而言，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率長(zhǎng)期維持在所需水平。過(guò)去，燃?xì)鉁u輪機(jī)操作時(shí)使用的是高能燃料(例如，天然氣)與低能燃料(例如，合成氣)的組合，這通常會(huì)因不同燃料源不相容而造成嚴(yán)重的操作問(wèn)題，尤其是在燃料源于各地而燃料成分不同，例如，硫含量較高或熱值較低的情況下。任何雙氣體燃料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作也比較復(fù)雜，因?yàn)樵诮M合成單燃料時(shí)，候選燃料的化學(xué)特性、熱特性以及流體輸送特性各不相同。例如，與僅僅依賴(lài)高能燃料的渦輪機(jī)相t匕，用低能燃料操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)需要的體積流速要高得多。此外，低能燃料可能來(lái)源于上游氣化過(guò)程，它通常必須在高于常溫，例如，高達(dá)或超過(guò)500° F (260° C)的情況下供應(yīng)給燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，需要有硬件能調(diào)節(jié)和控制燃料溫度和體積流速發(fā)生的較大變化。如果所產(chǎn)生的燃料混合物的平均分子量和熱特性隨時(shí)間改變，則使用不同類(lèi)型燃料的混合物進(jìn)行的燃燒室操作也變復(fù)雜。一些工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)也能夠用包括天然氣在內(nèi)的液體和氣體燃料來(lái)運(yùn)行，因此，可以包括依賴(lài)于液體和氣體燃料的燃料供應(yīng)系統(tǒng)。然而，此類(lèi)已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)并不同時(shí)燃燒氣體和液體燃料。實(shí)際上，當(dāng)渦輪機(jī)依賴(lài)的是液體燃料時(shí)，氣體燃料供應(yīng)(例如，高氫氣體或天然氣)可能要 被關(guān)閉或嚴(yán)格限制。類(lèi)似地，在燃燒室燃燒的只有氣體燃料時(shí)，所有的液體燃料供應(yīng)通常都被中斷。盡管在燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作過(guò)程中可以發(fā)生燃料轉(zhuǎn)換，在燃料轉(zhuǎn)換過(guò)程中，燃料供應(yīng)從液體改換成氣體，但燃料類(lèi)型之間來(lái)回轉(zhuǎn)換會(huì)在操作和燃料控制方面產(chǎn)生嚴(yán)重而又難以解決的問(wèn)題。如果燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的是液體和氣體兩種燃料，那么它們通常還需要設(shè)置液體燃料凈化系統(tǒng)，用以清理液體燃料燃燒室中的燃料噴嘴和/或相關(guān)燃料轉(zhuǎn)換管路。例如，在液體燃料系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，凈化系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，以便將所有的剩余液體燃料從燃燒室的噴嘴中沖出，這通常由進(jìn)入噴嘴的冷卻空氣流來(lái)完成。此類(lèi)凈化操作固有的效率較低，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)效率，尤其是在初級(jí)燃料供應(yīng)改變形態(tài)或改變潛在熱值的情況下。因此，對(duì)有效的“雙氣體”渦輪機(jī)燃料系統(tǒng)的需求仍然很大，這種系統(tǒng)能以更有效的方式調(diào)節(jié)和控制由以下三項(xiàng)組成的混合物的輸送和使用:高能燃料、低能燃料或配合比不固定的高能燃料與低能燃料。還需要這樣一些方法和系統(tǒng):它們可以連續(xù)而可靠地提供不同燃料(液體和氣體)，用于從一種燃料源平穩(wěn)轉(zhuǎn)變成另一燃料源，而不會(huì)在轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)生顯著的延遲或是操作方面的更改。

發(fā)明內(nèi)容
如下文結(jié)合相關(guān)圖式詳述，本發(fā)明包括一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的新型燃料輸送系統(tǒng)，從而使燃料的使用以及燃料在不同形式之間的轉(zhuǎn)換變得有效和簡(jiǎn)單，同時(shí)不會(huì)對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能產(chǎn)生不利影響。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種燃料氣體組件，所述燃料氣體組件包括體積百分比較高的游離氫(下文稱(chēng)為“高氫燃料氣體”)。本發(fā)明還包括:用于將氣體燃料輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)的一個(gè)或多個(gè)燃燒室的裝置；餾出物燃料組件，其將第一液體燃料提供給所述燃燒室；石腦油燃料組件，其將第二液體燃料(例如，石腦油)輸送到所述燃燒室；霧化空氣輸送系統(tǒng)，其連接到所述燃燒室，用于將所述石腦油或餾出物燃料(或者它們的組合)霧化；空氣抽取系統(tǒng)，其連接到所述燃燒室的排出口 ；以及多個(gè)分配控制閥，其用于以下每個(gè)組件:所述高氫燃料氣體組件、餾出物燃料組件以及石腦油燃料組件。為了有效地從一種燃料源轉(zhuǎn)換成另一燃料源，本發(fā)明還預(yù)期使用獨(dú)立的氮?dú)鈨艋M件，以首先凈化通向燃燒室的現(xiàn)有高氫燃料氣體或液體燃料饋送管路，其中分配控制閥轉(zhuǎn)到新的候選燃料。在示例性實(shí)施例中，高氫燃料氣體含有的氫氣從體積占至少5%到最大程度的純氫。如下文詳述，本發(fā)明還包括一種用于將饋送到燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室的燃料成分從氣體燃料有效變成液體燃料的相關(guān)方法，方式為:將可控量的高氫燃料氣體饋送到所述燃燒室；使用多個(gè)分配控制閥來(lái)關(guān)閉氫氣流；用氮?dú)鈦?lái)凈化運(yùn)送所述高氫燃料氣體的管路；將可控量的液體燃料饋送到相同的燃燒室；以及將來(lái)自霧化空氣組件的加壓空氣饋送到所述燃燒室，以將所述液體燃料霧化。


圖1為依賴(lài)于液體和氣 體燃料系統(tǒng)的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意流程圖，這些燃料系統(tǒng)替代地用作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的單個(gè)進(jìn)料裝置；圖2為具有現(xiàn)有技術(shù)燃料系統(tǒng)但不具有本發(fā)明益處的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化流程圖；圖3為簡(jiǎn)化工藝流程圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明的用于燃料系統(tǒng)的示例性石腦油、餾出物以及高氫燃料氣體的主要工藝設(shè)備、管道配置以及控制系統(tǒng)；圖4A到圖4D為用于本發(fā)明的第一方面的一系列相關(guān)工藝流程圖，圖示了按順序執(zhí)行的步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從餾出物轉(zhuǎn)換成餾出物與高氫氣體的組合式雙進(jìn)料，或轉(zhuǎn)換成100%氫燃料氣體進(jìn)料；圖5A到圖5C描繪了用于本發(fā)明的第二方面的一系列工藝流程圖，圖示了按第二順序執(zhí)行的步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從高氫燃料氣體進(jìn)料轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體與石腦油的組合式雙進(jìn)料；圖6A到圖6E為用于本發(fā)明的第三方面的一系列工藝流程圖，圖示了按順序執(zhí)行的步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從石腦油進(jìn)料轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體與餾出物的組合式雙進(jìn)料；以及
圖7A到圖7C為用于本發(fā)明的第四方面的一系列工藝流程圖，圖示了按順序執(zhí)行以使用氮?dú)鈦?lái)凈化工藝流管路的步驟，并且描繪了用來(lái)在系統(tǒng)結(jié)束高氫燃料氣體與石腦油的雙燃料進(jìn)料后使用餾出物來(lái)沖洗石腦油管路的步驟。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明涉及一種新轉(zhuǎn)換方法，用于以更有效的可控方式從用作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的初級(jí)燃料源的一種燃料源轉(zhuǎn)換成另一燃料源，其中要考慮不同候選燃料的成分和熱特性。根據(jù)可用于為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的燃料的確切成分和可用性(包括石腦油、各種餾出物、高氫燃料氣體，甚至是純氫)，本專(zhuān)利申請(qǐng)文件中所述的燃料轉(zhuǎn)換將發(fā)生變化。最終，從一種燃料源轉(zhuǎn)換成另一燃料源顯著提高整個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料操作靈活性。

本發(fā)明名義上使用一種或多種燃料，S卩，石腦油(一種揮發(fā)性液體)、各種餾出物(也是液體)，或者含有百分比相對(duì)較高(即，體積大于5%)的游離氫的工藝燃料氣體。石腦油、餾出物和/或高氫燃料氣體主要基于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒動(dòng)力學(xué)在特定的時(shí)間點(diǎn)按照預(yù)定的配方進(jìn)行組合。在示例性實(shí)施例中，石腦油和餾出物根據(jù)預(yù)定混合框架進(jìn)行組合，從而準(zhǔn)備好混合物，以供點(diǎn)燃?；蛘?，高氫燃料氣體可用來(lái)代替一種或多種液體燃料進(jìn)料。本發(fā)明還預(yù)期使用多種不同的液體和氣體燃料，具體取決于它們的成分和熱特性以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的具體要求。在本專(zhuān)利申請(qǐng)文件所述的示例性實(shí)施例中，游離氮名義上用作高氫燃料氣體與石腦油(或餾出物)之間的緩沖劑，以便確保從一種燃料源平穩(wěn)且可控地轉(zhuǎn)變成另一燃料源，而且有可能再轉(zhuǎn)變回來(lái)。氮?dú)鈨艋?，在點(diǎn)燃過(guò)程中使用噴嘴壓力比界限來(lái)監(jiān)測(cè)新燃料進(jìn)料并對(duì)其進(jìn)行控制，從而提供預(yù)定且可控的最終燃料成分，以饋送到燃燒室。因此，本發(fā)明可用于輕易地將僅用液體燃料運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪機(jī)(尤其是僅用石腦油的發(fā)動(dòng)機(jī))轉(zhuǎn)換成用高氫燃料氣體或甚至兩種類(lèi)型燃料的混合物運(yùn)行。通過(guò)一起點(diǎn)燃石腦油和高氫燃料氣體組分的混合物，發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性也可得以提高。當(dāng)這兩種燃料中有一種燃料不可用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)換成另一候選燃料。由于本身固有的揮發(fā)性，因此在石腦油進(jìn)料中斷之后，石腦油成分通常必須用餾出物例如，高速柴油或等效餾出物進(jìn)行凈化。參見(jiàn)，例如，與圖7A到圖7D有關(guān)的以下論述。因此，本發(fā)明提供一種有效的“雙燃料”渦輪機(jī)燃料系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用由以下三項(xiàng)組成的混合物:高能燃料、低能燃料或配合比不固定的高能燃料與低能燃料。因此，上述方法和系統(tǒng)允許連續(xù)使用大范圍的不同燃料源，主要包括石腦油、氫氣或各種餾出物，其中要能從一種燃料源平穩(wěn)地轉(zhuǎn)變成另一燃料源，而不會(huì)在燃燒室的上游產(chǎn)生必需的顯著操作變化。概括而言(且如相關(guān)圖式所示)，本發(fā)明預(yù)期從只有餾出物進(jìn)料轉(zhuǎn)換成只有高氫燃料氣體，或者轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體和餾出物的混合物，或者轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體和石腦油的混合物(反之亦然)；從只有石腦油進(jìn)料轉(zhuǎn)換成只有高氫燃料氣體，或者轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體和餾出物的混合物，或者高氫燃料氣體和石腦油的混合物(反之亦然)。參見(jiàn)圖4A到圖6E。轉(zhuǎn)到附圖，圖1為示例性現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意流程圖，該系統(tǒng)結(jié)合了可替代但單獨(dú)使用的液體和氣體燃料系統(tǒng)。圖1描繪了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有液體燃料進(jìn)料裝置29、霧化空氣壓縮機(jī)24以及液體燃料凈化裝置28。名義上，燃?xì)鉁u輪機(jī)設(shè)計(jì)成用天然氣或合成氣等氣體或液體燃料運(yùn)行，因此，它包括氣體燃料系統(tǒng)15、氣體燃料凈化系統(tǒng)16以及液體燃料系統(tǒng)29。燃?xì)鉁u輪機(jī)的其他主要部件包括主壓縮機(jī)14、燃燒室11和22以及燃?xì)鉁u輪機(jī)13。燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出包括旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)軸25，該旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)軸可連接到發(fā)電機(jī)26以發(fā)電。在圖1所示的示例性工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)中，燃燒室通常還包括多個(gè)燃燒“罐”，每個(gè)燃燒罐均具有液體燃料噴嘴12和氣體燃料噴嘴23 (根據(jù)設(shè)計(jì)，單個(gè)燃燒室可具有一個(gè)或多個(gè)氣體或液體燃料噴嘴)。燃燒罐內(nèi)略位于噴嘴下游的點(diǎn)處可發(fā)生燃燒。來(lái)自壓縮機(jī)14的空氣環(huán)繞并流過(guò)燃燒罐，以便為燃燒提供氧。用于液體燃料系統(tǒng)凈化的空氣也可由壓縮機(jī)14提供。當(dāng)燃?xì)鉁u輪機(jī)只用液體燃料操作時(shí)，來(lái)自霧化空氣壓縮機(jī)24的霧化空氣通過(guò)液體燃料噴嘴12而被吹到液體燃料進(jìn)料裝置29中，以便向噴嘴提供連續(xù)的空氣流。液體燃料凈化裝置28可在系統(tǒng)從液體轉(zhuǎn)換成氣體燃料時(shí)使用。同樣，如果系統(tǒng)變成液體燃料，則氣體燃料凈化裝置16將空氣噴射到氣體燃料系統(tǒng)15中，以?xún)艋械臍堄鄽怏w燃料并冷卻氣體燃料噴嘴23。圖2為包括現(xiàn)有技術(shù)燃料系統(tǒng)但不具有本發(fā)明益處的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化流程圖。液體燃料從液體燃料源41提供給液體燃料系統(tǒng)40。液體燃料系統(tǒng)40的流路包括分流器48，其中流會(huì)穿過(guò)低壓(“LP”)過(guò)濾器43、燃料泵45、旁通控制閥46，以及停止閥47。減壓閥44、旁通控制閥46以及停止閥47協(xié)作，以使流過(guò)再循環(huán)管路的液體燃料再循環(huán)到低壓過(guò)濾器43的上游側(cè)。再循環(huán)管路中的止回閥42防止再循環(huán)管路中發(fā)生回流。分流器48將液體燃料流分成通向燃燒罐52的多條液體燃料流路。在進(jìn)入燃燒罐52之前，分流器下游的每條液體燃料流路名義上包括三通閥49和分配閥50。三通閥49準(zhǔn)許流從液體燃料流路或從液體燃料凈化裝置53流到燃燒室噴嘴51。同樣，三通閥49經(jīng)設(shè)計(jì)以選擇性地允許流從液體燃料流到燃燒室噴嘴，同時(shí)防止燃料回流到液體燃料凈化空氣系統(tǒng)，或者允許凈化空氣進(jìn)入各個(gè)燃燒室噴嘴51。三通閥49防止任何凈化空氣回流到該閥上游的液體燃料 系統(tǒng)中。當(dāng)氣體燃料供應(yīng)給渦輪機(jī)時(shí)，三通閥49經(jīng)放置以阻止液體燃料流，但允許凈化空氣通過(guò)，以便冷卻燃燒室中的燃料噴嘴。在有任何液體燃料接通時(shí)，凈化都必須停止。如上所述，圖2所示的流程圖在可使用的氣體或液體燃料量和成分方面缺少靈活性。此類(lèi)系統(tǒng)還可要求更改或甚至要求發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，以有效地從一種燃料源轉(zhuǎn)換成另一燃料源，并且可能不易于調(diào)節(jié)氣體或液體燃料成分的變化。圖3為簡(jiǎn)化工藝流程圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明的用于第一燃料系統(tǒng)60的示例性石腦油、餾出物以及高氫燃料氣體混合物的主要設(shè)備、工藝配置以及控制系統(tǒng)。如所有圖式所示，圖3通過(guò)示為實(shí)心形式的閥描繪了“關(guān)閉的”流管路。“打開(kāi)的”管路通過(guò)采用非實(shí)心打開(kāi)形式的閥進(jìn)行描繪。在正常操作條件下，高氫燃料氣體組件61將高氫燃料氣體直接饋送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)燃燒室73(“罐”)，其中燃料流穿過(guò)截流閥62、停止閥69以及控制閥70，通過(guò)高氫燃料氣體主進(jìn)料管路71流入燃燒室中，如圖所示。圖3還包括高氫燃料氣體排氣管路90和91以及凈化排氣閥92。當(dāng)系統(tǒng)從高氫燃料氣體變成如上文所述的餾出物/石腦油組合式進(jìn)料時(shí)，閥62、69和70保持關(guān)閉。通向燃燒室的進(jìn)料管路最初的凈化方式為，讓氮?dú)獯┻^(guò)氮?dú)膺M(jìn)料管路63、氮?dú)鈨艋綦x閥93以及氮?dú)饨亓鏖y64、65、66和67，然后再在氮?dú)鈨艋笠腽s出物/石腦油燃料。
為了在讓氮?dú)獯┻^(guò)氣體燃料系統(tǒng)而進(jìn)行凈化之后，使用進(jìn)入燃燒室的餾出物/石腦油組合式進(jìn)料來(lái)操作系統(tǒng)，將液體餾出物82或液體石腦油83饋送到離心泵84，該離心泵會(huì)增加通過(guò)液體燃料控制閥85和石腦油/餾出物分流器86的組合式燃料進(jìn)料的壓力，繼而提供可控量的餾出物/石腦油，以作為燃燒室液體燃料進(jìn)料87饋送穿過(guò)止回閥77，進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)燃燒罐73。在液體燃料進(jìn)料75進(jìn)入燃燒罐的同時(shí)，霧化空氣(“AA”)88饋送到燃燒室，方式為首先使空氣穿過(guò)熱交換器78，隨后穿過(guò)霧化空氣壓縮機(jī)79，該霧化空氣壓縮機(jī)增加壓縮機(jī)排出管路74中的氣壓，以提供穩(wěn)定的流，從而使液體燃料進(jìn)料75在進(jìn)入燃燒室時(shí)霧化。如果系統(tǒng)需要返回到相對(duì)較純的狀態(tài)，例如100%的高氫燃料氣體進(jìn)料，則可使用霧化空氣進(jìn)料裝置76通過(guò)液體燃料凈化歧管來(lái)凈化液體燃料噴嘴，方式為使加壓空氣穿過(guò)燃燒罐，其中凈化之后的空氣流通過(guò)空氣抽取管路80排出。同樣，如上所述，整個(gè)燃料系統(tǒng)可迅速有效地從一種燃料源轉(zhuǎn)換成另一燃料源，而不用關(guān)閉燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。圖4A到圖4D為用于本發(fā)明的第一方面的一系列相關(guān)工藝流程圖，圖示了按順序執(zhí)行的具體工藝步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從餾出物轉(zhuǎn)換成餾出物與高氫燃料氣體的組合式進(jìn)料。在圖4A中，連接相鄰工藝流程圖的較大箭頭圖示了按順序?qū)嵤┑牟煌に嚥襟E，以便通過(guò)中間氮?dú)鈨艋A段從純液體餾出物操作，隨后轉(zhuǎn)換成餾出物/高氫燃料氣體的組合式進(jìn)料，且最后轉(zhuǎn)換成100%高氫燃料氣體操作，而在燃燒室的進(jìn)料過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)任何餾出物。為清晰起見(jiàn)且便于參考，在圖示從一個(gè)階段轉(zhuǎn)變成另一階段的過(guò)程中，每個(gè)階段描繪了相同的主要工藝設(shè)備和流體流管路，但打開(kāi)或關(guān)閉不同的閥，以反映轉(zhuǎn)變的情況。在開(kāi)始操作階段，即圖4A中標(biāo)有“餾出物操作”且通常表示為餾出物階段100的過(guò)程中，石腦油進(jìn)料121和餾出物進(jìn)料122在進(jìn)料接合處123組合，并穿過(guò)一列分流器124。隨后，單進(jìn)料混合物125穿過(guò)液體燃料噴嘴120并穿過(guò)燃燒室燃料管路128饋送到燃燒室118中。同時(shí)，空氣通過(guò)霧化空氣(“AA”)歧管116和AA噴嘴117饋送到一個(gè)或多個(gè)燃燒室118中?？諝庠从趤?lái)自壓縮機(jī)排氣缸的空氣抽取歧管106，并且穿過(guò)熱交換器108、止回閥109以及空氣壓縮機(jī)110，該空氣壓縮機(jī)提供高壓空氣流115。隨后，加壓空氣穿過(guò)AA歧管116 (或者，在凈化操作過(guò)程中穿過(guò)液體燃料(“LF”)凈化歧管112)，進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)燃燒室118。圖4A還圖示了在純餾出物燃料操作過(guò)程中工藝流程配置可能“待用”的部分，即，用于單獨(dú)與高氫燃料氣體102 —起使用的替代流程配置，包括上文結(jié)合圖3所述的氮?dú)鈨艋到y(tǒng)(使用氮?dú)鈨艋M(jìn)料管路101)。在如上文所述的餾出物操作過(guò)程中，高氫燃料氣體進(jìn)料停止(通過(guò)如圖所示的關(guān)閉閥)，與圖4D形成對(duì)比，其中高氫燃料氣體102穿過(guò)一系列閘門(mén)閥和控制閥，進(jìn)入并穿過(guò)高氫燃料氣體主進(jìn)料管路113，從而進(jìn)入高氫燃料氣體歧管119，該高氫燃料氣體歧管繼而在高氫燃料氣體操作模式過(guò)程中將規(guī)定量的高氫燃料氣體饋送到一個(gè)或多個(gè)燃燒室118。圖4A還圖示了一般的流型以及用來(lái)控制氮?dú)鈨艋拈y，SP，使用閥105、104以及控制閥129，這些閥名義上將保持關(guān)閉，直到開(kāi)始凈化為止(見(jiàn)圖4B)。圖4B描繪了示例性管道配置，用于在從餾出物進(jìn)料轉(zhuǎn)變成相對(duì)較高的(例如，100%)高氫燃料氣體操作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)主工藝管路的中間氮?dú)鈨艋?。通過(guò)與高氫燃料氣體進(jìn)料相同的管道，包括閥 105、104和129，引入氮?dú)鈨艋瘎?01。三個(gè)不同的流動(dòng)區(qū)域中發(fā)生了凈化:(i)穿過(guò)閥105的可控氮?dú)鈨艋瘎﹥艋瘹怏w閥131與132之間的區(qū)域，隨后通過(guò)排氣閥141排出；(ii)穿過(guò)閥104的氮?dú)鈨艋瘎﹥艋瘹怏w凈化閥134與135之間的區(qū)域，隨后通過(guò)排氣閥143排出；以及(iii)穿過(guò)控制閥129的氮?dú)鈨艋瘎﹥艋瘹怏w歧管119，然后饋送到燃燒室中。相關(guān)的圖4C和圖4D描繪了根據(jù)本發(fā)明的在氮?dú)鈨艋襟E之后，系統(tǒng)繼續(xù)從“餾出物和高氫氣體雙燃料操作”(圖4C)轉(zhuǎn)變成“高氫燃料氣體操作”(圖4D)時(shí)進(jìn)行的連續(xù)操作階段，其中基本閥和管道配置相同。然而，對(duì)于每個(gè)不同階段，在圖示每個(gè)連續(xù)圖式時(shí)，描繪了實(shí)現(xiàn)每個(gè)連續(xù)模式必需的閥位置和管道，其中這些閥根據(jù)模式而示為打開(kāi)的或關(guān)閉的。圖5A到圖5C示出了本發(fā)明第二方面的簡(jiǎn)化工藝流程圖(通常表示為200)，圖示了按順序執(zhí)行的步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從高氫燃料氣體進(jìn)料首先轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體與餾出物的組合式混合點(diǎn)燃操作，且之后轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體和石腦油混合的共同點(diǎn)燃進(jìn)料。為便于參考，圖5A到圖5C描繪了與圖4A到圖4D相同的主要工藝部件(例如，包括燃燒室、壓縮機(jī)、控制閥等)。然而，圖5A到圖5C還示出了以下模式轉(zhuǎn)換時(shí)必需的流型之間的差異:從一種操作模式轉(zhuǎn)換成下一操作模式(其中不同的階段由相應(yīng)的圖例表示)，且隨后在不顯著破壞燃?xì)鉁u輪機(jī)整體操作或效率的情況下，再次從第二模式轉(zhuǎn)換回到原始操作模式。如圖5A所示，“高氫燃料氣體操作”要求高氫燃料氣體進(jìn)料管路保持打開(kāi)(如上文就圖5A所述的打開(kāi)閥所示)，其中氫氣直接穿過(guò)高氫燃料氣體歧管進(jìn)入燃燒罐。決定從只用高氫燃料氣體操作轉(zhuǎn)換成“高氫燃料氣體和餾出物雙燃料操作”模式(圖5B)之后，采用類(lèi)似于上文結(jié)合圖5B實(shí)施例所述的方式使液體燃料(在此實(shí)例中，僅使用餾出物)以及霧化空氣通過(guò)相應(yīng)的歧管饋送到燃燒室中。同樣，高氫燃料氣體/餾出物模式可再次如修改圖式所示，通過(guò)改變閥打開(kāi)以及不同的流型而轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體與石腦油的組合式進(jìn)料，如圖所示且表示為“高氫燃料氣體和石腦油雙燃料操作”(圖5C)。從一個(gè)流型到下一流型的箭頭還證實(shí)，特定操作模式(例如，將高氫燃料氣體和石腦油用作組合式燃料進(jìn)料)可在必要時(shí)回到高氫燃料氣體/餾出物 模式。圖6A到圖6E為本發(fā)明第三方面的一系列簡(jiǎn)化工藝流程圖(通常表示為300)，圖示了按順序執(zhí)行的步驟，以將饋送到燃燒室的燃料從100%石腦油進(jìn)料(“石腦油操作”)轉(zhuǎn)換成餾出物操作(圖6B)，隨后對(duì)氣體燃料系統(tǒng)進(jìn)行氮?dú)鈨艋?圖6C)(使用與圖4B相同的流型)，且之后在共同點(diǎn)燃的雙燃料模式下轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體和餾出物的組合(圖6D)，最后轉(zhuǎn)換成高氫燃料氣體與石腦油的混合式共同點(diǎn)燃進(jìn)料(圖6E)。如上文結(jié)合圖4和圖5的實(shí)施例所述，描繪了相同的基本工藝管路和設(shè)備，但根據(jù)需要采用不同的閥和流型(打開(kāi)或關(guān)閉)，以便從一個(gè)操作模式不同地轉(zhuǎn)變成另一操作模式。最后，圖7A到圖7C為一系列簡(jiǎn)化工藝流程圖，描繪了按順序執(zhí)行的步驟，以使用氮?dú)饣蚨栊詢(xún)艋瘎﹣?lái)凈化高氫氣體燃料管路(圖7B)，隨后在系統(tǒng)結(jié)束高氫燃料氣體與石腦油的共同點(diǎn)燃雙燃料模式之后，用餾出物來(lái)沖洗石腦油管路(圖7C)。同樣，在閥打開(kāi)和關(guān)閉的相關(guān)變化中，可見(jiàn)用于氮?dú)夂褪X油凈化的閥和工藝管路配置在這些凈化實(shí)施時(shí)出現(xiàn)的差異。雖然已結(jié)合目前被認(rèn)為是最具實(shí)用性和較佳的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)了解，本發(fā)明并不限于所揭示的實(shí)施例，而是旨在涵蓋所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)，其包括: 高氫燃料氣體組件，其包括用于將高氫燃料氣體源輸送到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的一個(gè)或多個(gè)燃燒室的裝置； 餾出物燃料組件，其包括用于將第一液體燃料輸送到所述燃燒室的裝置； 石腦油燃料組件，其包括用于將包括石腦油的第二液體燃料輸送到所述燃燒室的裝置； 霧化空氣輸送系統(tǒng)，其連接到所述燃燒室； 空氣抽取系統(tǒng)，其連接到所述燃燒室的排出口 ；以及 分配控制閥，其用于以下每個(gè)組件:所述高氫燃料氣體組件、餾出物燃料組件以及石腦油燃料組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括氮?dú)鈨艋到y(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述高氫燃料氣體含有體積比為至少5%到最多100%的氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述分配控制閥中的選定閥對(duì)饋送到所述燃燒室的所述高氫燃料氣體加以限制和控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述分配控制閥中的選定閥對(duì)饋送到所述燃燒室的所述餾出物燃料加以限制和控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述分配控制閥中的選定閥對(duì)饋送到所述燃燒室的所述石腦油燃料加以限制和控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述分配控制閥中的選定閥對(duì)饋送到所述燃燒室的所述餾出物和石腦油燃料的混合物加以限制和控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于從所述第一液體燃料轉(zhuǎn)換成所述第二液體燃料的控制閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述霧化空氣輸送系統(tǒng)包括用于饋送到所述燃燒室的所述液體燃料的霧化器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于所述高氫燃料氣體組件、所述餾出物燃料組件以及所述石腦油燃料組件中每一組件的獨(dú)立燃料歧管。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料輸送系統(tǒng)，其中所述氮?dú)鈨艋M件包括用于通過(guò)氮?dú)鈦?lái)凈化所述高氫燃料氣體組件的控制閥。
12.—種將饋送到燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室的燃料成分從氣體燃料變成液體燃料的方法，其包括以下步驟: 將可控量的高氫燃料氣體饋送到所述燃燒室； 關(guān)閉所述高氫燃料氣體的流量； 用氮?dú)鈦?lái)凈化運(yùn)送所述高氫燃料氣體的流管路； 將可控量的液體燃料饋送到所述燃燒室；以及 將足夠的加壓空氣饋送到所述燃燒室，以將所述液體燃料霧化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述液體燃料包括餾出物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述液體燃料包括石腦油。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法， 其中所述液體燃料包括餾出物燃料和石腦油的混合物。
16.一種將饋送到燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室的燃料從液體燃料轉(zhuǎn)換成氣體燃料的方法，其包括以下步驟: 將可控量的液體燃料饋送到所述燃燒室； 在所述燃燒室中燃燒前先將所述液體燃料霧化； 用氮?dú)鈦?lái)凈化運(yùn)送所述高氫燃料氣體的管路； 關(guān)閉所述液體燃料的流量； 用第二低揮發(fā)性液體燃料來(lái)凈化運(yùn)送所述高揮發(fā)性液體燃料的管路；以及 將可控量的高氫燃料氣體饋送到所述燃燒室。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述液體燃料包括石腦油、餾出物或它們的混合 物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)。所述燃料輸送系統(tǒng)專(zhuān)為將一種燃料有效轉(zhuǎn)換成另一種燃料而設(shè)計(jì)，其包括不同但相互協(xié)作的燃料組件，即，高氫燃料氣體組件、餾出物燃料組件以及石腦油燃料組件，每個(gè)組件將不同的液體或氣體燃料饋送到燃燒室；霧化空氣輸送系統(tǒng)，其用于所述石腦油或餾出物(或它們的組合)；空氣抽取系統(tǒng)；多個(gè)分配控制閥，其用于所述高氫燃料氣體組件、餾出物燃料組件以及石腦油燃料組件；以及氮?dú)鈨艋到y(tǒng)，其用于凈化通向所述燃燒室的所述高氫燃料氣體管路，和/或用餾出物沖洗所述石腦油管路。
文檔編號(hào)F02C9/40GK103225545SQ201310024179
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月25日
發(fā)明者V.桑穆加姆, M.J.羅茲多爾斯基, K.K.薩特亞庫(kù)馬, A.K.瓦德帕利, V.A.R.嫩梅尼 申請(qǐng)人:通用電氣公司