專利名稱：用于超低發(fā)熱燃料用燃燒器燃料回路的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域一般地涉及超低發(fā)熱燃料的使用，并且更特別地，涉及用此類燃料 來生產(chǎn)能量的方法和裝置。
背景技術(shù)：
超低發(fā)熱燃料，也就是具有約40兆焦/千克或更少的熱值的燃料，其可包括爐內(nèi) 氣體、生物質(zhì)汽化、或CH4含量少于10%、H2含量少于10%以及N2含量大于40%的燃料， 這些燃料典型地是“機(jī)會(huì)”燃料，它們可作為廢液或作為煉油廠或制造廠的副產(chǎn)品而得到。 這些燃料的示例是產(chǎn)生于鐵的熔煉的所謂的“高爐”氣體(Bre)和“煉焦?fàn)t”氣體(COG)。 即使此類燃料基本上是“免費(fèi)的”，但存在將它們用在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的壓縮費(fèi)用。超低發(fā)熱 燃料在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒一般呈現(xiàn)出顯著的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，已知對(duì)于特定的能量輸入和燃料 的低反應(yīng)性需要大體積的燃料流。為容納這些燃料，至少一些已知的燃燒系統(tǒng)包括足夠大 的燃料噴射器來通過所需的現(xiàn)場(chǎng)特定燃料體積，使得空氣和燃料速度對(duì)于火焰穩(wěn)定性足夠 低。此外，一些已知的燃燒系統(tǒng)依賴于與更具反應(yīng)性的燃料混合的燃料，這使氣體的燃燒能 夠在現(xiàn)有的低到中發(fā)熱燃料燃燒器中進(jìn)行。因此，期望的是提供一種燃燒器或燃燒系統(tǒng)，其能夠按需要利用超低發(fā)熱燃料和 更高能量的燃料，而不必依賴于被設(shè)計(jì)以通過對(duì)每種類型的燃料所需的整個(gè)燃料體積的噴 射器，以及提供一種不依賴于燃料混合來燃燒超低發(fā)熱燃料的燃燒系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例提供一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒系統(tǒng)的方 法。該方法包括通過第一燃料回路將超低發(fā)熱燃料供應(yīng)至燃燒系統(tǒng)的燃燒器，按需要控制 通過第二燃料回路的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)來控制通過燃燒器的超低發(fā)熱燃料的體積流量， 并在燃燒器中燃燒超低發(fā)熱燃料。另一方面，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例提供一種擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)。該擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)包 括具有一個(gè)或多個(gè)燃料進(jìn)口的燃燒器、端蓋、燃燒外殼和燃燒襯里。燃燒器構(gòu)造為接收通過 第一燃料回路的超低發(fā)熱燃料，按需要控制通過第二燃料回路的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)來控 制通過燃燒器的超低發(fā)熱燃料的體積流量，并在燃燒器中燃燒超低發(fā)熱燃料。


圖1是示例性燃燒器的橫截面視圖。圖2是可用于控制圖1的燃燒器的示例性控制回路的原理框架圖。部件列表100 IGCC 燃燒系統(tǒng)102 燃燒器(MNQC)104 第一燃料回路或燃料進(jìn)口
106稀釋劑進(jìn)口108端蓋110燃燒外殼112燃燒襯里114流套筒116過渡件118燃料噴嘴122四元栓(Quat Peg)124四元歧管126第二燃料回路202閥204燃料流206計(jì)算機(jī)或電子裝置
具體實(shí)施例方式本公開內(nèi)容的實(shí)施例調(diào)節(jié)(leverage) —種四元燃料系統(tǒng)架構(gòu)來促進(jìn)增加對(duì)設(shè)計(jì) 師可用的物理燃料通流面積(flow area)。例如，此架構(gòu)使得能夠?qū)⒌偷街邪l(fā)熱燃料燃燒器 用于寬范圍的超低發(fā)熱燃料，而無需通過調(diào)節(jié)燃燒器外殼燃料回路來對(duì)主燃料噴嘴進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)特定的大小調(diào)整。該四元燃料系統(tǒng)架構(gòu)允許使用這些燃料而無燃料混合且無需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)特 定地調(diào)整大小的主燃燒噴嘴進(jìn)行確認(rèn)。由該四元系統(tǒng)提供的額外的燃料通流面積和適應(yīng)性 使得能夠以正確的壓力比引入燃料，而不管變化的熱值如何。因此，不僅燃料壓縮的額外費(fèi) 用被減少，而且也促進(jìn)降低從主燃料噴嘴的注射速度。通過主燃料噴嘴的速度的降低有助 于對(duì)擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性是這些系統(tǒng)的特征。此外，通過將燃料 的一部分和主燃料噴嘴上游的空氣預(yù)混合，還有助于減小火焰的長(zhǎng)度，從而有效地產(chǎn)生對(duì) 于燃燒過程更長(zhǎng)的駐留時(shí)間。更具體而言，并且參考附圖1，在該示例性實(shí)施例中，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC) 燃燒系統(tǒng)包括具有一個(gè)或多個(gè)燃料進(jìn)口 104的多噴嘴安靜燃燒器(MNQC) 102、天然氣和/ 或稀釋劑進(jìn)口 106、端蓋108、燃燒器外殼110和燃燒器襯里112。MNQC 102還包括流套筒 114，過渡件116，以及一級(jí)噴嘴。在不同的實(shí)施例中，多個(gè)四元栓122與在端蓋108附近提供的四元歧管124成流體連通聯(lián)接。用語“四元”已被用于與GE Power System的DLN-2燃燒裝置結(jié)合使用來表 示預(yù)混合的歧管和栓，通過該歧管和栓，燃料或燃料混合物可被注入以促進(jìn)消除動(dòng)態(tài)變化 (dynamics)。在本公開內(nèi)容中，用語“四元”用于指示能促進(jìn)增加對(duì)設(shè)計(jì)師可用的物理燃料 通流面積的架構(gòu)，因此使得低到中發(fā)熱燃料燃燒器無需現(xiàn)場(chǎng)特定地調(diào)整主燃料噴嘴的大小 就能以廣范圍的超低發(fā)熱燃料來運(yùn)行。更具體地說，包括四元栓122和位于噴嘴118上流 的四元歧管124的額外燃料回路被提供用于將燃料引向燃燒器102。在一些實(shí)施例中，十五 或十六個(gè)四元栓122周向地圍繞燃燒器外殼110隔開。備選地，在其它實(shí)施例中可包括多 于或少于十五個(gè)栓122。在該示例性實(shí)施例中，四元栓122是四元歧管124的注入系統(tǒng)的一 部分，盡管在其它的實(shí)施例中，可使用不同于栓122的噴射器，只要噴射器構(gòu)造為將燃料引入到燃燒系統(tǒng)的流徑中。通過四元栓122或其它噴射器的燃料注入依賴于壓力比時(shí)間表，使得當(dāng)正常燃料 回路中的有效區(qū)對(duì)正在使用的燃料不充分時(shí)，控制系統(tǒng)(未在圖1中顯示)將引導(dǎo)額外的 燃料流通過額外的燃料回路。對(duì)于到渦輪機(jī)的指定的能量輸入對(duì)于超低發(fā)熱燃料而言需要 非常大體積的燃料流，這是為什么需要額外的燃料回路來提供額外的燃料噴嘴區(qū)的原因。 因此，本公開內(nèi)容的不同實(shí)施例使用可用于其它類型的燃燒系統(tǒng)上的燃料回路來進(jìn)行動(dòng)態(tài) 變化控制，并且使其可作為額外的燃料回路用在擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)中，以提供額外的燃料通流 面積?，F(xiàn)參考附圖2，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例包括控制燃料流204的閥202。閥202由 適當(dāng)?shù)碾娮友b置206控制，例如，該裝置可以是計(jì)算機(jī)、處理器或控制器。(為方便起見，“電 子裝置206”在下文將不失一般性地稱為“計(jì)算機(jī)206” )更具體地說，MNQC燃料流204被 控制到目標(biāo)燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出，使得計(jì)算機(jī)206起到反饋控制器的作用，也就是說，燃料流 204以壓力極限為條件而調(diào)整以控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出?？偠灾?，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例提供了一種用于控制IGCC燃燒系統(tǒng)100的方 法。該方法包括通過第一燃料回路104將超低發(fā)熱燃料供至燃燒系統(tǒng)100的燃燒器102，按 需要控制通過第二燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，以控制通過燃燒器102的超低發(fā) 熱燃料的體積流量，并在燃燒器102中燃燒超低發(fā)熱燃料。在一些實(shí)施例中，控制通過第二燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供給包括通過多 個(gè)四元栓122或其它噴射器注入燃料，以將燃料流引入燃燒器102的流徑。同樣在一些實(shí) 施例中，控制通過第二 燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)包括控制進(jìn)入與四元栓122成 流體流通聯(lián)接的歧管124的燃料流?？刂七M(jìn)入歧管124的燃料流還可包括控制進(jìn)入與四元 栓122成流體流通聯(lián)接的歧管124的燃料流?？刂七M(jìn)入與四元栓122成流體流通聯(lián)接的歧 管124的燃料流還可包括控制進(jìn)入與周向地圍繞燃燒器102的燃燒器外殼110隔開的四元 栓122成流體流通聯(lián)接的歧管124的燃料流。在一些實(shí)施例中，歧管124和四元栓122還 可緊鄰端蓋108定位。同樣，在一些實(shí)施例中，按需要控制超低發(fā)熱燃料第二燃料回路126 的供給來控制通過燃燒器102的超低發(fā)熱燃料的體積流量，還包括利用計(jì)算機(jī)206來調(diào)整 通過第二燃料回路126的燃料流，來以壓力極限為條件控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出或速度。另一方面，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例提供一種擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)100。該擴(kuò)散燃燒系統(tǒng) 包括燃燒器102，該燃燒器102包括一個(gè)或多個(gè)燃料進(jìn)口 104、端蓋108、燃燒器外殼110和 燃燒器襯里112。燃燒器102可用通過第一燃燒回路104的超低發(fā)熱燃料操作，并按需要控 制通過第二燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，以控制通過燃燒器102的超低發(fā)熱燃料 的體積流量，并在燃燒器102中燃燒超低發(fā)熱燃料。在其中一些系統(tǒng)實(shí)施例中，為控制通過第二燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供 應(yīng)，燃燒器102通過四元栓122注入燃料來將燃料流引入燃燒器102的流徑。同樣，為控制 通過第二燃料回路126的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，燃燒器102控制進(jìn)入與四元栓122成流體 流通聯(lián)接的歧管124的燃料流。在又另一個(gè)實(shí)施例中，為控制進(jìn)入與四元栓122成流體流 通聯(lián)接的歧管124的燃料流，燃燒器102控制進(jìn)入與四元栓122成流體流通聯(lián)接的歧管124 的燃料流。在一些實(shí)施例中，多個(gè)四元栓122周向地圍繞燃燒器102的燃燒器外殼110隔 開。同樣，一些實(shí)施例還包括計(jì)算機(jī)206，該計(jì)算機(jī)206以壓力極限為條件調(diào)整通過第二燃料回路126的燃料流以控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出或速度。 此書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得任何本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`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)明可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并可包括由那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員想到的其 它示例。如果此類其它示例具有并非不同于權(quán)利要求字面語言的結(jié)構(gòu)性要件，或如果它們 包含與權(quán)利要求的字面語言沒有實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等價(jià)結(jié)構(gòu)性要件，則此類其它示例意在屬于 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)(100)，包括燃燒器(102)，其包括至少一個(gè)燃料進(jìn)口、端蓋(108)、燃燒器外殼(110)和燃燒器襯里(112)，所述燃燒器構(gòu)造為接收通過第一燃料回路(104)供應(yīng)的超低發(fā)熱燃料；按需要控制通過第二燃料回路(126)的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，以控制通過所述燃燒器的所述超低發(fā)熱燃料的體積流量；并且在所述燃燒器中燃燒所述超低發(fā)熱燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，為控制通過第二燃料回路(126)的 所述超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，所述燃燒器(102)構(gòu)造為通過燃料噴射器(126)注射燃料，以將 燃料流引入所述燃燒系統(tǒng)中的流徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，為控制通過第二燃料回路(126)的 所述超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，所述燃燒器(102)構(gòu)造為控制進(jìn)入與所述燃料噴射器(126)成 流體流通聯(lián)接的歧管(124)的燃料流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，為控制進(jìn)入與所述燃料噴射器 (126)成流體流通聯(lián)接的歧管(124)的燃料流，所述燃燒器(102)構(gòu)造為控制進(jìn)入與多個(gè)四 元栓(122)成流體流通聯(lián)接的歧管的燃料流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述多個(gè)四元栓(122)周向地圍繞 所述燃燒器外殼(110)隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算 機(jī)配置為調(diào)整通過所述第二燃料回路(126)的燃料流，從而以壓力極限為條件控制燃?xì)鉁u 輪機(jī)的輸出或速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，為控制通過第二燃料回路(126)的 所述超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，所述燃燒器(102)構(gòu)造為通過構(gòu)造為將燃料流引入所述燃燒系 統(tǒng)的流徑的多個(gè)燃料噴射器(126)而注入燃料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，為控制通過第二燃料回路(126)的 所述超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，所述燃燒器(102)構(gòu)造為控制進(jìn)入與所述燃料噴射器(126)成 流體流通聯(lián)接的歧管(124)的燃料流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述燃料噴射器(126)包括多個(gè)四 元栓(122)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述四元栓(122)周向地圍繞所 述燃燒器(102)的燃燒器外殼(110)隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于超低發(fā)熱燃料用燃燒器燃料回路的方法和裝置，具體而言，提供一種包括燃燒器(102)的擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)(100)。該燃燒器包括至少一個(gè)燃料進(jìn)口、端蓋(108)、燃燒器外殼(110)和燃燒器襯里(112)。燃燒器構(gòu)造為接收通過第一燃燒回路(104)供應(yīng)的超低發(fā)熱燃料，按需要控制通過第二燃燒回路(126)的超低發(fā)熱燃料的供應(yīng)，以控制通過燃燒器的超低發(fā)熱燃料的體積流量，并在燃燒器中燃燒該超低發(fā)熱燃料。
文檔編號(hào)F02C9/40GK101936224SQ20101022691
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者L·B·小戴維斯, W·S·齊明斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司