CN102818278A - 用于供应燃料的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于供应燃料的系统和方法，其中所述系统包括：燃料歧管；水歧管；以及所述燃料歧管与所述水歧管之间的流体接头。所述流体接头下游处的湍流器接收来自于所述流体接头的流体流。所述方法包括：使燃料流过燃料歧管；使水流过水歧管；以及将来自所述水歧管的所述水的一部分与来自所述燃料歧管的所述燃料混合，以形成乳化燃料。所述方法进一步包括使所述乳化燃料流过湍流器。

Description

用于供应燃料的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及一种用于供应燃料的系统和方法。在本发明的特定实施例中，所述系统和方法可包括湍流器和/或分配器，用以在燃烧之前混合并分配乳化燃料。
背景技术
燃烧室通常用于工业生产和商业运作中，用以点燃燃料，以产生高温高压的燃烧气体。例如，用来发电的典型商业化燃气涡轮机包括位于前部的轴流式压缩机、位于中间的一个或多个燃烧室和位于尾部的涡轮机。周围空气供应到压缩机后，压缩机中的旋转叶片和固定轮叶逐渐向工作流体(空气)传递动能，以产生处于高能状态的压缩工作流体。随后，压缩工作流体离开压缩机并流过各燃烧室中的一个或多个喷嘴，在燃烧室中，压缩工作流体与燃料混合并点燃，从而产生高温高压的燃烧气体。燃烧气体会在涡轮机中膨胀做功。例如，燃烧气体在涡轮机中膨胀可使连接至发电机的轴旋转以使发电机发电。
供应给燃烧室的燃料可为液体燃料、气体燃料，或液体燃料与气体燃料的组合。如果液体燃料和/或气体燃料与压缩工作流体并未在燃烧之前均匀混合，则可在燃烧室中形成局部热点。局部热点可能会增加燃料丰富区域的一氧化二氮量，而燃料贫乏区域可能会增加一氧化碳量和未燃烧的碳氢化合物量，这些都是多余废气排放物。此外，燃料丰富区域可能会增大燃烧室内的火焰回火到喷嘴中和/或附着在喷嘴内部的几率，从而损坏喷嘴。虽然使用任何燃料都会发生火焰回火和火焰附着的情况，但它们更容易在使用例如氢等燃烧率较高、可燃性范围较大的高活性燃料时发生。
现在已有多种技术在最小化多余废气的排放、回火和火焰附着的同时允许更高的燃烧室运行温度。例如，可将水添加到燃料中，以产生乳化燃料，从而提高燃烧效率并降低燃烧室中的最高火焰温度，且因此降低一氧化二氮量。但乳化燃料本身趋于分离回组成元素燃料和水，从而使供应给各喷嘴的乳化燃料的流率和燃料-水量发生变化。这又可能会使喷嘴之间的火焰不稳定、降低燃烧室的整体效率，并增加多余的排放物。因此，一种用于将燃料供应给燃烧室的改良系统和方法将很有用。
发明内容
以下描述中将阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点从描述中可能是显而易见的，或者可能通过实践本发明能够推导出。
本发明的一项实施例是一种用于供应乳化燃料的系统。所述系统包括：燃料歧管；水歧管；以及所述燃料歧管与所述水歧管之间的流体接头。所述流体接头下游处的湍流器接收来自于所述流体接头的流体流。
其中所述湍流器包括一个或多个挡板。
其中所述湍流器包括多个孔。
所述系统进一步包括用于大体等分来自所述湍流器的流体流的装置。
所述系统进一步包括所述湍流器下游处的分配器，其中所述分配器包括入口和多个出口。
其中所述分配器包括设有奈格尔点的主体，且所述入口沿着穿过所述奈格尔点的轴对齐。
其中所述分配器包括设有具有底面的腔的主体，且所述多个出口在所述底面处连接到所述腔。
其中所述分配器包括设有腔的主体，且突出部从所述主体延伸到所述腔的中心部分。
本发明的另一项实施例是一种用于供应燃料的系统，所述系统包括：乳化液歧管；以及用于大体等分来自所述乳化液歧管的流体流的装置。
所述系统进一步包括所述乳化液歧管内的湍流器。
其中所述湍流器包括一个或多个挡板。
其中所述湍流器包括多个孔。
所述系统进一步包括所述乳化液歧管下游处的分配器，其中所述分配器包括入口和多个出口。
其中所述分配器包括设有奈格尔点的主体，且所述入口沿着穿过所述奈格尔点的轴对齐。
其中所述分配器包括设有具有底面的腔的主体，且所述多个出口在所述底面处连接到所述腔。
其中所述分配器包括设有腔的主体，且突出部从所述主体延伸到所述腔的中心部分。
本发明也可包括一种用于供应燃料的方法，所述方法包括：使燃料流过燃料歧管；使水流过水歧管；以及将来自所述水歧管的水的一部分与来自所述燃料歧管的燃料混合，以形成乳化燃料。所述方法进一步包括使所述乳化燃料流过湍流器。
所述方法进一步包括大体等分乳化燃料流。
所述方法进一步包括将所述乳化燃料分配给多个喷嘴。
所述方法进一步包括在分配器内大体等分所述乳化燃料流。
所属领域的技术人员可通过查看说明书的内容来更好地了解此类实施例的特征和方面，以及其他内容。
附图说明
本说明书的其余部分参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细披露了本发明，包括其最佳实施方式，其中：
图1为根据本发明的一个实施例的用于将乳化燃料供应给燃烧室的系统的简图；
图2为湍流器的第一实施例的透视图；
图3为湍流器的第二实施例的透视图；
图4为分配器的第一实施例的透视截面图；
图5为分配器的第二实施例的透视截面图；以及
图6为图5所示的插入物的透视图。
部件标号列表：
  标号   部件   标号   部件
  10   系统   12   乳化燃料
  14   燃烧室   16   燃料歧管
  18   水歧管   20   流体接头
  22   乳化液歧管   24   燃料管道
  26   水管道   28   节流阀
  30   湍流器   32   挡板
  34   筛网   36   孔
  40   分配器   44   出口
  42   入口   48   主体
  46   喷嘴   50   腔
  52   底面   56   插入物
  54   突出部   60   弧形侧
  58   奈格尔点   64   穿过奈格尔点的轴
  62   顶点
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各实施例，附图中将图示本发明实施例的一个或多个实例。具体实施方式中使用数字和字母标识来指代附图中的特征。附图和说明中相同或类似的标识用于指代本发明的相同或类似的部分。
各个实例用以解释本发明而非限定本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，所属领域的技术人员可对本发明做各种修改和变化。例如，作为一项实施例一部分的特征可用于另一项实施例中，从而得到又一项实施例。因此，本发明意欲涵盖所附权利要求书及其等效物的范围内的修改和变化。
本发明的各实施例提供一种用于将乳化燃料供应给燃烧室的系统和方法。在特定实施例中，燃料与水混合，且所得混合物引导通过湍流器，以进一步混合乳化燃料。分配器或其他装置可用于将大体等量的乳化燃料传输到和/或分给燃烧室中的各喷嘴。尽管出于说明目的，在以燃气涡轮机连接的燃烧室为例大体描述了本发明的示例性实施例，但所属领域的技术人员将容易了解，除非在权利要求中特别指出，否则本发明的各实施例可用于任意燃烧室，并不限于燃气涡轮机燃烧室。
图1提供根据本发明的一项实施例的用于将乳化燃料12供应给燃烧室14的系统10的简图。如图所示，系统10通常包括：燃料歧管16；水歧管18；以及燃料歧管16与水歧管18之间的流体接头20，其可形成乳化液歧管22。本发明中所使用的术语“歧管”包括具有多个孔以用于进行连接的任意管或室。通过燃料歧管16供应的可能燃料可包括，例如，高炉煤气、焦炉煤气、天然气、甲烷、汽化的液化天然气(LNG)、丙烷、氢气，及其组合。水歧管18可包括水、蒸汽，或适于与燃料混合以形成乳化燃料12的类似稀释剂。歧管16、18、22均可包括适当的管道和阀的组合，从而促进对所需流体进行流体连通、输送和隔离。例如，如图1所示，燃料管道24和水管道26可用来将燃料和水输送到燃烧室14附近，而且一个或多个节流阀28可用来调节供应给乳化液歧管22和/或燃烧室14的燃料和/或水量。流体接头20可包括燃料歧管16与水歧管18之间让水与燃料混合以形成乳化燃料12的任意流体连接。
如图1所示，系统10可进一步包括位于流体接头20下游和/或乳化液歧管22内部的湍流器30。本说明书中所使用的术语“上游”和“下游”是指部件在流体通道中的相对位置。例如，如果流体从部件A流向部件B，则部件A位于部件B上游。反之，如果部件B从部件A接收流体流，则部件B位于部件A下游。图2和图3提供本发明的各实施例范围内的示例性湍流器30的透视图。例如，如图2所示，湍流器30可包括一连串扭曲的金属丝、板或挡板32。或者，如图3所示，湍流器30可包括具有多个交错孔36的筛网34。筛网34可包括锥形表面、平坦表面，或任意其他几何形状。在其他实施例中，湍流器30实际上可包括乳化燃料12流经的任意弯曲通道或湍流通道。在各实施例中，湍流器30因而提高乳化液歧管22中的燃料与水之间的混合，从而防止组成元素在到达燃烧室14之前分离。
再次参考图1，系统10可进一步包括湍流器30和/或乳化液歧管22下游处的分配器40。分配器40通常包括入口42和多个出口44，其中每个出口44与燃烧室14中的单个喷嘴46流体连通。通过这种方式，分配器40将乳化燃料12传递到各喷嘴46的单独通道中。
图4提供在本发明范围内的分配器40的第一实施例的透视截面图。如图所示，分配器40可进一步包括主体48，所述主体设有具有底面52的腔50。各出口44可在底面52处或与所述底面齐平的位置连接到腔50，以降低或防止腔50内形成低流量区域或回流区域。因此，分配器40能够改变乳化燃料12中的燃料和/或燃料-水比率，而无需保留废燃料和/或乳化燃料12。
如图4所示，分配器40可进一步包括用于大体等分来自湍流器30和/或乳化液歧管22的流体流的装置。在此特定实施例中，所述装置可包括从主体48延伸到腔50的中心部分中的突出部54。突出部54可包括圆柱形、圆锥形、球形、金字塔形，或适于分开流体流的其他几何形状。这样，进入入口42的乳化燃料12在通过各出口44离开分配器40并流到相应喷嘴46之前被分成大体等量。
图5提供在本发明范围内的分配器40的第二实施例的透视截面图。分配器40同样包括入口42、出口44、主体48、腔50，及底面52，如之前图4所示的实施例所述。在此特定实施例中，用于大体等分来自湍流器30和/或乳化液歧管22的流体流的装置包括主体48内部的插入物56，所述插入物在腔50内形成奈格尔点(Nagel point)58。插入物56可由主体48界定，如图5所示，或者，所述插入物可构成插入主体48中的单独部件，如图6所示。无论是哪种情况，插入物56通常形成具有弧形侧60的三角形开口，而且所述三角形开口的顶点62通常与分配器40中的出口44重合。如图5所示，入口42与轴64以大体重合方式对齐，所述轴延伸穿过由插入物56形成的奈格尔点58，这样，进入入口42的乳化燃料12便可在通过出口44离开分配器40并流到相应喷嘴46之前被分成大体等量。
图1到图6所示的系统10和各部件也可提供用于将乳化燃料12供应到燃烧室14的方法。如上文所述，所述方法通常包括：使燃料流过燃料歧管24；使水流过水歧管26；以及将来自水歧管26的水的一部分与来自燃料歧管24的燃料混合，以形成乳化燃料12。所述方法进一步包括使乳化燃料12流过湍流器30。在特定实施例中，所述方法还可包括：大体等分乳化燃料12流；将乳化燃料12分配给多个喷嘴46；和/或在分配器40内大体等分乳化燃料12流。因此，图1到图6所示的系统10和方法提高供应给燃烧室14的乳化燃料12的质量，从而改进燃烧效率、增进喷嘴46之间的火焰稳定性，以及减少多余排放物。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳实施方式，同时也让所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (12)

1.一种用于供应燃料的系统，包括：
a.燃料歧管；
b.水歧管；
c.所述燃料歧管与所述水歧管之间的流体接头；以及
d.所述流体接头下游处的湍流器，其中所述湍流器接收来自所述流体接头的流体流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述湍流器包括一个或多个挡板。
3.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述湍流器包括多个孔。
4.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于进一步包括用于大体等分来自所述湍流器的流体流的装置。
5.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于进一步包括所述湍流器下游处的分配器，其中所述分配器包括入口和多个出口。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分配器包括设有奈格尔点的主体，且所述入口沿着穿过所述奈格尔点的轴对齐。
7.根据权利要求5或者6所述的系统，其特征在于，所述分配器包括设有具有底面的腔的主体，且所述多个出口在所述底面处连接到所述腔。
8.根据权利要求5至7任一所述的系统，其特征在于，所述分配器包括设有腔的主体，且突出部从所述主体延伸到所述腔的中心部分。
9.一种用于供应燃料的方法，包括：
a.使燃料流过燃料歧管；
b.使水流过水歧管；
c.将来自所述水歧管的所述水的一部分与来自所述燃料歧管的所述燃料混合，以形成乳化燃料；以及
d.使所述乳化燃料流过湍流器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于进一步包括大体等分乳化燃料流。
11.根据权利要求9或者10所述的方法，其特征在于进一步包括将所述乳化燃料分配给多个喷嘴。
12.根据权利要求9至12任一所述的方法，其特征在于进一步包括在分配器内大体等分所述乳化燃料流。
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