CN110439720B - 控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法 - Google Patents

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Abstract

一种构造成使用碳质含水浆体燃料或乳液燃料的迪塞尔类型的发动机的燃料循环系统。迪塞尔类型的发动机包括流体地连接到燃料循环系统的燃料喷射系统。燃料循环系统包括：至少一个燃料供给泵，其包括在燃料循环系统中位于燃料喷射系统之前的正排量泵，该燃料供给泵构造成向燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料；以及至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，该第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，该体积流量阀作为正排量压力排泄装置被操作，该体积流量控制器在燃料循环系统中位于燃料喷射系统之后，其对来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节。

Description

控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪 塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法
交叉引用
本申请要求2018年5月3日提交的澳大利亚临时专利申请第 2018901502号的优先权，该申请的内容应当理解为通过引用并入本说明书中。
技术领域
本发明总体上涉及用于使用碳质含水浆体燃料和/或乳液燃料(carbonaceousaqueous slurries and/or emulsion fuels)的迪塞尔类型的发动机(diesel typeengine)的燃料系统。本发明提供了一种控制使用碳质含水浆体的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法和系统，并且在下文中结合该示例性应用公开本发明将是方便的。
背景技术
以下对本发明的背景的讨论意图促进对本发明的理解。然而，应该理解，该讨论不是认可或承认提到的任何材料都在本申请的优先权日的截止日期内被公布、已知或是公知常识的一部分。
目前在迪塞尔发动机中用于常规柴油和重燃料油的喷射技术采用相对低粘度燃料(relatively low viscosity fuel)的压力雾化(pressure atomisation)。对于重燃料油，在燃料进入发动机高压喷射系统之前，通过加热(高达165℃)将燃油粘度控制在5至20mPa.s。低压燃料以10至20 巴的相对恒定的压力提供给燃料系统，以提供稳定的循环，并经由喷射器中的减压阀/受控压力阀和弹簧加载瓣阀将燃料油泄放回到热服务箱(hotservice tank)。每次喷射后，发动机中的瓣阀(clack valves)自动快速打开，使燃料能够穿过喷射器循环，并且一旦喷射事件开始，则快速关闭。这种循环有助于将燃料系统保持在高温下，去除空气，并有助于燃料切换，例如当进入沿海水域时，从重燃料油切换到较轻的低硫等级。
一种新兴技术是使用碳质含水浆体燃料(例如煤水浆或沥青水浆)来代替迪塞尔发动机的重燃料油。应注意的是，沥青水浆，例如MSAR(多相超细雾化残渣(Multi-PhaseSuperfine Atomized Residue)——一种水包油乳液燃料)，在低于约60℃的温度下，基本上是固体沥青颗粒在水中的浆体，而在更高的温度下，沥青在水中呈粘性液滴形式(即乳液)。这些浆体和乳液燃料的特性与柴油和燃料油有很大不同。例如，浆体燃料和乳液燃料具有不稳定且沉降以在燃料系统中形成泥状或焦油状沉积物的趋势。这些燃料还比燃料油更具有磨蚀性，并且更容易产生气穴(cavitation)，这两种情况均加速燃料系统部件(如减压阀和瓣阀中的阀座)的磨损。由这些阀引起的强烈湍流和剪切也可能加速燃料的不稳定，导致碳质颗粒或液滴的凝聚，这增加了燃料系统中沉积物的形成。凝聚和沉积物影响雾化和燃烧效率，并可能导致燃料系统堵塞。可以使用变速泵控制发动机的燃油压力，以避免使用减压阀。然而，在发动机停止或负载操作期间，燃料基本上是死流的(deadheaded)，并保持在高压下，没有明显的流动。在这种操作模式下，可能发生燃料流变性的不稳定和其它变化，沿燃料系统形成沉积物，这些沉积物随后当燃料流动重新开始时离开原位并在燃料系统中汇集且形成栓塞，尤其是在流动面积或流动方向发生突然变化的情况下。
因此，碳质浆体燃料和乳液燃料的生产、运输、储存和使用造成了许多技术问题，这阻碍了该类型燃料的商业化。
避免这些沉降和不稳定问题的当前技术类似于针对重燃料油的技术，即：
1)在相对恒定的燃料输送压力下，在燃料系统周围持续循环预热的燃料，该相对恒定的燃料输送压力通过在喷射泵或HEUI型增压喷射器之后在循环总管上使用减压阀来控制；
2)允许燃料经由自动弹簧加载泄放阀/瓣阀从燃料喷射器的高压回路中泄放燃油；和
3)使用变速低压燃料泵或燃料供应泵。
图1中示出了重燃料油系统的简化示意图。
发明内容
发明人已经发现，这些当前的解决方案对于使用碳质浆体燃料或碳质乳液燃料的发动机的商业运行是不太理想的。发明人已经发现，浆体和沥青乳液(有效地，环境温度下的浆体)对以下情况具有不利的作用：1) 高剪切或气穴状况(例如穿过减压阀和节流阀经历的状况)和2)死流。此外，已经发现，这些影响随着燃料温度的升高和因使用密封油保护燃料泵柱塞和阀杆而污染循环浆体而显著增加。
当前迪塞尔类型的发动机构造的另一个问题是，无法在不延长发动机操作的情况下使用冲洗流体在服务箱之后对燃料系统进行完全且快速的冲洗。不明显的是，用于碳质含水浆体的冲洗流体很可能是基本上不可燃的流体，例如水或合适的清洁剂混合物，因为使用柴油或燃料油冲洗可能导致浆体或乳液中碳质颗粒快速凝聚和燃料系统堵塞。此外，即使使用具有独立燃料系统的双燃料喷射系统在冲洗期间操作发动机，由于稀释的浆体燃料的不良燃烧和进入发动机燃烧室的冲洗流体的量，对于低旁通循环系统过度使用冲洗流体也可能是不希望的。
因此，需要实现以下中的至少一项：
通过在不使用减压阀、自动瓣阀或无压头燃料泵的情况下，在燃料系统周围保持受控的燃料流量，减少发动机燃料系统中碳质含水浆体燃料或乳液燃料的劣化、不稳定和凝聚；
为燃料系统提供方更有效且受控的冲洗方法，以最小化冲洗流体喷入到发动机中；
最小化对燃料系统部件的磨蚀和气穴磨损；或者
对提供给发动机的燃料提供升高温度控制，以大体上消除对至服务箱的燃料进行充分预热的需要，并且在某些情况下可以避免对用于浆体燃料/乳液燃料的服务箱的需要。
本发明提供了一种用于控制使用碳质含水浆体燃料和碳质乳液燃料的迪塞尔类型的发动机中的迪塞尔发动机的燃料循环的改进方法，该碳质含水浆体燃料和碳质乳液燃料包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒，例如由煤、煤焦、炭黑和沥青形成的碳质颗粒。本发明的实施方案可以构造成使用碳质含水浆体燃料，碳质含水浆体燃料被描述为一种微粉化纯化碳燃料 (micronized refined carbon fuel,MRC)。
本发明的第一方面提供了一种迪塞尔类型的发动机的燃料循环系统，该迪塞尔类型的发动机构造成使用碳质含水浆体燃料或乳液燃料。迪塞尔类型的发动机包括流体地连接到燃料循环系统的燃料喷射系统。燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，正排量泵在燃料循环系统中位于在燃料喷射系统之前，该燃料供给泵构造成向燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，该第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，体积流量控制器在燃料循环系统中位于燃料喷射系统之后，体积流量控制器为来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节。
本发明提供了一种新的燃料循环/输送系统，其中燃料供给泵与额外的泵或体积流量阀组合用作组合压力排泄和流量/压力控制装置，以控制穿过燃料喷射系统的流量。通过反向操作合适的正排量泵(例如渐进腔式泵) 或体积流量阀，可以在无需通过阀来节流的情况下实现压力排泄，而通过阀来节流对于燃料油来说是常见的。通过避免通常的节流装置的快速侵蚀性腐蚀/气穴磨损，以及通过显著减少由节流引起的燃料颗粒尺寸和/或流变性的变化，这为浆体燃料提供了许多优点。
新的燃料循环系统可以与适当的控制策略一起使用，以大体上消除燃料的不稳定和燃料管线中的沉淀、燃料系统部件的磨蚀和气穴磨损，同时提供浆体燃料或乳液燃料所需的升高的温度、压力流量控制。下面讨论控制策略和相关方法。
在本发明的系统中，燃料供给泵正常地操作，以将燃料流泵送到燃料喷射系统。体积流量控制器，其包括构造成反向地操作的正排量泵(体积流量控制器)，或者包括构造成控制穿过阀的体积流量以使其与泵或阀的操作速度成比例的体积流量控制器。因此，本发明的燃料循环系统可以在不使用减压阀或流量调节阀的情况下操作。通过避免高剪切的减压阀或排泄阀，并在流量和压力控制方面提供增加的灵活性，可以将燃料的不稳定性和流变性变化最小化。燃料系统部件的磨蚀和气穴磨损也得到减少。可以提供改进的温度控制。可以执行改进的燃料系统冲洗或燃料切换。
应当理解，本发明的燃料循环系统适用于迪塞尔类型的发动机，例如迪塞尔类型的压燃式发动机。还应当理解，术语“迪塞尔类型的发动机”涵盖制造成、构造成或改进成使用包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒的燃料操作的任何发动机。合适的发动机包括常规的压燃式或迪塞尔类型的发动机、使用碳质燃料的直接喷射的双燃料发动机、或由传统的压燃式或迪塞尔类型的发动机改良、改进或衍生以使用包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒的燃料操作的发动机。一个示例是直喷式碳发动机(DICE)一种迪塞尔类型的发动机，其已经被改进成能够燃烧微粉化纯化碳燃料(MRC)的水基浆体。
本发明适合在各种燃料喷射系统中使用。举例来说，本发明适合在常规的喷射设备中使用，其中包括柱塞的燃料泵送元件容纳在泵室内。在这些系统中，泵室经由将喷嘴连接到泵室的燃料管道或燃料导管与喷射器喷嘴连通。喷射器喷嘴通常包括喷射器阀，喷射器阀偏置到常闭位置，以调节燃料到燃烧室中的喷射。在这种布置中，柱塞的向下移动减小了泵室的容积，导致占据泵室和燃料管道的燃料体积内的压力增大。这对供应到喷射器喷嘴的燃料进行了加压。这种压力增加克服了常闭喷射器阀中的偏压，该常闭喷射器阀移动到允许燃料从喷射器喷嘴喷射到燃烧室中的打开位置。燃料释放到燃烧室中降低了喷射器喷嘴上游的压力，导致喷射器喷嘴阀返回到其常闭位置，由此终止穿过喷射器喷嘴的喷洒。由柱塞产生的加压燃料流经由喷射路径远离柱塞并朝向喷射器喷嘴行进，喷射路径因此由泵室和燃料管道的共同容积界定。
如上所指出的，本发明适合在利用柱塞型燃料泵送元件和压力致动喷射器喷嘴的现有燃料喷射设备中使用。然而，应当理解，这些仅仅是可以与本发明一起使用的燃料泵送元件和喷射器喷嘴的一些示例。各种可选的燃料泵送系统和喷射器喷嘴适合与本发明一起使用。例如，根据需要的喷射压力，本发明的泵室和泵送元件可包括任何类型的适当的流动产生装置，例如移动渐进腔式泵或正排量泵，例如膜式泵。在燃料泵送元件包括活塞或柱塞型泵送元件的本发明的实施方案中，活塞/柱塞可由各种致动系统来操作，例如凸轮设备、液压设备或通过电子螺线管系统来操作。类似地，本发明的喷射器喷嘴可以是常规类型的喷射器喷嘴(即，通过增加喷射路径内的压力而致动到其打开位置)，或者可选地，可以由单独的系统(例如，液压或电子系统)选择性地致动，以提供对进入燃烧室的喷射事件的增加的控制，在一些发动机系统中，该喷射事件被精确地定时以实现增加的燃烧效率。
用于本发明迪塞尔类型的发动机的碳质含水浆体燃料包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒。这种燃料通常包括细磨碳质颗粒的含水胶体悬浮液。悬浮液可以具有糊状稠度。此外，优选地，碳质颗粒是疏水的，因为它改善了颗粒在介质中的分散。国际专利公开号WO2015 04843A1教导了一个合适的示例，其内容应理解为通过该引用并入本说明书中。
用于本发明迪塞尔类型的发动机的碳质乳液燃料或乳化燃料是由水和可燃碳质流体，或油或燃料，例如沥青组成的乳液。碳质乳液燃料的一个具体示例是沥青乳液燃料。另一个示例是Quadrise有限公司的并且现在由Quadrise加拿大燃料系统公司进一步开发的MSAR(多相超细雾化残渣)。 MSARTM包含水包油乳液燃料，其中油是碳氢化合物，具有在15和-10之间的美国石油学会比重度数。典型的油水比在65％到74％的范围内。
应当理解，体积流量阀是这样的阀，该阀构造成控制穿过阀的体积流量以使其与阀操作速度成比例。示例包括星形阀(star-valves)、瓣轮阀(lobe valves)或其它旋转流量阀。在优选实施方案中，体积流量控制器包括星形阀或旋转流量阀。然而，应当理解，可以使用其它类型的体积流量阀。
燃料供给泵用于将燃料输送到喷射系统，并最终输送到迪塞尔类型的发动机的燃料喷射器。在这个意义上，燃料供给泵通常与燃料喷射系统的每个喷射器的入口流体连通。燃料供给泵和体积流量控制器的实施方案包括正排量泵。应当理解，术语正排量用于描述泵，其中穿过泵的流体流量大体上与泵的速度成比例，并且包括轴泵和渐进腔式型泵。
因此，在本发明的实施方案中，第一正排量泵和第二正排量泵中的每一个包括往复泵或旋转泵。合适的正排量泵的示例包括柱塞泵(plunger pump)、旋转瓣轮泵(rotarylobe pump)、渐进腔式泵(progressing cavity pump)、旋转齿轮泵(rotary gear pump)、活塞泵(piston pump)、膜式泵 (diaphragm pump)、螺旋泵(screw pump)、齿轮泵(gearpump)、叶片泵 (vane pump)、再生(周边)泵(regenerative(peripheral)pump)、蠕动泵(peristaltic pump)或轴泵(spindle pump)中的至少一种。
在优选实施方案中，至少一个体积流量控制器包括第二正排量泵，该第二正排量泵构造成反向地操作。在该实施方案中，本发明提供了一种迪塞尔类型的发动机的燃料循环系统，该迪塞尔类型的发动机构造成使用碳质含水浆体燃料或乳液燃料，该迪塞尔类型的发动机包括与燃料循环系统流体连接的燃料喷射系统，该燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，该正排量泵在燃料循环系统中位于燃料喷射系统之前，该燃料供给泵构造成向燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料；和
至少一个排泄泵，其包括第二正排量泵，该第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，排泄泵在燃料循环系统中位于燃料喷射系统之后，排泄泵为来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节。
虽然供给泵和体积流量控制器是变速的以提供关于流速的最大灵活性是有利的，但是应当理解，在实施方案中，供给泵或体积流量控制器中的一个可以恒速地操作，此时通过调节供给泵或体积流量控制器中另一个的操作速度来控制流动穿过燃料喷射系统的燃料的压力调节。
本发明的循环系统可以包括任意数量的并行操作的燃料供给泵和/或体积流量控制器。实际上，可以并行使用数个燃料供给泵和/或体积流量控制器，以提供额外的流量灵活性和供应安全性。在一些实施方案中，可以使用至少两个燃料供给泵，其连接到燃料循环系统中并且并行地操作。在一些实施方案中，可以使用至少两个体积流量控制器，其连接到燃料循环系统中并且并行地操作。
燃料循环系统可以包括服务箱，新鲜碳质含水浆体燃料供给到该服务箱中。服务箱通常流体连接到燃料供给泵的入口。服务箱能够形成燃料储器，以用于经由燃料供给泵供给到燃料循环系统中。
在一些实施方案中，燃料喷射系统还包括流体连接到喷射系统入口的燃料预处理系统，该燃料预处理系统包括第一燃料预热器，用于在燃料流动到服务箱之前将燃料加热到使用温度。预处理系统还可以包括燃料滤清器，并且其中第一燃料预热器位于燃料滤清器之前。燃料滤清器通常包括滤网，用于从燃料箱(bunker tanks)中去除外来的粗大物质，如铁锈片。优选地，第一燃料预热器位于燃料滤清器之前，以在通过滤清器过滤之前降低燃料粘度。
服务箱可以有利地在比喷射系统中的燃料温度低的温度下操作，这进一步降低了浆体的不稳定性。可能的是，20至70℃，优选为25至40℃(不到目前用于乳液燃料的温度的一半)的服务箱温度适用于大多数燃料。例如，在发动机正常操作期间，燃料喷射器系统和/或再循环流中的压力通常在10巴至50巴之间，更优选地在20巴至30巴之间。再循环流中的燃料的温度(离开喷射系统后)通常在50至150℃之间，优选地在70至130℃之间。
燃料循环系统还可以包括位于燃料供给泵和燃料喷射系统之间的第二燃料预热器。这种布置使可以使用的预热量最大化，同时使高温下储存时间最小化。在这样的实施方案中，第一燃料预热器位于燃料预处理区段中，在服务箱之前，优选在滤清器的燃料滤清器之前，以利用预热浆体的降低的粘度。来自第一预热器和第二预热器的燃料预热应根据浆体燃料的性质和服务箱中的预期储存时间而变化。优选地，燃料预热根据燃料的性质和返回的泄放流而变化，以使喷射燃料的温度最大化，同时使燃料处于高温的平均时间最小化。第二预热器通常将流经其中的燃料加热到50℃至 150℃，优选地70℃至130℃之间的温度。对于不同的燃料，可接受的时间-温度曲线将是不同的。
体积流量控制器通常连接到燃料再循环流线和/或在燃料再循环流线内，燃料再循环流线流体地连接到燃料供给泵入口。这里，回流或循环流有利地被引导到燃料供给泵的入口，而不是引导到服务箱中，以最大化喷射燃料的温度，同时最小化燃料处于高温的平均时间，从而最小化不稳定和不利流变变化的可能性。这也消除了热燃料与服务箱中较冷燃料的混合，这进一步降低了不稳定的趋势。对于不同的浆体燃料或乳液燃料，可接受的时间-温度曲线将是不同的。在一些实施方案中，燃料再循环流线包括到废物流线的连接，流可以选择性地转移到废物流线中以从再循环流线中移除流体。
在一些应用中，具有本发明特征的可能的宽控制范围可以有利地消除使用用于浆体燃料或乳液燃料的服务箱的需要，从而降低了因需要用于浆体燃料/乳液燃料和常规燃料的分别的服务箱而造成的燃料系统的复杂性，并且消除了服务箱中经过高温下长期储存造成的潜在不稳定。
燃料循环系统的一些实施方案可以进一步包括燃料循环总管(fuel circulationmain)，其中来自燃料循环总管的回路流体地连接到燃料供给泵的入口。在实施方案中，燃料循环主管被设置成流体地连接在燃料供给泵和体积流量控制器之间。在该实施方案中包括燃料循环总管的燃料再循环流连接到燃料供给泵的入口，而不是服务箱的入口。这消除了热燃料与服务箱中较冷燃料的混合，并减少了不稳定的趋势。
燃料再循环流可以包括具有多个可选的连接方式(alternative connections)的回路。如上所指出的，优选地，燃料再循环流线连接到燃料供给泵，以便将泄放的燃料直接再循环到喷射器。然而，优选地，也可以从再循环中转移或选择性地移除流体，例如污染的燃料、劣化的燃料、冲洗流体或诸如此类的，使得该流体不被再循环回到燃料喷射器中。因此，在一些实施方案中，燃料再循环流线包括到废物流线的连接，流可以选择性地转移到废物流线中以从再循环流线中移除流体。可以使用任何合适的流体连接。在一些实施方案中，废物流线使用受控三通阀流体地连接到再循环流线。燃料系统设有阀，以在系统冲洗或异常操作期间将泄放流引导至废物箱或冲洗流体回收系统。
本发明的第二方面提供了一种迪塞尔类型的发动机，其构造成使用碳质含水浆体燃料或碳质乳液燃料，该迪塞尔类型的发动机包括根据本发明第一方面的燃料再循环系统。
应当理解，先前关于本发明的第一方面讨论的所有特征可以同样地并入本发明的第二方面。
还应当理解，本发明第二方面的迪塞尔类型的发动机可以包括能够使用碳质含水浆体燃料操作的任何发动机，例如直接喷射式发动机、压燃式发动机或迪塞尔类型的发动机。在优选形式中，发动机包括改进的迪塞尔类型的发动机，例如，具有鼓风喷射器(blastinjector)/鼓风雾化器型喷射器(blast atomiser type injector)的迪塞尔类型的发动机。
本发明的第三方面提供了一种控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法，该迪塞尔类型的发动机包括根据前述权利要求中任一项的燃料循环系统，该方法包括以下步骤：
调节燃料供给泵和体积流量控制器的相对速度以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；或者
(ii)燃料循环系统中的燃料流速。
本发明的总体控制策略是通过控制供给泵的速度来控制燃料供应压力，即燃料循环系统中在燃料喷射系统之前的压力(通常是供应燃料喷射系统并包括燃料喷射泵的燃料分供管中的压力)，并且使用体积流量控制器的速度来控制燃料循环系统中的燃料流速，并且尤其是回流的速度。这是通过控制燃料供给泵和体积流量控制器的相对速度来实现的。
应当理解，发动机中有两种燃料压力：1)燃料供应压力，供应到燃料喷射器系统(包括燃料喷射器泵)的燃料供应中的压力；和2)来自燃料喷射器系统中的喷射泵的高压燃料。应当理解，本发明控制压力(1)(连同燃料循环系统中来自燃料喷射器系统的排泄流/回流)。
应当理解，先前关于本发明的第一方面讨论的所有特征同样可以并入本发明的第三方面。
在燃料循环系统包括流体地连接在燃料供给泵和燃料喷射系统之间的预热器的实施方案中，燃料供给泵和体积流量控制器的相对速度可以被调节以通过增加预热器燃料侧的传热系数来获得需要的燃料温度。
此外，在一些实施方案中，燃料供给泵和体积流量控制器的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
用以防止燃料中的颗粒沉淀的燃料流速(即，足够的燃料流速)；
由于燃料系统周围的过度循环引起的过度工作而导致的燃料流变性的变化和不稳定性并且优选将这些变化最小化；
用于燃料改换(fuel change over)的流体流量；或者
用以更有效且更快速地冲洗燃料系统的冲洗流体的流量。
应当理解，受控泄放阀可以用于燃料喷射系统中，在燃料喷射系统的每个喷射器上提供穿过燃料喷射系统的调节的循环流动的碳质含水浆体燃料。申请人的国际专利公开WO2017/120637A1教导了一种合适的受控的泄放阀系统，其内容应被认为通过该引用并入本说明书中。
优选地，受控泄放阀被操作以在燃料喷射泵将燃料吸入喷射器之后并且在燃料喷射器使燃料穿过喷射器喷嘴喷射之前，允许从燃料喷射器流出。在实施方案中，燃料喷射泵包括柱塞泵，该柱塞泵包括缸和用于将燃料泵送到喷射器喷嘴的从动柱塞，并且燃料喷射泵通过柱塞的缩回将燃料吸入喷射器中。
对于给定的燃料输送压力，优选地，泄放流量由泄放阀的占空比控制。在实施方案中，每个受控泄放阀流体地连接到燃料再循环系统。这里，优选地，再循环流线中的压降由喷射器中的内部流动通道中的压降在电子控制的泄放阀之前和之后被控制。该压降被控制以降低经过节流阀的泄放流所经受的剪切强度。
在正常发动机操作期间，优选地燃料再循环流将燃料从泄放阀引导至燃料供给泵的入口。这种泄放和再循环流动直接将泄放流再循环到燃料喷射系统，从而避免热的劣化/污染的燃料污染服务箱或日用箱，并减少热的劣化燃料喷射到发动机中之前的时间。
在燃料喷射系统还包括用于调节穿过燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料的喷射器泄放阀或旁通阀的那些实施方案中，可以调节燃料供给泵、体积流量控制器和喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度，以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力(即燃料喷射系统，并包括燃料喷射泵(例如高压喷射泵))；
(ii)燃料流速，以防止燃料中颗粒沉淀；或者
(iii)燃料流速，以使由于所述燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化。
类似地，在燃料喷射系统进一步包括用于调节穿过燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料的喷射器泄放阀或旁通阀的实施方案中，燃料供给泵、体积流量控制器和喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度可以被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)燃料流速。
(iii)燃料流速，以防止燃料中颗粒沉淀；或者
(iv)燃料流速，以使由于所述燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化。
(v)用于燃料改换的流体流量。
(vi)冲洗流体的流量，以实现对燃料系统的更有效且更快速的冲洗。
应当理解，燃料喷射系统所需的燃料供应压力(通常也体现在燃料分供管压力中)将根据发动机负荷、发动机速度和燃料的流动特性而变化。例如，在满负荷下，每次喷射事件后重新填充喷射泵所需的燃料压力可以是25巴，而在低负荷下5巴可能就足够了。这些是使用含58％煤(重量) 的浆体的低速发动机的全尺寸喷射系统所需的典型值。在喷射900千克/ 小时的同一系统中，使用75千克/小时的回流量可以实现无沉降或阻塞的可靠燃料流动。该流速通常是确保不阻塞的最小流速，并且即使发动机停止时也将保持。在这种情况下，燃料供给泵将继续保持系统中的最小燃料压力，比如2巴。
本发明的燃料循环系统可以在多种应用中使用。在一些实施方案中，燃料循环系统用于固定式发电发动机中。在这些实施方案中，发动机包括主要用于发电的大型发动机，其通常在建筑物或其它外壳内固定在适当位置中。在其它实施方案中，燃料循环系统用于运输发动机中，通常用于推进船舶。运输发动机的示例包括使用发动机来驱动和推进机车、远洋船舶，例如轮船、远洋班轮、驳船或诸如此类的。然而，应当理解，诸如卡车或诸如此类的其它交通工具发动机可以利用使用本发明的燃料循环系统的合适尺寸和动力的发动机。
附图说明
现在将参考附图中的图描述本发明，附图中的图图示本发明的特别优选的实施方案，在附图中：
图1提供了现有技术的简化的重燃料油系统布置的示意图，示出了从压力调节阀到服务箱的回流。
图2提供了包括根据本发明一个实施方案的燃料循环系统的发动机燃料系统的示意图，该燃料循环系统具有通向供给泵入口的5％的回流。
具体实施方式
本发明涉及一种用于使用碳质含水浆体燃料的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的燃料循环系统和控制该燃料循环的相关方法。图2中示出了体现本发明特征的优选布置的示意图。
本发明的燃料循环系统100(图2)使用正排量泵120和体积流量控制器121以控制穿过燃料喷射系统的流量，体积流量控制器121在图2中示出为第二正排量泵(排泄泵121)。燃料供给泵120正常地操作，以将燃料流泵送到燃料喷射系统。构造成反向操作的第二正排量泵(体积流量控制器121)构造成控制穿过阀的体积流量以使其与泵或阀的操作速度成比例。燃料供给泵120和体积流量控制器121中的每一个可以一起操作，以控制燃料流速、燃料压力、沉淀特性、燃料的不稳定性和流变性的变化以及迪塞尔类型的发动机操作中的各种其它参数。还可以减少燃料系统部件的磨蚀和气穴磨损。可以提供改进的温度控制。可以执行改进的燃料系统冲洗或燃料切换。此外，本发明的燃料循环系统可以在不使用减压阀或流量调节阀的情况下操作。
应当理解，碳质含水浆体燃料包括含水浆体燃料或悬浮型燃料，该含水浆体燃料或悬浮型燃料包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒。碳质颗粒可以来源于任何合适的碳源，包括但不限于各种煤、煤焦、沥青、木炭、木材、各种碳氢化合物和有机物，无论是生物性质的还是有机化合物等。优选地，碳质材料是煤。可以使用任何类型的煤，例如，可以使用无烟煤、烟煤、或者褐炭或褐煤。这是特别有利的，因为煤作为碳源是容易获得的。优选地。碳源具有低的灰分含量，优选小于2wt％，更优选小于1wt％，最优选小于0.5wt％。同一申请人的国际专利公开号WO201504843A1中教导了一种合适类型的碳质含水浆体燃料的示例，该国际专利公开的内容应当再次理解为通过该引用并入本说明书中。
在碳质颗粒是煤的情况下，优选地，煤已经经历某种形式的预处理。预处理可以包括去除大量的矿物灰分污染物，并且在低等级煤的情况下，某种形式的致密化和对表面性质的改变使得煤更疏水，以能够实现具有更高的待获得的煤承载的燃料。例如，烟煤脱矿质可以通过选择性聚结、浮选和旋风分离器来实现。同一申请人在国际专利公开WO2013142921A1 和WO201504843A1中教导了形成鼓风雾化器型喷射器的一部分的一种合适喷射器喷嘴的示例，该国际专利公开的内容应当再次理解为通过该引用并入本说明书中。
碳质含水浆体燃料可用于替代迪塞尔类型的发动机的重燃料油，特别是用于大于5MW规模的固定发电和用于大型航运。煤水浆体燃料的流体性质与柴油和燃料油明显不同，特别是煤浆体具有高得多的剪切稀化非牛顿粘度(shear-thinning non-Newtonianviscosity)，并且煤颗粒和污染物矿物颗粒对低硬度钢具有磨蚀作用，阻止了燃料对燃料系统的润滑。煤水浆体燃料已在多项示范项目中在改进的迪塞尔类型的发动机中成功地进行了示范，前提是使用了硬化的燃料系统部件，并且燃料具有足够低的粘度。
本发明的实施方案可以构造成使用碳质含水浆体燃料，其被描述为一种微粉化纯化碳燃料(MRC)。微粉化包括将固体碳质(含碳)材料细磨至约10微米至60微米。纯化包括物理清洗碳质材料，以便除去大部分矿物质，以产生矿物质含量约为1％的燃料。将纯化碳质材料和水混合以产生含有40-50％水的含水浆体/悬浮液。
本发明的实施方案还可以构造成使用碳质乳液燃料，例如沥青水浆体，例如MSAR(多相超细雾化残渣)，其基本上是温度低于约60℃的水中固体沥青颗粒的浆体，而在更高的温度下，沥青在水中呈粘性液滴的形式(即，乳液)。多相超细雾化残渣由Quadrise有限公司开发，并且现在由Quadrise 加拿大燃料系统公司进一步开发。MSARTM是水包油乳液燃料，其中油是碳氢化合物，具有在15和-10之间的美国石油学会比重度数(API gravity)。典型的油水比在65％到74％的范围内。MSAR的典型平均油滴尺寸特征为约5微米，而在燃烧器雾化器中燃料油雾化期间产生的典型平均液滴尺寸特征在150和200微米之间。例如在美国专利公开第US20080148626A1 号中教导了其它合适的乳液燃料，该专利公开的内容应当理解为通过该引用并入本说明书中。
应当理解，本发明适用于压燃式发动机或迪塞尔类型的发动机的直接喷射燃烧室。因此，特定的发动机可以包括常规的压燃式发动机或迪塞尔类型的发动机，或者从常规的压燃式发动机或迪塞尔发动机改良、改进或衍生的发动机，以使用包括悬浮在含水介质中的碳质颗粒的燃料来操作。
一个示例是直喷式碳发动机(DICE，direct injection carbon engine)，它是迪塞尔类型的发动机112的一种类型，其已经被改进以能够燃烧微粉化纯化碳燃料(MRC)的水基浆体。
图2提供了根据本发明的燃料循环系统100的一个实施方案的示意图，该实施方案为燃料供给泵120提供大约5％的回流，燃料供给泵120流体地连接到迪塞尔类型的发动机112的燃料喷射系统111的入口。然而，应当理解(如下面所描述的)，在冲洗模式中，回流可以多达100％。类似地，来自燃料喷射系统111的泄放流也可以被调节以保持系统温度。
图示的燃料循环系统从服务箱110为迪塞尔类型的发动机112供应新鲜燃料。服务箱110通常是位于发动机112附近的封闭箱，其包含用于该发动机112的燃料的储器。有利地，服务箱110在比用于发动机112中喷射的温度低得多的温度下操作，这进一步减少了浆体的不稳定。发明人认为25至70℃，优选25至40℃的服务箱温度可能适用于发动机112中所使用的大多数碳质含水浆体燃料。阀137被提供以用于中断来自服务箱110 的流，并且使冲洗流体F能够泵入到发动机燃料系统中。有利地，该阀可以是三通阀或两个单独的阀。
服务箱110通过预处理回路114连接到迪塞尔类型的发动机112，预处理回路114包括燃料供给泵(未示出)、第一燃料预热器122和燃料滤清器124。使用合适的压力传感器和温度传感器(未示出)监控预处理回路 114中的燃料压力和温度。
燃料预处理回路114用于在供给到发动机112的燃料喷射系统之前，将供给到服务箱110中的燃料调节到合适的性质(温度、压力、粘度以及诸如此类的)。如所图示的，第一燃料预热器122位于燃料滤清器124之前，从而允许燃料滤清器124利用预热浆体的降低的粘度。燃料预热器122 可以包括任何合适的燃料预热单元，包括本领域中已知的用于迪塞尔发动机的燃料预热单元，其将燃料加热到选定的温度。类似地，燃料滤清器124 可以包括任何合适的燃料过滤器或滤清单元，包括本领域中已知的用于迪塞尔发动机的燃料过滤器或滤清单元。燃料预热应根据燃料的性质和返回的泄放流而变化，以最大化喷射燃料的温度，同时使燃料处于高温的平均时间最小化。第一燃料预热器122通常将流经其中的燃料加热到服务箱110 的使用温度(如上面指出的)。对于不同的燃料，可接受的时间-温度曲线将是不同的。通过允许对发动机的燃料输送条件进行严格控制，以实现最佳燃烧和热效率(最大燃料预热)，同时显著降低时间-温度中的导致燃料不稳定的条件，本发明与当前技术有很大不同。
应当理解，燃料预处理回路114的部件在本领域中是公知的，并且可以从已知的部件中选择，例如在K.Nicol的“直喷式碳发动机(The direct injection carbon engine)”、IEA洁净煤中心报告CCC/243，2014年12月， https://www.usea.org/sites/default/files/122014_The％20direct％20injection％2 0carbon％20engine_ccc243.pdf中所讨论的部件，其内容应当理解为通过该引用并入本说明书中
服务箱110将燃料供给到燃料供给泵120。
图示的燃料供给泵120和体积流量控制器121(图示为排泄泵121) 包括正排量泵。如前所指出的，正排量泵是这样的泵，其中穿过泵的流体流量大体上与泵的速度成比例，并且包括轴泵和渐进腔式型泵(progressive cavity type pumps)。可以使用任何合适的正排量泵，包括往复泵或旋转泵泵。合适的正排量泵的示例包括柱塞泵、旋转瓣轮泵、渐进腔式泵、旋转齿轮泵、活塞泵、膜式泵、螺旋泵、齿轮泵、叶片泵、再生(周边)泵、蠕动泵或轴泵中的至少一种。
然而，在可选实施方案(未示出)中，体积流量控制器121可以包括体积流量阀，该体积流量阀构造成控制穿过阀的体积流量与阀操作速度成比例。示例包括星形阀、瓣轮阀或其它旋转流量阀。应当理解，也可以使用其它类型的体积流量阀。
循环系统100的其它实施方案可以包括任意数量的并行操作的燃料供给泵120和/或体积流量控制器121。实际上，可以并行地使用数个燃料供给泵120和/或体积流量控制器121，以提供额外的流量灵活性和供应安全性。
燃料循环系统100的循环回路中的燃料流通常从燃料供给泵120穿过第二燃料预热器139，沿供给流线140流动进入喷射系统111。旁通阀144 可用于在系统冲洗或异常操作期间将燃料流从燃料供给流线140转移到连接到废液箱或冲洗流体回收系统151的废物流线145，以有利地减少冲洗时间。有利地，阀144可以是三通阀。
第二燃料预热器139可以包括任何合适的燃料预热单元，包括本领域中已知的用于迪塞尔发动机的燃料预热单元，其将燃料加热到选定的温度。同样，燃料预热应根据燃料的性质和返回的泄放流而变化，以最大化喷射燃料的温度，同时使燃料处于高温的平均时间最小化。第二燃料预热器139 通常将流过其中的燃料加热到50℃至150℃，优选地70℃至130℃之间的温度。同样，对于不同的燃料，可接受的时间-温度曲线将是不同的。通过允许对发动机的燃料输送条件进行严格控制，以实现最佳燃烧和热效率 (最大燃料预热)，同时显著降低时间-温度中的导致燃料不稳定的条件，本发明与当前技术有很大不同。
燃料循环系统100和预热系统(使用第一燃料预热器122和第二预热器139)提供了对提供给发动机的燃料的升高的温度控制，以大体上消除对服务箱110的燃料进行完全预热的需要，并且在某些情况下可以避免对用于浆体燃料/乳液燃料的服务箱110的需要。
所图示的发动机112可以包括能够使用碳质含水浆体燃料操作的任何发动机，例如直接喷射发动机、压燃式发动机或迪塞尔类型的发动机。 Wibberley L.J(2013)Coalbase-load power using micronised refined coal (MRC).Energy Generation，PP.35-39(2011年1月—3月)教导了这些发动机的示例，其内容应理解为通过该引用并入本说明书。图示发动机标称上是50MW，具有22t/h的燃料消耗。然而，应该理解，燃料消耗取决于发动机尺寸、系统条件和许多其它因素。
在优选的形式中，发动机112包括改进的迪塞尔类型的发动机，例如具有鼓风喷射器的迪塞尔类型的发动机。使用鼓风雾化器喷射器可以是有利的，因为它直接应用动能强度来雾化高固体含量燃料，该高固体含量燃料是高粘性的，具有宽尺寸分布，既包含高比例的精细材料也具有较大的最大粒度(top size)。直接应用来自鼓风流体的动能避免了燃料内的摩擦能量损失，以允许更有效地使用雾化能量(即，克服表面张力效应)。较低的燃料速度和较大的燃料通道使处理燃料的摩擦损失最小化，并允许比其它可能的更大的最大燃料颗粒尺寸。同一申请人在国际专利公开 WO2013142921A1和WO2015 04843A1中教导了一种合适的鼓风雾化器喷射器的示例，其内容应当理解为通过该引用并入本说明书中。
喷射系统111可以包括用于迪塞尔类型的发动机的任何合适的喷射系统。类似地，喷射系统111可以包括任何合适的燃料泄放系统，以保持穿过喷射系统的燃料循环。例如，受控泄放阀可用于燃料喷射系统111中，在燃料喷射系统的每个喷射器上提供穿过燃料喷射系统的调节的循环流动的碳质含水浆体燃料。申请人的国际专利公开WO2017/120637A1教导了一种合适的喷射系统和受控泄放阀系统，其内容应被认为通过该引用并入本说明书中。
然后，泄放或循环流穿过循环流线135从发动机112中的喷射系统111 流到体积流量控制器121(在图2中示出为排泄泵/正排量泵)，以及然后沿着燃料再循环流线136流动以在正常操作中再循环回到燃料供给泵120 的入口。在图示的系统中，该再循环流量标称是1t/h，然而这将根据系统条件而变化。这样，燃料循环系统中保持燃料的循环流动。流量计132监测经由循环流线135的来自发动机112的流体的流量。流量计138监控经由供给流线140被供给到发动机112中的流体的流量。
虽然未图示出，但是循环总管可以用在燃料喷射系统111中，来自该总管的回路连接到如图2中所图示的体积流量控制器121。这消除了热燃料与服务箱110中的较冷燃料的混合，并减少了燃料不稳定的趋势。
在正常操作中，来自发动机112中的喷射系统111的燃料泄放流经由燃料循环流线135再循环到燃料供给泵120。在冲洗期间，燃料循环流线 135经由阀148的操作连接到废物转移流线130。因此，阀148可用于在系统冲洗或异常操作期间将燃料流从燃料循环流线135转移到废物箱或冲洗流体回收系统150，以有利地减少冲洗时间。有利地，该阀148可以是三通阀。
在冲洗循环期间，阀137被操作以供给冲洗流体173，并且阀144和/ 或148被操作以从燃料循环系统100和整个回路中移除废液。这允许发动机112，并且特别是燃料循环系统100定期地被冲洗和清洁，以移除该系统中的任何污泥或沉积物。另外，这提供了在停机期间冲洗燃料系统(且包括燃料喷射系统100)的能力。在这种情况下，在燃料改换期间，排泄泵的速度将增加到高速率，以能够快速冲洗供应喷射泵的燃料系统。燃料供给泵将通过增加其供应到发动机燃料分供管/系统的燃料速度和流量来维持当前发动机速度和负荷所需的燃料压力设定点。在冲洗过程期间，受污染的燃料(包含浆体和柴油)可以有利地被引导至单独的回流箱，以避免燃料油污染浆体燃料箱(这通常导致浆体颗粒凝聚和沉降)。
包括正排量燃料供给泵120和体积流量控制器121(在图2中示出为第二正排量泵)提供了对碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的燃料循环流量、压力和其它性质的更好的控制。可以通过调节燃料供给泵 120和体积流量控制器121的相对速度来控制以下中的一个或更多个，这种控制是可能的：
燃料供应压力；
燃料喷射系统供给燃料压力；
燃料循环系统中的燃料流速；
足够的燃料流速，以防止燃料中的颗粒沉淀；
由于燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的变化和不稳定性(最小化变化)；
用于燃料改换的流体/燃料流量；或者
冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗燃料系统；或者
通过增加预热器燃料侧的传热系数来控制燃料温度。
循环系统100的使用和通过调节燃料供给泵120和体积流量控制器 121的相对速度进行的控制也最小化了燃料系统部件的磨蚀和气穴磨损，因为燃料流变性和稳定性可以得到控制，减少了碳质含水浆体燃料或乳液燃料的劣化、不稳定和凝聚。
本发明的总体控制策略是通过控制供给泵(feed pump)的速度来控制供应高压燃料喷射泵的燃料分供管中的压力，并使用排泄泵(let-down pump)的速度来控制回流的速度。所需的燃油分供管压力将根据发动机负荷、发动机转速和燃油的流动特性而变化。例如，在满负荷下，每次喷射事件后重新填充喷射泵所需的燃料压力可以是25巴，而在低负荷下5巴可能就足够了。这些是使用含58％煤(重量)的浆体的低速发动机的全尺寸喷射系统所需的典型值。在喷射900千克/小时的同一系统中，使用75 千克/小时的回流实现了无沉降或阻塞的可靠燃料流动。该流速通常是确保不阻塞的最小流速，并且即使发动机停止时也将保持。在这种情况下，燃料供给泵将继续保持系统中的最小燃料压力，比如2巴。
典型控制策略的示例包括但不应限于以下内容。应注意的是，在这些示例中，体积流量控制器是正排量泵，被指定为排泄泵：
在第一示例中，对于在低负荷和低速度下消耗1000千克/小时燃料的发动机，燃料供给泵将被控制成在喷射事件之间(例如在5巴时为1100 千克/小时)赋予再填充喷射系统(并且包括喷射泵/喷射器)所需的最小燃料压力，并且排泄泵将被调节成赋予从供应燃料喷射系统的燃料分供管的端部出来小的回流(例如100千克/小时)。在高发动机负荷和速度下，燃料消耗率可以是10,000千克/小时的燃料，燃料供给泵将被控制成在更快速发生的喷射事件之间赋予再填充燃料喷射系统所需的最小燃料压力 (例如，在20巴时为10,100千克/小时)，并且排泄泵将被调节成从供应燃料喷射系统的燃料分供管的端部出来小的回流(例如，100千克/小时)。回流的流速将取决于燃料特性，例如，对于易于沉降的燃料，需要更高的回流。
在第二示例中，就在发动机关闭之前，从系统中冲洗浆体燃料并用较轻的燃料油或柴油代替将是有利的。在这种情况下，排泄泵的速度将在燃料改换期间增加到高的速率，以能够快速冲洗供应燃料喷射系统(包括燃料喷射泵/喷射器)的燃料循环系统。在冲洗期间，受污染的燃料(包含浆体和柴油)可以有利地被引导至单独的回流箱，以避免浆体燃料箱被燃料油污染(这通常导致浆体颗粒凝聚和沉降)。
如上面所描述的，应当理解，受控泄放阀可在燃料喷射系统111的每个喷射器(未示出)上用于燃料喷射系统111中，以提供通过燃料喷射系统的调节的循环流动的碳质含水浆体燃料。每个受控泄放阀被操作以在燃料喷射泵将燃料吸入喷射器之后并且在燃料喷射器使燃料穿过喷射器喷嘴喷射之前，允许从燃料喷射器流出。在正常发动机操作期间，优选地燃料再循环流线将燃料从泄放阀引导至燃料供给泵的入口。这种泄放和再循环流动直接将泄放流再循环到燃料喷射系统，从而避免热劣化的污染的燃料污染服务箱或日用箱，并减少热劣化燃料喷射到发动机中之前的时间。
在燃料喷射系统还包括用于调节穿过燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料的喷射器泄放阀或旁通阀的情况下，可以调节燃料供给泵 120、体积流量控制器121和喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度，以提供以下中的至少一个：
燃料供应压力；
需要的燃料流速；
足够的流速，以防止沉淀；
流速，以使由于燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化；
流速，以使由于燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化；或
用于燃料改换所需要的流量。
本发明的循环系统还提供了冲洗燃料系统的更有效和受控的冲洗方法，以最小化冲洗流体喷入发动机中。燃料供给泵120和体积流量控制器 121的相对速度可以被调节以控制和提供需要的冲洗流体流量。这可以提供对燃料系统的更有效且更快速的冲洗。
在这种情况下，在燃料改换期间，排泄泵的速度将增加到高速率，以能够快速冲洗供应喷射泵的燃料系统。燃料供给泵将通过增加其供应到发动机燃料分供管/系统的燃料速度和流速来维持当前发动机速度和负荷所需的燃料供应压力设定点。在冲洗过程期间，受污染的燃料(包含浆体和柴油)可以有利地被引导至单独的回流箱，以避免浆体燃料箱被燃料油污染(这通常导致浆体颗粒凝聚和沉降)。
应当理解，燃料循环系统100和发动机112可用于多种应用中，包括作为固定式发电发动机和运输发动机，例如远洋船舶中的发动机。
对于远洋船舶来说，使用碳质浆体燃料可以有利地解决远洋船舶的硫排放限制，在许多管辖区，远洋船舶已经仅限于使用含硫量不超过0.5％的船上燃料油，并且在某些情况下仅限于使用不超过0.10％的船上燃料油。碳质浆体燃料，特别是微粉化纯化碳燃料(MRC)的硫含量可以被调整以满足这种特定的硫含量限制。因此，使用这种燃料的发动机和燃料循环系统(例如关于本发明公开的系统)可以有助于满足这些要求。
本领域技术人员将理解，本文描述的发明容许不同于具体描述的那些的变型和修改。应理解，本发明包括落入本发明的精神和范围内的全部的此类变化和修改。
术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprised)”或“包括(comprising)”在本说明书(包括权利要求)中被使用，它们应被解释为列举陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或更多个其它的特征、整数、步骤、组件或其组的存在。
本发明还涉及以下方面:
1.一种迪塞尔类型的发动机的燃料循环系统，所述迪塞尔类型的发动机构造成使用碳质含水浆体燃料或乳液燃料，所述迪塞尔类型的发动机包括与所述燃料循环系统流体地连接的燃料喷射系统，所述燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，所述正排量泵在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之前，所述燃料供给泵构造成向所述燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，所述第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，所述体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，所述体积流量控制器在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之后，所述体积流量控制器对来自所述燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节。
2.根据方面1所述的燃料循环系统，其中，所述第一正排量泵和所述第二正排量泵中的每一个包括往复泵或旋转泵。
3.根据方面2所述的燃料循环系统，其中，所述第一正排量泵和所述第二正排量泵中的每一个选自柱塞泵、旋转瓣轮泵、渐进腔式泵、旋转齿轮泵、活塞泵、膜式泵、螺旋泵、齿轮泵、叶片泵、再生(周边)泵、蠕动泵或轴泵中的一种。
4.根据方面1所述的燃料循环系统，其中，所述体积流量控制器包括星形阀、瓣轮阀或旋转流量阀。
5.根据方面1所述的燃料循环系统，其中，所述供给泵或所述体积流量控制器中的一个以恒定速度操作，通过调节所述供给泵或所述体积流量控制器中的另一个的操作速度来控制流动穿过所述燃料喷射系统的燃料的压力调节。
6.根据方面1所述的燃料循环系统，包括至少两个燃料供给泵，所述至少两个燃料供给泵连接到所述燃料循环系统中并且并行地操作。
7.根据方面1所述的燃料循环系统，包括至少两个体积流量控制器，所述至少两个体积流量控制器连接到所述燃料循环系统中并且并行地操作。
8.根据方面1所述的燃料循环系统，还包括服务箱，新鲜碳质含水浆体燃料供给到所述服务箱中，所述服务箱流体地连接到所述燃料供给泵的入口。
9.根据方面8所述的燃料循环系统，还包括流体地连接到所述喷射系统的入口的燃料预处理系统，所述燃料预处理系统包括第一燃料预热器，用于在燃料流动到所述服务箱之前将所述燃料加热到使用温度。
10.根据方面8或9所述的燃料循环系统，其中，所述服务箱中的燃料温度处于比所述喷射系统中的燃料温度低的温度。
11.根据方面1所述的燃料循环系统，还包括位于所述燃料供给泵和所述燃料喷射系统之间的第二燃料预热器。
12.根据方面1所述的燃料循环系统，其中，所述体积流量控制器连接到燃料再循环流线，所述燃料再循环流线流体地连接到所述燃料供给泵的入口。
13.根据方面12所述的燃料循环系统，其中，所述燃料再循环流线包括到废物流线的连接，流动能够选择性地转移到所述废物流线以从所述燃料再循环流线中移除流体。
14.根据方面1所述的燃料循环系统，还包括流体地连接在所述燃料供给泵和所述体积流量控制器之间的燃料循环总管。
15.一种迪塞尔类型的发动机，其构造成使用碳质含水浆体燃料或碳质乳液燃料，包括根据方面1所述的燃料循环系统。
16.一种控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法，所述迪塞尔类型的发动机包括燃料循环系统和与所述燃料循环系统流体地连接的燃料喷射系统，所述燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，所述正排量泵在燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之前，所述燃料供给泵构造成向所述燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，所述第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，所述体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，所述体积流量控制器在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之后，所述体积流量控制器对来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节，
所述方法包括以下步骤：
调节所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度，以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；或者
(ii)燃料流速。
17.根据方面16所述的方法，其中，所述燃料循环系统包括流体地连接在所述燃料供给泵和所述燃料喷射系统之间的预热器，并且其中所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以通过增加所述预热器的燃料侧的传热系数来实现需要的燃料温度。
18.根据方面16所述的方法，其中，所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料流速，以防止燃料中的颗粒沉淀；
(ii)由于所述燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的变化和不稳定性；
(iii)用于燃料改换的流体流量；或者
(iv)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料系统。
19.根据方面16所述的方法，其中，所述燃料喷射系统还包括喷射器泄放阀或旁通阀，用于调节穿过所述燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料，并且其中所述燃料供给泵、所述体积流量控制器和所述喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)流速，以防止燃料沉淀；或者
(iii)燃料流速，以使由于所述燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化。
20.根据方面16所述的方法，其中，所述燃料喷射系统还包括喷射器泄放阀或旁通阀，用于调节穿过所述燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料，并且其中所述燃料供给泵、所述体积流量控制器和所述喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度被调节以提供以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)燃料流速；
(iii)燃料流速，以防止燃料沉淀；
(iv)燃料流速，以使由于所述燃料系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化；
(v)用于燃料改换的流体流量；或者
(vi)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料系统。

Claims (9)

1.一种控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法，所述迪塞尔类型的发动机包括燃料循环系统和与所述燃料循环系统流体地连接的燃料喷射系统，所述燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，所述正排量泵在燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之前，所述燃料供给泵构造成向所述燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，所述第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，所述体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，所述体积流量控制器在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之后，所述体积流量控制器对来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节，
所述方法包括以下步骤：
调节所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度，以控制以下中的至少一个：
燃料供应压力；或者
燃料流速，
其中，所述燃料循环系统包括流体地连接在所述燃料供给泵和所述燃料喷射系统之间的预热器，并且其中所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以通过增加所述预热器的燃料侧的传热系数来实现需要的燃料温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料流速，以防止燃料中的颗粒沉淀；
(ii)由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的变化和不稳定性；
(iii)燃料流速，以用于燃料改换；或者
(iv)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料循环系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料喷射系统还包括喷射器泄放阀或旁通阀，用于调节穿过所述燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物，并且其中所述燃料供给泵、所述体积流量控制器和所述喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)燃料流速，以防止燃料沉淀；或者
(iii)燃料流速，以使由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料喷射系统还包括喷射器泄放阀或旁通阀，用于调节穿过所述燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物，并且其中所述燃料供给泵、所述体积流量控制器和所述喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度被调节以提供以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)燃料流速；
(iii)燃料流速，以防止燃料沉淀；
(iv)燃料流速，以使由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化；
(v)燃料流速，以用于燃料改换；或者
(vi)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料循环系统。
5.一种控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法，所述迪塞尔类型的发动机包括燃料循环系统和与所述燃料循环系统流体地连接的燃料喷射系统，所述燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，所述正排量泵在燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之前，所述燃料供给泵构造成向所述燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，所述第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，所述体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，所述体积流量控制器在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之后，所述体积流量控制器对来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节，
并且，所述燃料喷射系统还包括喷射器泄放阀或旁通阀，用于调节穿过所述燃料喷射系统的循环流动的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物，
所述方法包括以下步骤：
调节所述燃料供给泵、所述体积流量控制器和所述喷射器泄放阀或旁通阀的相对速度以提供以下中的至少一个：
(i)燃料供应压力；
(ii)燃料流速；
(iii)燃料流速，以防止燃料沉淀；
(iv)燃料流速，以使由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的不利变化和不稳定性最小化；
(v)燃料流速，以用于燃料改换；或者
(vi)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料循环系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述燃料循环系统包括流体地连接在所述燃料供给泵和所述燃料喷射系统之间的预热器，并且其中所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以通过增加所述预热器的燃料侧的传热系数来实现需要的燃料温度。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以控制以下中的至少一个：
(i)燃料流速，以防止燃料中的颗粒沉淀；
(ii)由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的变化和不稳定性；
(iii)燃料流速，以用于燃料改换；或者
(iv)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料循环系统。
8.一种控制使用碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物的迪塞尔类型的发动机中的燃料循环的方法，所述迪塞尔类型的发动机包括燃料循环系统和与所述燃料循环系统流体地连接的燃料喷射系统，所述燃料循环系统包括：
至少一个燃料供给泵，其包括正排量泵，所述正排量泵在燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之前，所述燃料供给泵构造成向所述燃料喷射系统供应受控量的碳质含水浆体燃料、碳质乳液燃料或其混合物；和
至少一个体积流量控制器，其包括第二正排量泵或者体积流量阀中的至少一个，所述第二正排量泵构造成作为正排量压力排泄装置而反向地操作，所述体积流量阀作为正排量压力排泄装置来操作，所述体积流量控制器在所述燃料循环系统中位于所述燃料喷射系统之后，所述体积流量控制器对来自燃料喷射系统的回流/燃料系统压力提供从零到最大流量/压力的受控调节，
所述方法包括以下步骤：
调节所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度，以控制以下中的至少一个：
(i)燃料流速，以防止燃料中的颗粒沉淀；
(ii)由于所述燃料循环系统周围的过度循环引起的过度工作导致的燃料流变性的变化和不稳定性；
(iii)燃料流速，以用于燃料改换；或者
(iv)冲洗流体的流量，以更有效且更快速地冲洗所述燃料循环系统。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述燃料循环系统包括流体地连接在所述燃料供给泵和所述燃料喷射系统之间的预热器，并且其中所述燃料供给泵和所述体积流量控制器的相对速度被调节以通过增加所述预热器的燃料侧的传热系数来实现需要的燃料温度。
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