CN113864063A - 用于微燃机的双燃料系统、微燃机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微燃机的双燃料系统，包括用于供给第一类燃料的第一燃料供给支路和用于供给第二类燃料的第二燃料供给支路，还包括三通管件，三通管件分别与第一燃料供给支路、第二燃料供给支路、燃料喷嘴连通；第一类燃料选自闪点小于60℃的液态燃料；第二类燃料选自闪点大于或等于60℃的液态燃料。本发明还公开了具有双燃料系统的微燃机及控制方法。本发明支持双液态燃料，工作时闪点小于60℃的液态燃料作为辅助燃料，在点火阶段预热燃烧室，在停机阶段清洗燃烧室积碳；闪点大于或等于60℃的液态燃料作为主燃料，扩大了微燃机的燃料选取适用范围，燃料可充分燃烧，且不会在燃烧室的内壁留下未充分燃烧的残留物，具有较高应用价值。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种用于微燃机的双燃料系统、包括该双燃料系统的微燃机，以及相应的控制方法。
背景技术
微燃机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机，其主要包括压气机、燃烧室和透平三大部件，其中，压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并可通过连接发电机输出电能。
现有技术中，在微燃机的启动阶段或者停机阶段，由于燃烧室的温度下降，会导致难雾化或沸点高的燃料在燃烧室内雾化不充分，进而与空气混合燃烧时出现燃烧不充分的情况，从而造成微燃机排气端冒黑烟等现象。这种情况不仅会造成燃料浪费，而且还会在燃烧室的内壁留下燃料未充分燃烧的残留物(例如积碳、粉末等)。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微燃机的双燃料系统、包括该双燃料系统的微燃机、以及用于微燃机的双燃料系统的控制方法。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于微燃机的双燃料系统，包括第一燃料供给支路和第二燃料供给支路，所述第一燃料供给支路用于供给第一类燃料，所述第二燃料供给支路用于供给第二类燃料；其中，所述双燃料系统还包括一个三通管件，所述三通管件包括三个端口，其中第一端口与所述第一燃料供给支路连通，第二端口与所述第二燃料供给支路连通，第三端口用于与燃料喷嘴连通，以使得所述第一类燃料和所述第二类燃料在所述三通管件混合后，再供给所述燃料喷嘴；
所述第一类燃料选自闪点小于60℃的液态燃料；所述第二类燃料选自闪点大于或等于60℃的液态燃料。
可选地，所述第一类燃料选自柴油、汽油、航空煤油、甲醇中的任意一种或任意几种的组合。所述第二类燃料选自机油和/或包含可燃物质的废液，例如化工厂废液，组分包括溶剂油、基础油、乙二醇、二烷基二硫代磷酸锌、癸二酸、月桂二酸、亚磷酸酯、脂肪酸等。可选地，所述双燃料系统还包括设置在所述三通管件与所述燃料喷嘴连接管路上的搅拌装置，用于搅拌混合所述第一类燃料和所述第二类燃料。
可选地，所述搅拌装置为螺杆搅拌机。
可选地，所述第一燃料供给支路包括第一燃料存储罐、第一滤清器、第一燃料泵、第一阀门；其中，所述第一燃料存储罐的出口与所述第一滤清器的入口连通，所述第一滤清器的出口与所述第一燃料泵的入口连通，所述第一燃料泵的出口与所述第一阀门的入口连通，所述第一阀门的出口与所述三通管件的第一端口连通；所述第二燃料供给支路包括第二燃料存储罐、第二滤清器、第二燃料泵、第二阀门；其中，所述第二燃料存储罐的出口与所述第二滤清器的入口连通，所述第二滤清器的出口与所述第二燃料泵的入口连通，所述第二燃料泵的出口与所述第二阀门的入口连通，所述第二阀门的出口与所述三通管件的第二端口连通。
可选地，所述第一阀门和/或第二阀门为电磁阀或者手动阀门；所述第一阀门和/或第二阀门具有多个档位，每个档位对应一个阀门开度。
可选地，所述第一阀门和/或第二阀门具有四个档位，一档阀门开25％，二档阀门开50％，三档阀门开75％，四档阀门开100％，通过阀门档位切换可以改变油路中燃料的流量。
根据本发明的第二个方面，提供一种微燃机，包括定子、转轴、压气机、涡轮、燃烧室，以及本发明所述的双燃料系统。
可选地，所述压气机和所述涡轮分别套设在所述转轴的两端，并随所述转轴转动，所述燃烧室设置在所述压气机、定子以及涡轮外围；所述转轴通过空气轴承支承于所述定子内；所述燃烧室出口收敛，且其排气直喷于所述涡轮端面；所述燃烧室出口设有烟气道，所述燃料喷嘴设置在所述燃烧室内，且该燃料喷嘴的入口与所述三通管件的第三端口连通，以使得燃料通过燃料喷嘴雾化并从出口喷入所述燃烧室。
根据本发明的第三个方面，提供一种用于微燃机的双燃料系统的控制方法，其中，所述微燃机为本发明所述的微燃机，所述控制方法包括(流程如图4所示)：
在启动阶段，控制第一燃料供给支路向燃烧室供给第一类燃料，执行燃烧室预热；响应于燃烧室预热满足预设阈值条件，控制第二燃料供给支路向燃烧室供给第二类燃料，同时逐步减小所述第一燃料供给支路的燃料供给量，直至关闭所述第一燃料供给支路；在停机阶段，控制所述第一燃料供给支路开启，并逐步增大燃料供给量，同时逐步减小所述第二燃料供给支路的燃料供给量，直至关闭所述第二燃料供给支路；响应于所述第一燃料供给支路独立向所述燃烧室供给所述第一类燃料的时间满足预设燃烧清洗时间，控制所述第一燃料供给支路逐步减小燃料供给量，直至关闭所述第一燃料供给支路。
可选地，在所述第一燃料供给支路和所述第二燃料供给支路同时向燃烧室供给燃料的情况下，控制设置在所述三通管件与所述燃料喷嘴连接管路上的搅拌装置工作，以搅拌混合所述第一类燃料和所述第二类燃料。
本发明的双燃料系统，以及具有双燃料系统的微燃机，支持双液态燃料，工作时闪点小于60℃的液态燃料(易雾化)作为辅助燃料，在点火阶段预热燃烧室，在停机阶段清洗燃烧室积碳；闪点大于或等于60℃的液态燃料(不易雾化)作为微燃机运行阶段主燃料，不但扩大了微燃机的燃料选取适用范围，而且燃料可充分燃烧(在微燃机启动阶段，通过双燃料系统对燃烧室进行预热，可以使得难雾化燃料燃烧更充分)，燃料利用效率高，且不会在燃烧室的内壁留下未充分燃烧的残留物(在微燃机的停机阶段，通过易雾化燃料对燃烧室的清洗，可去除燃烧室内为充分燃烧的残留物)，具有较高应用价值。
本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义为准。
附图说明
图1：具有双燃料系统的微燃机的剖视图。
图2：实施例1的双燃料系统的结构示意图。
图3：实施例2的双燃料系统的结构示意图。
图4：微燃机的控制方法的流程图。
图5：实施例3微燃机的控制方法的流程图。
附图标记：
1、压气机；2、燃烧室；201、燃料喷嘴；202、点火器；203、烟气道；3、涡轮；4、转轴；5、双燃料系统；501、三通管件；502、第一阀门；503、第二阀门；504、第一燃料泵；505、第二燃料泵；506、第一滤清器；507、第二滤清器；508、第一燃料存储罐；509、第二燃料存储罐；510、螺杆搅拌机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
实施例1用于微燃机的双燃料系统
一种用于微燃机的双燃料系统，包括第一燃料供给支路、第二燃料供给支路和一个三通管件501，第一燃料供给支路用于供给第一类燃料，第二燃料供给支路用于供给第二类燃料；如图2所示，所述三通管件501包括三个端口a、b、c，其中第一端口a与第一燃料供给支路连通，第二端口b与第二燃料供给支路连通，第三端口c与燃料喷嘴201连通，以使得第一类燃料和第二类燃料在三通管件501混合后(易雾化的第一类燃料与难雾化的第二类燃料混合，可借助易雾化燃料的雾化燃烧提高难雾化燃料的雾化效果，进而可使其燃烧更充分，减少积碳)，再供给燃料喷嘴201。
所述第一燃料供给支路包括第一燃料存储罐508、第一滤清器506、第一燃料泵504、第一阀门502，如图2所示，其中，第一燃料存储罐508的出口与第一滤清器506的入口连通，第一滤清器506的出口与第一燃料泵504的入口连通，第一燃料泵504的出口与第一阀门502的入口连通，第一阀门502的出口与三通管件501的第一端口a连通。
所述第二燃料供给支路包括第二燃料存储罐509、第二滤清器507、第二燃料泵505、第二阀门503，如图2所示，其中，第二燃料存储罐509的出口与第二滤清器507的入口连通，第二滤清器507的出口与第二燃料泵505的入口连通，第二燃料泵505的出口与第二阀门503的入口连通，第二阀门503的出口与三通管件501的第二端口b连通。
所述第一阀门、第二阀门可以是电磁阀或手动阀门；所述第一阀门、第二阀门可以具有多个档位，每个档位对应一个阀门开度，比如：第具有四个档位，一档阀门开25％，二档阀门开50％，三档阀门开75％，四档阀门开100％，通过阀门档位切换可以改变油路中燃料的流量。
所述第一类燃料选自闪点小于60℃的液态燃料，比如柴油、汽油、航空煤油、甲醇；所述第二类燃料选自闪点大于或等于60℃的液态燃料，比如机油，包含可燃物质的废液，例如化工厂废液，组分包括溶剂油、基础油、乙二醇、二烷基二硫代磷酸锌、癸二酸、月桂二酸、亚磷酸酯、脂肪酸等。
本实施例的双燃料系统，设置了两条燃料供给支路，其中第一燃料供给支路用于供给闪点小于60℃的第一类燃料，第二燃料供给支路用于供给闪点大于或等于60℃的第二类燃料，工作时易雾化的第一类燃料作为辅助燃料，不易雾化的第二类燃料作为主燃料，扩大了微燃机的燃料选取适用范围，而且燃料可充分燃烧，燃料利用效率高，不会在燃烧室的内壁留下未充分燃烧的残留物。
实施例2具有双液态燃料系统的微燃机
结构同实施例1，不同之处在于：如图3所示，在三通管件501的第三端口c与燃料喷嘴201连接管路上设置有螺杆搅拌机510，在第一燃料供给支路和第二燃料供给支路同时向燃烧室供给燃料的情况下(第一阀门502、第二阀门503处于同时开启状态时)，控制螺杆搅拌机510启动，用于将混合燃料搅拌均匀。其作用为：通过机械搅拌预先均匀混合分别来自第一燃料存储罐508和第二燃料存储罐509的燃料，有助于混合燃料的充分燃烧。
实施例3微燃机
一种微燃机，包括定子、转轴4、压气机1、涡轮3、燃烧室2，以及实施例1所述的双燃料系统5，如图1所示，所述压气机1和涡轮3分别套设在转轴4的两端，并随转轴4转动；所述燃烧室2设置在压气机1、定子以及涡轮3外围；所述转轴4通过空气轴承支承于定子内；所述燃烧室2出口收敛，且其排气直喷于涡3轮端面；所述燃烧室2出口设有烟气道，燃烧室2内设有燃料喷嘴201和点火器202，燃料喷嘴201的入口与双燃料系统5的三通管件501的第三端口c连通，以使得燃料通过燃料喷嘴201雾化并从出口喷入燃烧室2。
上述微燃机的控制方法，包括步骤S1至步骤S5，如图5所示，具体如下：
步骤S1，在微燃机启动阶段，控制第一燃料泵504启动、第二燃料泵505不启动，开启第一阀门502，关闭第二阀门503，将第一燃料存储罐508中存储的第一类燃料经由三通管件的a端口至c端口输送至燃料喷嘴201，进而在燃烧室内雾化燃烧，实现对燃烧室预热，此时第一燃料存储罐508独立供应燃料。
步骤S2，实时监测燃烧室的温度或者预热燃烧时长，当燃烧室预热满足预设阈值条件(例如可根据第二燃料存储罐509中存储的第二类燃料的沸点、微燃机工作环境温度、气压等预先设定温度阈值和/或预热燃烧时长作为预设阈值条件)时，控制第二燃料存储罐505启动，逐步打开第二阀门503，此时来自第一燃料存储罐508的燃料经由三通管件的a端口流入，来自第二燃料存储罐509的燃料经由三通管件的b端口流入，混合后的燃料经由三通管件的c端口输送至燃料喷嘴201，进而在燃烧室内雾化燃烧。这一阶段由于燃烧室温度已升至预设温度，来自第二燃料存储罐509的燃料从燃料喷嘴201喷出可实现雾化效果，从而可达到充分燃烧的效果；这一阶段第一燃料存储罐508和第二燃料存储罐509同时供应燃料。
步骤S3，保证第一阀门502所在燃料供给支路的压力不变，逐步减小第一阀门502的开度，逐步减小燃料供给量，直至完全关闭，控制第一燃料存储罐504停机，至此微燃机启动阶段完成，进入正常工作阶段，此时第二燃料存储罐509独立供燃料。
步骤S4，在微燃机停机阶段，控制第一燃料存储罐504启动，逐步开启第一阀门502，逐步增大燃料供给量，同时保证第二阀门503所在燃料供给支路压力不变，逐步减小第二阀门503的开度，直至完全关闭，控制第二燃料存储罐505停机；这一阶段，从第一燃料存储罐508和第二燃料存储罐509同时供应燃料逐步变为仅第一燃料存储罐508供应燃料。
步骤S5，监测第二阀门503关闭后，微燃机燃烧的时间，当满足预设燃烧清洗时间时，控制第一阀门502逐步减小燃料供给量，直至关闭，微燃机停机。这一阶段，利用第一燃料存储罐508独立供应燃料继续燃烧一段时间，主要用于对燃烧室进行清洗，将未燃烧充分的残留物烧尽。
本实施例的微燃机及控制方法，支持双液态燃料，工作时闪点小于60℃的液态燃料(易雾化)作为辅助燃料，在点火阶段预热燃烧室，在停机阶段清洗燃烧室积碳；闪点大于或等于60℃的液态燃料(不易雾化)作为微燃机运行阶段主燃料，不但扩大了微燃机的燃料选取适用范围，而且燃料可充分燃烧(在微燃机启动阶段，通过双燃料系统对燃烧室进行预热，可以使得难雾化燃料燃烧更充分)，燃料利用效率高，且不会在燃烧室的内壁留下未充分燃烧的残留物(在微燃机的停机阶段，通过易雾化燃料对燃烧室的清洗，可去除燃烧室内为充分燃烧的残留物)，具有较高应用价值。
实施例4微燃机
一种微燃机，包括定子、转轴4、压气机1、涡轮3、燃烧室2，以及实施例2所述的双燃料系统5，如图1所示，所述压气机1和涡轮3分别套设在转轴4的两端，并随转轴4转动；所述燃烧室2设置在压气机1、定子以及涡轮3外围；所述转轴4通过空气轴承支承于定子内；所述燃烧室2出口收敛，且其排气直喷于涡3轮端面；所述燃烧室2出口设有烟气道，燃烧室2内设有燃料喷嘴201和点火器202，燃料喷嘴201的入口与双燃料系统5的三通管件501的第三端口c连通，以使得燃料通过燃料喷嘴201雾化并从出口喷入燃烧室2。其它同实施例3。在实施例3的基础上增加了螺杆搅拌机510，在第一燃料供给支路和第二燃料供给支路同时向燃烧室供给燃料的情况下(第一阀门502、第二阀门503处于同时开启状态时)，控制螺杆搅拌机510启动，用于将混合燃料搅拌均匀，有助于混合燃料的充分燃烧。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于微燃机的双燃料系统，包括第一燃料供给支路和第二燃料供给支路，所述第一燃料供给支路用于供给第一类燃料，所述第二燃料供给支路用于供给第二类燃料，其特征在于，所述双燃料系统还包括一个三通管件，所述三通管件包括三个端口，其中第一端口与所述第一燃料供给支路连通，第二端口与所述第二燃料供给支路连通，第三端口用于与燃料喷嘴连通，以使得所述第一类燃料和所述第二类燃料在所述三通管件混合后，再供给所述燃料喷嘴；
所述第一类燃料选自闪点小于60℃的液态燃料；所述第二类燃料选自闪点大于或等于60℃的液态燃料。
2.根据权利要求1所述的用于微燃机的双燃料系统，其特征在于，所述第一类燃料选自柴油、汽油、航空煤油、甲醇中的任意一种或任意几种的组合；所述第二类燃料选自机油和/或包含可燃物质的废液。
3.根据权利要求1所述的用于微燃机的双燃料系统，其特征在于，所述双燃料系统还包括设置在所述三通管件与所述燃料喷嘴连接管路上的搅拌装置，用于搅拌混合所述第一类燃料和所述第二类燃料；
所述搅拌装置为螺杆搅拌机。
4.根据权利要求1所述的用于微燃机的双燃料系统，其特征在于，
所述第一燃料供给支路包括第一燃料存储罐、第一滤清器、第一燃料泵、第一阀门；其中，所述第一燃料存储罐的出口与所述第一滤清器的入口连通，所述第一滤清器的出口与所述第一燃料泵的入口连通，所述第一燃料泵的出口与所述第一阀门的入口连通，所述第一阀门的出口与所述三通管件的第一端口连通；
所述第二燃料供给支路包括第二燃料存储罐、第二滤清器、第二燃料泵、第二阀门；其中，所述第二燃料存储罐的出口与所述第二滤清器的入口连通，所述第二滤清器的出口与所述第二燃料泵的入口连通，所述第二燃料泵的出口与所述第二阀门的入口连通，所述第二阀门的出口与所述三通管件的第二端口连通。
5.根据权利要求4所述的用于微燃机的双燃料系统，其特征在于，所述第一阀门和/或第二阀门为电磁阀或者手动阀门；
所述第一阀门和/或第二阀门具有多个档位，每个档位对应一个阀门开度。
6.根据权利要求5所述的用于微燃机的双燃料系统，其特征在于，所述第一阀门和/或第二阀门具有四个档位，一档阀门开25％，二档阀门开50％，三档阀门开75％，四档阀门开100％。
7.一种微燃机，包括定子、转轴、压气机、涡轮、燃烧室，其特征在于，所述微燃机还包括权利要求1～6中任一项所述的双燃料系统。
8.根据权利要求7所述的微燃机，其特征在于，
所述压气机和所述涡轮分别套设在所述转轴的两端，并随所述转轴转动，所述燃烧室设置在所述压气机、定子以及涡轮外围；
所述转轴通过空气轴承支承于所述定子内；
所述燃烧室出口收敛，且其排气直喷于所述涡轮端面；所述燃烧室出口设有烟气道，所述燃料喷嘴设置在所述燃烧室内，且该燃料喷嘴的入口与所述三通管件的第三端口连通，以使得燃料通过燃料喷嘴雾化并从出口喷入所述燃烧室。
9.一种用于微燃机的双燃料系统的控制方法，其特征在于，所述微燃机为权利要求7或8所述的微燃机，所述控制方法包括：
在启动阶段，
控制第一燃料供给支路向燃烧室供给第一类燃料，执行燃烧室预热；
响应于燃烧室预热满足预设阈值条件，控制第二燃料供给支路向燃烧室供给第二类燃料，同时逐步减小所述第一燃料供给支路的燃料供给量，直至关闭所述第一燃料供给支路；
在停机阶段，
控制所述第一燃料供给支路开启，并逐步增大燃料供给量，同时逐步减小所述第二燃料供给支路的燃料供给量，直至关闭所述第二燃料供给支路；
响应于所述第一燃料供给支路独立向所述燃烧室供给所述第一类燃料的时间满足预设燃烧清洗时间，控制所述第一燃料供给支路逐步减小燃料供给量，直至关闭所述第一燃料供给支路。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在所述第一燃料供给支路和所述第二燃料供给支路同时向燃烧室供给燃料的情况下，控制设置在所述三通管件与所述燃料喷嘴连接管路上的搅拌装置工作，以搅拌混合所述第一类燃料和所述第二类燃料。
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