TW394821B - Dimethyl ether fuel and method of generating power in a dry low Nox combustion system - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（ 1 ) 1 1 明 m BBt 1 本 發 明 是 關 於 動 力 之 產 生 〇 更 特 定 而 ， 本 發 明 是 關 Λ 1 於 用 甲 醚 燃 料 組 成 物 於 渦 m 之 —. 種 乾 燥 低 量 NO X 燃 燒 請 i · 先 系 统 中 產 生 動 力 0 閱 讀 1 t 1 相 關 技 術 之 簡 要 說 明 'έ 之 1 在 燃 燒 的 ΛΙ3 m 輪 燃 燒 器 之 燃 燒 室 中 使 用 烴 燃 料 為 已 知 0 注 意 1 I 事 1 通 常 9 空 氣 和 燃 料 被 飼 入 m Λίη、 燒 室 9 其 間 m 料 被 存 在 之 空 I 氣 燃 燒 而產生熱的煙道氣。然後熱的煙道氣被送入渦輪 ， 寫 4- )1 裝 在 其 間 冷 卻 並 膨 脹 而 產 生 動 力 〇 通 常 m Λ>«、 料 m 燒 之 副 產 物 頁 1 | 含 有 對 環 境 有 害 之 毒 素 y 如 氧 化 氮 和 二 氧 化 氮 ( 總 稱 為 1 1 NO X ) 9 一 氧 化 碳 9 未 燃 之 烴 ( 例 如 甲 烷 和 揮 發 性 有 慨 1 化 合 物 之 導 致 形 成 大 氣 臭 氧 者 ) 9 和 其 他 氧 化 物 9 包 括 1 訂 硫 之 氧 化 物 ( 例 如 SO 2 和 SO 3 ) 0 1 1 特 定 之 燃 料 組 成 物 空 氣 用 量 燃 燒 系 統 之 特 別 型 式 1 1 > 和 各 項 操 作 條 件 等 都 是 影 響 程 序 整 體 效 率 之 許 多 變 數 1 I 0 除 擴 大 程 序 的 整 體 效 率 外 9 盡 量 減 少 因 燃 料 m Λ，、、 燒 所 生 1 \ 1 1 副 產 有 害 環 境 毒 素 之 能 力 也 甚 重 要 〇 在 Λ*、、、 料 的 燃 燒 中 有 兩 種 排 放 NO X 的 來 源 0 在 »Afc 燃 燒 室 火 1 I 焰 中 大 氣 氮 的 固 定 ( 稱 為 NO X ) 為 NO X 的 第 一 來 源 〇 m 1 1 料 中 所 含 氮 之 轉 化 ( 視 為 Λ/»、、 料 化 合 之 氮 ) 為 排 放 NO X 之 1 1 第 二 來 源 0 燃 料 化 合 氮 所 產 生 NO X 之 量 可 Μ 藉 由 慎 選 燃 J 料 組 成 和 後 燃 廢 氣 之 處 理 而 予 控 制 〇 所 生 熱 NO X 之 量 是 1 ί 燃 燒 室 火 焰 溫 度 和 m A#、、、 料 混 合 物 在 此 火 焰 溫 度 之 時 間 畺 之 1 指 數 函 數 〇 每 一 種 空 氣 — 燃 料 混 合 物 有 其 特 殊 的 火 焰 溫 1 I -3 1 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規彳（ 210X 297公兑） A7 B7 經淌部中次#枣局货-τ·消贽合作社印$ 五、發明説明 ( 二 ) 1 1 度 為 燃 於 燃 燒 室 内 空· 氣 -燃料混合物中空氣對燃莽 ί比率 1 1 ( 以 當 1 •菌· fcb Φ 表 示 ) 之 函 數 〇 此 fc*i 最 bb (φ ) 以 如 下 比 許 先 .卜 界 定 ： 閱 I 讀 1 I ( m f / m c ) 實 際 背 1 I 之 1 ώ = 注 | 意 吉 I { 讯f / m c )化 學 計 量 爭 項 ! I 其 中 m'c 1為氧化劑質量而《1 F 為 燃 料 質 量 〇 再 填 寫 本 I 當 火 焰 溫 度 等 於 化 學 計 量 的 和 绝 熱 的 溫 度 時 » NO X 産 頁 1 I 生 速 率 在 當 量 bb 為 1 . 0 時 為 最 高 〇 化 學 計 量 之 條 件 為 燃 1 1 料 與 氧 V」.， 兀 全 消 耗 〇 通 常 ， NO X 之 産 生 速 率 隨 當 量 fcb 之 減 1 | 小 ( 亦 卽 小 於 1 . 0 而 空 氣 -燃料混合物中為燃料貧乏） r 訂. 而 減 緩 〇 當 量 fcb 小 於 1 . 0 時 9 空 氣 因 此 較 多 ， 可 用 之 氣 1 比 化 學 計 量 燃 燒 所 需 者 為 多 〇 造 成 火 焰 溫 度 較 低 9 轉 而 1 | 滅 少 NO X 産 生 量 〇 妖 而 5 如 果 當 量 比 減 小 9 空 氣 -燃料 1 I 混 合 物 變 為 燃 料 非 常 貧 乏 而 火 焰 將 難 妥 當 燃 燒 9 可 能 變 1 1 成 不 穩 定 和 熄 滅 〇 如 果 當 量 比 超 過 1 . 0 9 燃 料 量 超 過 可 用 之 氣 所 能 燃 燒 者 ( 當 燃 料 混 合 物 ) 〇 此 也 將 造 成 火 1 1 焰 溫 度 低 於 絶 埶 /.V、乂 火 焰 溫 度 * 轉 而 導 致 NO X 之 形 成 明 顯 減 1 1 少 〇 1 1 為 求 調 適 燃 料 貧 乏 混 合 物 以 避 免 不 穩 定 大 幅 之 存 在 和 1 1 火 焰 熄 滅 之 可 能 性 ， 已 發 展 出 僅 只 在 一 部 份 火 焰 區 容 許 | 空 氣 與 燃 料 混 合 物 較 低 負 載 之 燃 燒 室 〇 此 種 燃 燒 室 % 統 I 被 認 為 是 一 種 厂 乾 、 低 NO X J ( D ϊ * y low NO X 下 文 簡 1 1 稱 D L N ) 条 統 1 例 如 由 Gf n e r a 1 E ] e c t r i c •公 司 和 1 I -4 1 1 本紙张尺度诚川中國S家榀彳（（’NS ) Λ4岘枱（21〇X 297公釐) B7 五、發明説明（3 )

Westinghouse製造。除了提供用戶如上述之可操作性之 優點外，DLN系统也盡量減少產生NOx 、一氧化碳、和 其他污染物至達最少。 DLN燃燒室通常也稱為分段式燃燒室，在低負載時或 起動之際；在其中部份火焰區之空氣與燃料混合。分段 燃燒室有兩種：燃料分段和空氣分段。在最簡單之構形 中，燃料分段燃燒室有兩儸火焰區，各接受燃燒室空氣 流體之恆定分數。燃料流體在兩區之間被分開，使在各 燃燒室之操作模式中，飼入其一段之燃料量與可供給之 空氣量匹配。反之，空氣分段燃燒室用一機構從火焰區 將一部份燃燒室空氣流體轉變至一在低負載之稀釋區Μ 增進調節作用。此兩型之分段燃燒室可Κ合併成單一系 统0 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印聚 通常一 DLH系統是操作於如下之四種不同模式：第一 、貧-貧、第二、和預混。在「第一」的蓮轉模式中， 燃料被飼入於系統之第一段中之第一噴咀。一在此模式 中被稱為「擴散焰」之火焰為唯一在第一段中出現者。 在此模式中，火焰將傾向位於空氣-燃料混合物實質上 成1:1比例之處，使氧在反應中被完全消耗（化學計算 混合物，如上所载）。即使如果在火焰區中整個空氣-對-燃料比為貧燃料<1.〇),依然如此。此種操作模 式通常被用於點燃、加速、和操作機器於低的至中的負 載（.例如，0¾至20¾負載，使用天然氣燃料），Μ至於 一預定之燃燒基準溫度。在此模式中所產生ΝΟχ和一氧 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) /\4规枋（2ΊΟΧ297公处） A7 Β7 經濟部中央標準局貝工消f合作社印製

五、發明説明 ( 4 ) 1 1 化 碳 的 排 放 相 對 地 很 高 〇 Ν0 X 的 排 放 是 火 焰 中 尖 峰 溫 度 1 1 所 驅 動 » 而 化 學 計 量 混 合 物 將 可 能 在 已 定 的 燃 燒 條 件 下 'a- 1 產 生 最 熱 的 火 焰 〇 <'S 請 A 1 .|! 在 厂 貧 -貧」 模式中， 燃料被飼至第- -和第二噴咀c 讀 1 背 1 火 焰 出 規 於 第 * 和 第 二 兩 段 0 此 種 運 轉 模 式 __. 般 是 用 於 之 1 中 等 負 載 ( 例 如 使 用 天 然 氣 燃 料 中 20%至 50¾ 之 負 載 ) f 意 1 事 1 在 兩 個 預 定 的 燃 燒 基 準 溫 度 之 間 0 在 此 9 N0 X 之 排 放 也 項 1 SSsJ 相 當 高 〇 %{ 本 :¾ 在 厂 第 二 J 模 式 中 m Λ#、、、 料 只 飼 至 第 二 嗔 咀 9 而 火 焰 僅 頁-—> 1 l 出 現 於 第 二 段 〇 此 種 作 模 式 通 常 是 在 厂 貧 -貧」 和 「預 1 1 混 J 模 式 之 間 的 過 渡 模 式 〇 第 二 模 式 是 在 可 導 入 任 何 燃 1 1 料 於 變 成 第 一 預 混 區 之 月》J 9 熄 滅 在 第 一 段 中 的 火 馅 時 所 訂 ! I 需 0 第 四 運 轉 模 式 是 所 謂 厂 預 混 J 模 式 〇 在 此 燃 料 被 飼 1 1 至 第 一 和 第 二 兩 噴 咀 * 然 而 火 焰 只 存 在 於 第 二 段 0 只 有 1 1 約 20¾ 之 m f^\\\ 料 被 飼 至 第 二 噴 咀 > 其 餘 在 燃 燒 之 υ· 朋 與 空 氣 1 同 被 飼 至 第 一 噴 咀 K 使 Γ 預 混 J 0 第 一 段 用 於 徹 底 混 合 k -聲 SI. 1 空 氣 和 燃 料 9 並 送 出 均 勻 貧 乏 而 未 JbMl 燃 燒 之 空 氣 燃-料 混 合 1 1 物 至 第 二 段 0 如 經 適 當 設 計 和 操 作 > 其 間 應 無 化 學 計 量 1 1 或 接 近 化 學 計 量 之 空 氣- -燃 料 混 合 物 進 入 火 焰 區 t 因 此 t 1 1 火 培 將 比 絕 熱 火 焰 溫 度 冷 9 與 在 Μ 相 同 當 量 比 之 空 氣 - 1 燃 料 混 合 物 中 燃 m 之 擴 散 馅 比 較 9 產 生 實 質 上 較 少 的 1 NO X 0 預 混 模 式 中 因 其 排 放 HG X 最 少 而 產 生 能 量 最 大 1 ( 例 如 用 天 然 氣 時 50¾ 至10(1%之負載） 9 -般認為是最 1 I -6 一 1 1 1 I 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS )八4規格（21〇Χ 297,：Μί ) ΑΊ B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明 ( 5 ) 1 I 有 效 率 的 操 作 模 式 〇 1 I 用 於 變 電 之 氣 渦 輪 機 9 DLN 燃 燒 室 % 統 是 特 別 設 計 VX 1 ί 供 使 用 天 然 氣 ( 大 部 份 為 甲 垸 t 改 變 非 甲 烷 化 合 物 部 份） f、 請 先 1 Γ 〇 如 用 於 石 油 基 之 蒸 餾 m 料 > 如 此 之 燃 燒 室 系 統 將 需 要 m 讀 1 背 1 另 Μ 蒸 汽 射 入 使 減 少 NO X 和 C0 之 排 放 〇 關 於 產 生 動 力 之 之 1 氣 渦 輪 機 > 使 用 其 他 形 式 之 燃 料 9 如 由 天 然 Aqf 氣 > 煤 或 注 意 1 事 1 生 物 製 成 之 甲 醇 或 二 甲 醚 1 使 符 合 海 上 運 輸 或 儲 存 成 為 項 再 1 、 填， 液 態 燃 料 Μ 供 尖 峰 出 力 之 用 者 > 也 曾 被 提 出 〇 例 如 Be 11 寫： 裝 等 人 之 美 國 專 利 第 4, 341 , 069 號 ( 1 982 年 7 月 27 曰 發 給） 頁 '—. 1 I * 揭 示 用 甲 醚 與 小 量 甲 醇 ( 1 . 8重量3； 至6 .1 重 量 X ) 和 1 I 水 ( 0 . 6重量％ 至2 .8 重 量 % ) 混 合 0 如 此 之 燃 枓 是 配 裝 1 1 於 NO X 排 放 未 有 嚴 格 限 制 之 年 代 而 用 於 燃 燒 系 統 〇 如 此 ί 訂 1 I 之 燃 料 用 於 傳 統 之 氣 渦 輪 燒 器 ( 特 別 設 計 用 於 天 然 氣 燃 料 ) 9 在 擴 散 焰 模 式 之 下 操 作 可 >λ 滿 足 xJSL 趣 去 較 寬 鬆 的 1 1 NO X 排 放 標 準 ； 然 而 贅 使 用 此 等 相 同 m 料 於 DLN % 統 中 1 | » 操 作 於 預 混 模 式 9 將 可 能 造 成 火 焰 回 閃 之 高 度 風 險 和 1 % 爆 炸 的 高 度 風 瞼 0 在 火 焰 回 閃 當 中 9 火 焰 通 過 火 焰 區 中 1 空 氣 -燃料混合物而傳播之速度高於在第- -預混區中在 1 I 既 定 位 置 的 空 氣 -燃料混合物中之速度 >结果， 原設計 1 1 1 燒 用 習 用 天 氣 燃 料 之 DLN 系 統 > 將 無 法 操 作 於 其 最 有 效 I 1 率 之 模 式 亦 即 用 甲 醚 燃 料 於 預 混 模 式 9 其 如 Be 1 1 等 人 之 專 利 所 揭 示 者 〇 因 此 企 求 提 供 一 種 甲 醚 基 /v»*« 料 9 能 夠 改 善 DLN 燃 燒 % 1 統 之 效 率 ( 例 如 操 作 於 負 載 低 於 50¾ 之 預 混 模 式 ) 0 也 1 I -7 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家摞隼（CNS ) /\4坭枱（210X29"/公筇） Μ Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明 ( 〇 ) 1 1 將 提 供 一 種 燃 料 y 能 夠 安 全 使 用 於 特 別 為 燒 用 習 用 天 m 1 氣 燃 料 而 設 計 之 D LN 燃 燒 室 0 1 明 概 ，V 1 先 1 本 發 明 之 巨 的 在 於 克 復 一 或 多 項 上 述 之 問 題 0 閱 讀 1 f 1 因 此 9 本 發 明 提 供 含 甲 醚 之 燃 料 組 成 物 和 用 此 組 成 之 1 物 產 生 動 力 之 方 法 〇 注 意 1 i 事 1 本 發 明 燃 料 組 成 物 為 甲 醚 > 至 少 —1 種 醇 和 . 或 多 種 項 1 I 選 白 C — c 5烷烀與水之摻合物< > %zy 寫 本 1 裝 1 根 據 本 發 明 之 方 法 9 將 所 發 明 之 燃 料 f 與 含 氧 氣 體 混 頁 ''w〆 1 1 合 * 用 於 燃 燒 於 已 起 動 之 渦 輪 燃 燒 室 之 乾 低 NO X m 燒 室 1 I 9 Μ 產 生 煙 道 氣 9 經 過 渦 輪 ΤΤΠ» 而 產 生 能 量 0 1 .-1 本 發 明 之 其 他 巨 的 和 優 點 9 對 熟 讀此 技 藝 者 9 將 從 如 i 訂 1 下 詳 细 說 明 配 合 圖 式 和 所 附 請 專 利 範 tsm 圍 而 得 明 顯 〇' 阃 式 簡 釋 1 1 第 1 圖 為 根 據 先 )·/« 刖 技 術 用 天 然 氣 燃 料 燃 燒 於 習 用 DLN 1 1 m Λ>、、、 燒 室 中 各 種 操 作 模 式 和 對 應 於 氣 Λ0Γ 倘 輪 m 負 載 之 圖 解 〇 1 第 2 圖 為 根 據 先 刖 技 術 用 天 然 氣 燃 料 在 習 用 DLH Am、 燒 ，丨線 1 室 中 m 燒 所 產 生 NO X 和 C0排 放 之 圖 解 〇 1 I 第 3 画 圖 為 天 然 氣 燃 料 及 本 發 明 乃，》、》 料 在 典 型 DLN /*>、、、 燒 室 1 1 中 於 各 種 燃 燒 室 出 P 溫 度 下 尖 峰 壓 力 變 化 之 圖 解 〇 1 1 第 4 圖 為 本 發 明 料 燃 燒 於 典 型 DLN A#»、、 燒 室 之 各 種 操 1 作 模 式 和 對 atg 應 之 負 載 圖 解 〇 1 > 第 5 圖 為 本 發 明 燃 料 燃 燒 於 典 型 DLN m Λί、η 燒 室 所 產 生 1 1 NO X 和 C 0棑 放 之 圖 解 〇 I I -8 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规梠（210Χ 297公筇） 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 A7 B7五、發明説明（7 )第6 _為一示意圖，說明根據本發明含有DLN燃燒室 之氣體-起動渦輪機-燃燒器之方法。 發明詳湘說明 根據本發明產生動力之方法，是Μ甲醚基燃料通過存 在有含氧氣體已燃燒之渦輪燃燒器之乾低ΝΟχ燃燒室， 使形成煙道氣，然後使煙道氣通過已燃燒之渦輪-燃燒 器之渦輪機而發生動力。燃料含有甲醚、醇、和適當之 一或多種（：1 -C6烷烴與水。 本發明燃料組成物可Μ安全用於為習用天然氣燃料所 設計DLN燃燒系統之預混模式操作。當DLN燃燒室使用 此燃料於預混模式時，火焰回閃之風險和爆炸之風險大 為減少，同時，所生Ν0Χ之排放量最少。另外，用本發 明燃料於DLN燃燒室中，能夠在氣渦輪負載低至35¾而 有低的N0x/C0排放，有安全之預混模式操作。 本發明燃料含有5重量％至93重量％甲醚，7重童％ 至85重量$至少一種醇，和0重量至50重量％至少一 成份選自包括水和Ca_ -C6烷烴構成之組合，較佳由此 等成份組成，或主要由其組成。較佳者，此燃料含有50 重量％至93重量之甲醚，7重量％至50重量％至少一 種醇，和0重量至30重量％至少一成份選自包括水和 Ci-Ce烷烴所構成之組合。更佳者，燃料含有70重量％ 至93重最！ίί之甲醚，7重量至30重量至少一種醇， 和0重量$至20重量％至少一成份選自包括水和C i -C 6 烷烴之組合。最佳者，燃料含80重量S:至93重量％之甲 -9 一 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS )八4规枱（210X297公处） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂 άτ, Λ7 H7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 3 ) 1 1 醚 > 7 重 最 % 至 20 重 量 % 之 甲 醇 1 和 0 重 量 % 至 1 0 重 量％ ! | 之 一 糖 成 份 > 選 白 包 括 水 甲 烷 丙 烧 Λ 和 液 化 石 油 氣 之 組 合 0 請 ,1 先 1 在 本 發 明 m η〇\\ 料 中 > 水 和 一 或 多 種 醇 之 存 在 > 可 以 原 料 閱 if 1 1 合 成 氣 轉 化 成 為 DME 基 燃 料 0 水 和 醇 類 9 其 如 甲 醇 Λ 乙 面 之 1 醇 Λ 和 丙 醇 > 可 Μ 在 轉 化 中 形 成 並 維 持 DME 基 燃 料 之 . 意 1 I 事 1 部 份 〇 在 本 發 明 燃 料 之 製 造 中 無 須 昂 貴 之 單 元 操 作 f 而 項 醇 和 水 在 DME 基 燃 料 中 之 濃 度 易 被 調 整 完 成 本 發 明 m Λινή k 本 J 1 裝 | 料 組 成 物 0 C L ™ C 5烷烴也可Μ加入K完成本發明燃料 頁 1 I 組 成 物 〇 1 | 在 本 發 明 方 法 中 9 經 壓 縮 m 加 壓 之 空 氣 與 在 乾 低 NO X 1 m 燒 室 之 汽 化 m 料 混 合 9 其 間 nt%\\ 料 在 有 空 氣 存 在 中 被 m Λτ»、、 訂 | 燒 而 生 成 熱 的 煙 道 氣 0 狀 /»、v 後 煙 道 氣 在 渦 輪 機 中 膨 脹 Η 產 生 動 力 0 1 1 已 經 發 現 在 DLN 燃 燒 室 操 作 於 預 混 模 式 中 所 發 生 火 焰 1 I 回 閃 是 與 m Λ(、” 燒 室 預 混 區 中 空 氣 -燃料混合物的點燃延遲 1 1 )線 1 時 間 和 留 駐 時 間 有 關 〇 空 氣 -燃料混合物的點燃延遲時 間 是 在 火 花 或 類 U 者 之 施 用 與 混 合 物 實 際 點 燃 之 間 的 時 1 I 間 〇 這 是 一 段 十 分 短 暫 的 時 期 } 而 且 本 發 明 燃 料 組 成 物 1 1 中 單 只 以 各 個 成 份 及 / 或 其 間 彼 此 的 化 合 * 已 被 發 現 在 1 1 既 定 燃 燒 室 操 作 條 件 下 f 將 增 長 此 一 時 間 > 使 空 氣 lUtl» —W. nr*\\ .丨 料 混 合 物 的 點 燃 延 遲 時 間 將 超 過 留 駐 時 間 〇 而 留 駐 時 間 1 i 與 燃 燒 室 内 空 氣 -對- 燃 料 比 率 燒 室 幾 何 形 狀 以 及 1 燃 燒 室 的 操 作 溫 度 和 壓 力 有 關 〇 1 I -1 0- 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /\4坭梠（2丨 A7 B7 經濟部中央標準局货工消费合作社卬製 五、發明説明 ( 9 ) 1 1 再 者 » 已 經 發 現 點 燃 延 遲 時 間 是 飼 入 燃 燒 室 燃 料 之 特 1 定 組 成 以 及 燃 燒 室 的 操 作 條 件 ( 例 如 溫 度 、 壓 力 、 動 壓 f 力 等 ) 丨之 函 數 〇 對 於 既 定 當 量 比 S 燃 燒 室 幾 何 形 狀 而 _1 請 先 1 5 回 閃 發 生 於 具 有 較 短 點 燃 延 遲 時 間 的 燃 料 燃 燒 田 中 ， 閱 ik 1 bb 較 具 有 較 長 點 燃 延 遲 時 間 的 不 同 燃 料 來 得 容 易 〇 如 果 背 1 1 之 1 以 燃 燒 室 的 操 作 條 件 J 空 氣 -燃料混合物的點燃延遲時 注 意 1 1 間 超 過 在 預 混 階 段 留 駐 時 間 火 焰 回 閃 可 被 減 至 最 少 0 項 1 I 1 *5^1 因 此 ,' 本 發 明 另 一 較 佳 具 體 例 提 供 在 具 有 乾 低 NO X 燃 燒 :¾ 本 室 之 已 燃 箸 之 ata 晌 輪 -燃燒器産生動力之改良方法， 混合 頁 '—， 1 1 物 具 有 在 燃 燒 室 中 之 留 駐 時 間 和 點 燃 延 遲 時 間 在 改 良 1 1 燃 料 中 含 有 (a) 甲 醚 、 (b ) 醇 N 和 適 當 的 (C) 至 少 有 一 1 | 種 成 份 5 選 白 包 括 水 和 C c6烷烴之組合等之混合物， 訂 而 其 中 (a) (b ) 和 可 能 存 在 之 (C) 等 之 bb 例 是 依 在 燃 ! 燒 室 操 作 條 件 下 燃 料 -氣體混合物之點燃延遲時間超過 1 I 留 駐 時 間 而 選 定 〇 1 I 在 D L N 燃 燒 室 蓮 轉 當 中 9 某 些 作 業 條 件 有 利 於 整 個 將 1 1 火 焰 回 閃 減 至 最 少 〇 —* 項 特 別 的 作 業 條 件 即 為 動 壓 力 的 .1 效 能 〇 動 壓 力 效 能 依 據 整 個 燃 燒 室 内 之 壓 力 梯 度 〇 高 的 1 1 動 壓 力 水 準 增 加 在 空 氣 -燃料預混區中火焰回閃之機率 1 1 〇 通 常 5 當 動 m 力 水 準 超 過 約 為 4P s i ( 磅 每 平 方 时 ) 至 1 1 約 5 i )s i 時 ， 預 混 模 式 卽 為 不 安 全 不 適 合 〇 1 1 與 各 操 作 模 式 相 關 之 負 載 範 圍 指 出 預 混\ 模 式 通 常 用 於 1 5 C % 至 1 C 0 %之 負 載 0 如 第 1 圖 中 所 示 對 天 然 氣 之 燃 燒 1 燃 燒 基 準 溫 度 逐 步 隨 渦 輪 機 之 負 載 而 下 降 從 預 混 模 1 1 -11- 1 1 1 1 本紙張尺A鸿川屮家標彳（（'NS ) MttL格（2丨OX297公漦） kl kl 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（10 ) 式至於第二模式而至貧-貧模式Μ至於第一模式。第2 圖表示燃燒天然氣之Ν0Χ排放，在預混模式操作當中瘪 比操作於低過50%負載之其他操作模式為低。 對於特定之DLN燃燒室，第3圖表示燃燒室出口溫度 (下文稱CET-Combustor exit temperature)對天然氣 燃料CHG燃料和對本發明燃科（INV燃料）之動壓力水 準之圖示。在CET低於2150°F燃料天然氣所造成的動壓 力水準（K尖峰壓力變化測定）遠超過根據本發明之燃 料燃燒所得者。特別是在CET為2065T,天然氣燃燒之 動壓力水準為約4.3Psi，而燃燒根據本發明之燃料者僅 約 1 P s i 〇 甚至在CET為2020T時，本發明燃料在燃燒室中所得 「預混模式」動壓力水準遠低於4Psi至5psi,被認為不 安全之水準。所K,根據本發明之燃料提供一種優於習 用者之改良，在其中己可在預混模式操作DLN燃燒室於 接近2020T之溫度，遠低於為天然氣所訂50¾渦輪機負 載之限度。因為使用根據本發明之燃料，使DLN燃燒室 之預混模式操作可在低於40¾之負載實施，促成在較低 負載時作更有效率之燃燒室運轉，故而明顯優於習用之 燃料。在如此低負載操作燃燒室之能力，得Μ對負載較 廣之調節範圍減少NOx之排放。 本發明燃料在DLN燃燒室中燃燒所達成之改良可就第 4和5圖所表示，分別與第1和2圖所示者比較而得明 白。第4圖是Μ燃料解裂對負載之描繪，並說明在燃燒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) MML格（2丨0Χ 297公筇） ————I- - —I— I- - I = . I H— - - . - - 、一-9J— —'I --- 1 -- In - -- I I......I V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部屮次標準局只工消费合作社印$ A7 B7 五、發明説明（"） 本發明燃料時各特別的D L N燃燒室操作模式。如第4圖 所示，並與第1圖所示天然氣燃燒之相似描繪比對，顯 然在IUN燃燒室中燃燒根據本發明之燃料，較之燒用天 然氣燃料者，更能在明顯較低的渦輪機負載時操作於預 混模式。 在預混模式中燒用本發明燃料使達成減少排放，以圖 線表示於第5圖，其中描繪燒用根據本發明之燃料在各 種負載10DLN燃燒室操作模式所産生一氧化碩和（^><的 排放。因此，在燃燒室之預混模式操作條件下，燒用本 發明燃料，所得煙道氣，在其中氧之水準為10容積％時 ，具有20ppmVd (每百萬份乾體積基礎）或更少之N0X, 及/或在渦輪機負載高於約為40%時，具有2Qppmvd或 更少之一氣化碩。所以，本發明另一較佳具體例提供一 種産生動力之改良方法在一具有乾低ΝΟχ燃燒室之已 燃燒之渦輪機-燃燒器，其中燃料混合物和含氣氣體通 過燃燒室以燃燒燃料而於其中産生煙道氣，而且其中之 燃料含有由（a)甲醚、（b)醇、和適當的（c) 一或多種 成份，選自包括水和（^-(：6烷烴等之混合物，（a)、 (b )和可能存在之（c )之各種比例是以在燃燒器之操作 條件下能産生具有2Qppmvd或更少之ΝΟχ及/或20ppmvd 或更少之一氣化碳作為選擇。 第6圖以示意説明一種乾低N 0 X燃燒釦統，總括以1 0 代表，用於發電。空氣經過管線12而至壓縮機14，將空 氣壓縮。經過壓縮之空氣離開壓縮機14而經管線16。此 -1 3 - 本紙张尺度饨川中國四家標彳（（’NS ) Λ4规格（ΉΟΧ297公麓） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •i—. 丁 、--° 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 A7 137 五、發明説明（12 ) 空氣然後經閥18飼至燃燒室，從括M20表示。液態燃料 從燃料源（未示）用泵2 2送至蒸發器2 4，於其間將液態 燃料蒸發。然後已蒸發之燃料經過管線26飼至燃燒室20 。飼至燃燒室20之已蒸發燃料之量是由閥28、30、和32 所控制。閥2 8控制燃料至燃燒室2 0的總流量，而閥3 0控 制飼經第一嗔咀34而至燃燒室20之第一區36之燃料量， 閥32控制經由第二噴咀飼至燃燒室20之第二區40。已蒸 發之燃料與壓縮空氣在燃燒室20中混合，在其中燃燒而 生熱的煙道氣。在DLN燃燒系統10之預混模式操作當中 ，飼至燃燒室20之燃料約有20¾可以經由第二燃料噴咀 38送入燃燒室20，與經第一燃料噴咀34送入者平衡。在 預混模式中，一剖份壓縮空氣在燃燒之前在第一區36中 與已蒸發之燃料預混。在預混模式中，如第6圖所示， 火焰只存在於第二區40。 熱煙道氣經過燃燒室排出區44,然後經過排氣管線46 ，從燃燒室20離去。此煙道氣可Μ在混合器48中，與從 壓縮機14經過管線16和閥52再經空氣旁歧管50而導入之 壓縮空氣混合。然後煙道氣被飼經管線54而至渦輪機56 ,在其間膨脹至接近大氣壓力，產生機械動力。經膨脹 並冷卻之煙道氣經由管線58離開渦輪機56,經過排氣煙 囪60排出。如第6圖所示，渦輪機56所產生機械動力可 以由軸62用於驅動壓縮機14。 燃料成份與點燃延遲時間之間的關係 如下頁為詳细說明一種具有適當點燃延遲時間之燃枓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规梠（210 X 297公兑） ---------批衣-- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 、-° -線， A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 15 ) 1 1 I 組 成 之 決 定 程 序 ( 以 及 從 中 獲 得 之 结 果 ) * 供 DLN m 1 I 燒 室 之 安 全 操 作 所 需 〇 概 —X— 之 9 已 經 發 現 根 據 本 發 明 之 1 燃 料 具 有 一 種 點 燃 延 遲 時 間 f 可 安 全而有效 率 操 作 DLN ，—ν 請 1 燒 系 統 〇 閱 if 1 背 1 決 定 各 種 燃 料 組 成 之 點 燃 延 遲 時 間 之 各 涸 試 驗 是 進 行 1¾ 之 1 於 恆 定 容 積 燃 惊 Λ7〇 器 ( 下 文 稱 "C V C A " -C on s t an t V 0 1 u m e 注 意 1 | 事 1 C 0 mb S U t i η a p P a r a t U S ) f 是為了模擬在柴油引擎中燃 項 再 1 填 料 白 動 點 燃 而 設 計 〇 然 後 將 從 這 些 試 驗 量 測 之 所 得 用 於 寫、 本 裝 決 定 適 合工 業 级 DLN m 燒 室 在 預 混 模 式 中 之 操 作 Ο 頁 、〆 1 1 C VC A 是 一 裝 有 燃 料 注 入 器 > 壓 力 轉 換 器 和 溫 度 感 應 器 1 I 等 之 不 銹 鋼 容 器 〇 所 用 特 別 CVCA 之 m Λ#»、、 燒 室 為 5 . 4 厘 米 直 1 1 徑 和 16 .2 厘 米 長 度 〇 室 之 幾 何 形 狀 尺 寸 和 注 入 系 統 互 .)· 訂 相 配 合 9 Μ 確 保 適 當 之 空 氣 -對- m 料 比 率 0 | 在 任 何 液 態 m Λ'»η 料 被 注 入 之 刖 9 例 如 空 氣 和 甲 烷 之 氣 am 體 1 1 在 燃 m Λ7« 室 中 混 合 〇 各 氣 Wtfli 體 Μ 切 線 方 向 沿 室 壁 進 入 室 中 Μ 1 | 確 保 充 份 混 合 Ο 燃 料 用 活 塞 筒 型 泵 經 過 高 壓 管 送 至 注 射 1 嚷 器 Μ 氣 壓 驅 動 —* 次 注 入 〇 例 如 DME- 甲 醇 DME- 水 和 DME- 丙 烧 之 混 合 燃 料 在 壓 力 下 ( 例 如 21 0 P si g ) 輸送， 1 | Μ 防 在 送 至 注 入 單 元 之 途 中 發 生 沸 騰 和 氣 穴 琨 象 〇 各 液 1 1 態 燃 枓 被 注 人 燃 燒 室 並 且 因 為 空 氣 -燃料混合物比原 1 1 來 空 氣 溫 度 低 9 燃 料 被 蒸 發 並 迅 速 與 空 氣 形 成 空 氣 -燃 1 料 混 合 物 〇 1 1 注 入 和 燃 燒 之 數 據 Μ 及 溫 度 和 壓 力 用 附 裝 Ke i t h 1 e y 1 Me t Γ a b y t e 1801HC高 功 能 卡 之 90兆 赫 (MHz )P e η t i U SI 1 1 -1 5- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4现梠（210X29D>^ ) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 m 五、發明説明（14 ) 基電腦所測量。該卡使試樣在訊號增益高達50:1時升至 330仟赫。一個5毫米直徑之磁性近接感應器被裝於注 入器頭上Μ偵测針之升降。 第一組點燃試驗，用兩種燃料樣品進行，一為淨DME (.即100重量DME )，另一含DME與水和甲醇之摻合 物。第二組之點燃延遲試驗用四個燃料試樣進行，分別 一由DME與水摻合，一為DME與甲酵摻合，一為DME與 丙垸摻合，和淨戊烷。所有各項量测進行於空氣-對-燃 料比為大約0.4或大約為1.0 。從第一組燃料試樣量測 所得見如下表I 。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210Χ297':.>^ ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 137 五、發明説明（IS ) 表I -點燃延遲時間（毫秒） 溫度 ⑺ 壓力 (ps ig) 當量比 100S!DME 0%Me0H 0!KH 2 0 82S；DME 15%Me0H 3«H 2 〇 87«DHE 10%Me0H 3%H 2 0 740 100 1.0 一 113 72 740 200 1.0 24 103 50 680 200 1.0 72 99 — 740 100 0.4 — 95 52 740 200 0.4 26 85 66 680 100 0.4 134 165 —

從第二組燃料試樣量測所得見如下表I —17— (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁) -線— . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規梠（210X2W公筇） A7 B7 五、發明説明（lb ) 表κ -點燃延遲時間β (毫秒） 溫度 (Τ) 壓力 (ps ig) 91.8«DME 8.16SIH 2 0 91.8«DME 8.16%MeOH 91.84%DME 8.16%C a H a OXDME 100S!C 5 H12 740 208.3 35.9 740 206.3 41.4 740 205.8 38.4 740 212.4 79.4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印奴 *所有各項量測之當量比為0.4進行。 點燃延遲時間量測也Μ淨D Μ Ε注入燃燒室而進入，其 中充有預混之空氣-甲烷氣體。從此等試驗之量測見於 表ΠΙ ,如下。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210Χ297公筇） A7 五、發明説明（17 ) 經濟部中央標準局員工消费合作社印^ 表Μ -點燃延遲時間 溫度 (Τ ) 壓 力 (ps i g) 空氣中CH 4 之％ 點燃延遲時間 (微秒） 802 205 0 30.2 797 204 0 32.1 804 199 0 36.0 802 211 12 52.1 806 211 12 52.5 809 213 12 53.5 799 209 20 67.9 804 210 29 91.9 797 209 29 106.6 795 209 29 108.9 804 209 29 115.9 790 207 29 125.3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) @

-IT 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规梠（2丨〇Χ29·7公劝） A7 137 經濟部中央標準局員工消费合作社印敦 五、發明説明 ( 18 ) 1 i I 表 I 最 測 點 燃 延 遲 時 間 之 结 果 表 示 DME-甲醇 -水之摻 1 1 r 合 物 比 淨 DHE 有 明 顯 較 長 的 點 燃 延 遲 時 間。這 些 结 果 也 請 表 示 在 DHE 摻 合 燃 料 中 甲 醇 含 量 增 加 則 點燃延 遲 時 間 也 先 閱 增 長 〇 在 表 I 所 示 各 結 果 指 出 水 和 丙 烷 在增長 DME 點 /ν·η 5艿 背 1 延 遲 時 間 中 有 相 等 之 效 果 0 表 I 表 示 在 DHE摻 合 燃 料 中 之 注 意 甲 院 含 量 增 加 則 點 燃 延 遲 時 間 也 增 長 〇 事 項 4 确 例 填，1 '丨丨 寫、 k 下 列 各 實 施 例 說 明 在 DLM 燃 燒 糸 統 中 純DME 燃 料 之 燃 頁 1 燒 將 造 成 火 焰 回 閃 而 本 發 明 燃 料 之 燃 燒將不 形 成 火 焰 1 1 回 閃 〇 下 列 第 一 實 施 例 各 試 驗 是 在 工 業 級DLN 燃 燒 室 中 1 1 用 根 據 本 發 明 DME 摻 合 燃 料 進 行 〇 第 二 實施例 各 試 驗 是 1 在 實 驗 室 童 级 DLM 燃 燒 条 統 中 用 純 DME 和DME 摻 合 燃 料 訂 進 行 〇 1 I 宵 m 例 1 1 1 一 液 態 燃 料 混 合 物 > 由 2 . 9 重 量 % 水 ,14.2 重 量 % 甲 | 醇 > 和 82 • 9 重 量 % 甲 醚 組 成 » 用 兩 涸 步 進室渦 輪 泉 串 連 it 1 送 至 蒸 發 器 / 過 熱 器 單 元 〇 第 一 泵 ( 作為傳 輸 泵 ) 壓 1 1 縮 燃 料 白 約 40 ~ 6 0 p si g至約300 P s i g 〇 第 二泵（ 作 為 增 壓 i I 泵 ) 增 加 壓 力 至 5 5 0 p si ε . 並將液態燃料泵至操作於約 1 1 4 5 0 p si ε 蒸 發 器 * 液 態 燃 料 在 其 間 被 蒸 發。 1 壓 縮 空 氣 Μ 約 44磅 每 秒 ( 磅 / 秒 ) 至 約5 4磅 / 秋 之 速 I 率 被 飼 至 DLN ψ. Λ，、、* 燒 室 〇 縮 空 氣 之 溫 度 在自約 5 6 5 °F 至 7 1 0T之間 )DLN 燃燒室内壓力在自約1 2 0 p s ί a 至 約 180 1 1 P s i g 之 間 0 經 蒸 發 之 m a，、、、 料 ， 具 有 350 T以上之溫度， 被 1 1 -20- 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X2W公筇） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（19) K空氣流速為約1 . 〇重量；S至約4 . 6重量％之速率注入 DLN燃燒室。 燃燒試驗之结果證明所設計用於天然氣和習用蒸餾燃 料之DLN燃燒室，成功燃燒飼人之燃料而在預混模式中 無任何回閃問題，並滿足K天然氣燃料為標的之低排放 需求（在渦輪機排氣中於15¾氧之水準為15ppiBVd ΝΟχ) Ο 如Μ上所表示，燃料之回閃特性和整體渦輪機条統之 可蓮轉性，在商業燃燒室之操作條件下常Κ燃燒室之動 壓力效能反映。在此動壓力效能，甚至在相對較低之負 載，保持遠低於4psi，因此無回閃發生。 g搁例2 實驗室查级之燃燒室試驗進行於DLN系統，在「預混」 模式中操作K比較回閃問題於兩種液態燃料之閭：一為 淨甲醚；而另一為甲醚摻合物，由15重量％甲醇、3重 量％水和82重虽ϋ：甲醚組成。關鍵操作條件見於表IV。 相似燃燒條件而言，用純甲醚之試驗指出有嚴重回閃問 題（在燃料/空氣預混室中出琨火焰），而用甲醚摻合 燃料者未見任何如此之回閃問題。 -21- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4現格（210Χ 297公兑） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標隼局員工消f合作社印製 Λ7 B7 五、發明説明（2〇 ) 表W-實驗室量级DLN燃燒室試驗 (預混模式） 燃 料 純DME DME摻合燃料 壓力（大氣壓） 5.2 5,2 DME流量（加侖/分） 1.7-1.8 1 .7-1 .8 空氣流量（磅/秒） 3. 1 3.1 空氣溫度（mil ) 740-750 740-750 DME蒸汽溫度（T ) 300-310 300-310 是否發生回閃 是 否 Μ上所述僅供澄清瞭解，須知其中無不必要之限制。 在本發明範圍之内所作更改，對熟諳此技藝者將為顯而 易見。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4说梠（210Χ 297公分） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Λ7 B7 經濟部中央標準局員工消f合作社印敢 五、發明説明（2工 參考符號說明 10 乾 低 N0 X 12 管 道 14 壓 縮 機 16 管 線 18 閥 20 燃 燒 室 11' 泵 24 蒸 發 器 26 管 線 28 閥 30 閥 32 閥 34 第 一 噴 咀 36 第 一 區 38 第 一 噴 咀 40 第 二 區 42 火 焰 44 排 出 區 46 排 氣 管 線 48 混 合 器 50 分 岐 管 路 52 閥 54 管 線 燃燒系统 23- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )，\4说枯（210X297公处） A7 B7 五、發明説明（22 6 8 5 5 機輪線囪軸 渦管煙轉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4现梠（210Χ 297公处）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種燃料組成物，包含如下之混合物： (a) 15重量％至93重量ϋί之甲醚； (b) 7重量至85重量之至少一種醇，和 (c) 0重量$至50重量％之至少一種成份選自水和 C i - C 6烷烴。 2. 如申請專利範圍第1項之燃料組成物，其中該醇選自 包括甲醇、乙醇、和丙醇組成之群，而且該成份（c) 是選自包括水、甲烷、丙烷、和液化石油氣組成之群。 3. 如申請專利範圍第1項之燃料組成物，含有80重量 至93重量之該甲醚，7重量S：至20重垦$之甲醇， 和0重量％至10重量X之一種成份，選自包括水、甲 醇、丙醇、和液化石油氣等組成之群。 4. 一種產生能量之方法，該方法所含步驟為·· U)將如申請專利範圍第1項之燃料組成物送至已 啟動之渦輪機燃燒器之乾燥低量ΝΟχ燃燒室，與所 存在之燃燒用含氧氣體形成煙道；和 (Π)將該煙道氣送至已啟動之渦輪機-燃燒器之渦 輪機K產生能量。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 5. 如申請專利範圃第4項之方法，其中該乾燥低量M0X 燃燒室K 一預混模式操作。 6. 如申謫專利範圍第4項之方法，其中該含氧氣體為空 氣。 7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該含氧氣體之一 部份從該已啟動之渦輪機-燃燒器之壓縮機直接與該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） ABCD 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 六、申請專利範圍 煙道氣被送至該渦輪機。 8. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該燃料和該含氧 氣體之混合物被送經該燃燒室Μ燃燒其中之該燃料， 其中該混合物在該燃燒室中具有一留駐時間，且該燃 料-氣體混合物Κ點燃延遲時間為特徽，燃料組成物 成份（a) 、（b)和如若存在之（c)等之各別比例，經 選擇使在燃燒室之操作條件下該燃料-氣體混合物之 點燃延遲時間超過其留駐時間者。 9. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該燃料和該含氧 氣體之混合物被送經該燃燒室以燃燒其中之燃料Μ產 生該煙道氣，其中之燃燒室Μ —預混模式操作，而且 燃料組成物成份（a) 、（b)和如若存在之（c)等之各 別比例，經選擇使在燃燒室之預混模式操作條件下所 產生煙道氣在15¾之氧水準具有20ppmvd或更少之H0X 濃度者。 10. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該燃料和該含 氧氣體之混合物被送經該燃燒室K燃燒其中之燃料K 產生該煙道氣，其中之燃燒室K 一預混模式操作，而 且燃料組成物成份（a) 、（b)和若存在之（c)等之各 別比例，經選擇使在燃燒室之預混模式操作條件下所 產生煙道氣，具有20ppmVd或更少之一氧化碳濃度者。 ~26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公缝） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. -β I