專利名稱：用于降低系統(tǒng)產(chǎn)生的排放的水平的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及燃燒系統(tǒng)，且尤其涉及包括初級反應(yīng)區(qū)和次級反應(yīng)區(qū)的燃燒系 統(tǒng)，次級反應(yīng)區(qū)包括用于將流體噴射到初級反應(yīng)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物流中的噴射器。
背景技術(shù)：
通常，一些燃燒系統(tǒng)通過燃燒燃料和空氣混合物來產(chǎn)生機(jī)械扭矩。此過程會(huì)產(chǎn)生 副產(chǎn)品，包括不希望的排放。一些燃燒系統(tǒng)形成渦輪機(jī)(例如但不限于燃?xì)廨啓C(jī))的基本 部分。主要排放是氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)以及未燃燒的碳?xì)浠衔?UHC)。吸氣 機(jī)(airbreathing machine)(例如但不限于燃?xì)廨啓C(jī))中的分子氮的氧化主要取決于燃燒 系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)中的最大溫度和反應(yīng)物在燃燒器內(nèi)達(dá)到的最大溫度處的駐留時(shí)間。通過將反應(yīng) 區(qū)溫度保持在形成熱NOx的水平以下或者通過保持非常短的高溫處的駐留時(shí)間從而使得 沒有足夠的時(shí)間來進(jìn)行NOx形成反應(yīng)來最大程度地降低熱NOx形成的水平。將反應(yīng)區(qū)的溫度控制在形成熱NOx的水平以下的一種方法是在燃燒之前使燃料 和空氣預(yù)混合成貧燃混合物。日期為1981年10月的美國專利No. 4，292，801描述了用于 燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用的基于貧燃預(yù)混合燃燒技術(shù)的雙級雙模式低NOx燃燒器。日期為1993年11 月的美國專利No. 5，259，184描述了用于燃?xì)廨啓C(jī)的干式低NOx單級雙模式燃燒器結(jié)構(gòu)。存在于貧燃預(yù)混合燃燒器的反應(yīng)區(qū)中的過量空氣的熱質(zhì)量會(huì)吸熱，且會(huì)將燃燒產(chǎn) 物的溫升降低到熱NOx的形成被降低的水平。但是對于一些渦輪機(jī)來說，在一些負(fù)載情況 下，進(jìn)入第一級渦輪噴嘴的產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的所需溫度需要在反應(yīng)區(qū)中的峰值氣體溫度處 操作。峰值操作通常會(huì)超過熱NOx形成的閾值溫度，從而形成大量N0x，即使燃料和空氣是 貧燃預(yù)混合形式的。因此，期望獲得足夠高的燃燒器出口溫度，以滿足那些渦輪機(jī)的要求， 而不會(huì)形成大量的熱NOx。在渦輪機(jī)工業(yè)中廣泛使用碳?xì)浠衔锶剂显诳諝庵械呢毴碱A(yù)混合燃燒來降低排 放水平；特別是降低燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的熱NOx排放水平。碳?xì)浠衔锶剂虾涂諝獾呢毴贾?接噴射(LDI)也是降低NOx排放水平的一種有效的方法。一些LDI系統(tǒng)需要主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。主動(dòng)冷卻系統(tǒng)可包括霧化空氣壓縮機(jī)、歧管、管 道和其它昂貴的結(jié)構(gòu)。主動(dòng)冷卻系統(tǒng)可被認(rèn)為是渦輪機(jī)輸出上的寄生負(fù)載；且會(huì)消耗大量 能量，并且需要操作成本。一些LDI系統(tǒng)也許不能均勻分配噴射的燃料和空氣混合物，這會(huì)導(dǎo)致局部的高 NOx的區(qū)域，且會(huì)在一些渦輪機(jī)和燃燒硬件上造成熱條痕。這里，噴射器的位置可能是固定 的，且不允許進(jìn)行調(diào)整。期望有操作LDI系統(tǒng)的改進(jìn)的方法。該方法應(yīng)當(dāng)結(jié)合被動(dòng)冷卻系統(tǒng)且不需要主動(dòng) 冷卻系統(tǒng)。該方法還應(yīng)當(dāng)允許調(diào)節(jié)離開噴射器的流體的位置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種降低由系統(tǒng)產(chǎn)生的排放的水平的方法，該方法包括提供用于產(chǎn)生動(dòng)力的燃燒系統(tǒng)，其中，燃燒系統(tǒng)包括包括至少一個(gè)初級燃料噴嘴的產(chǎn)生燃燒 產(chǎn)物流的初級燃燒系統(tǒng)；以及位于初級燃燒系統(tǒng)下游的次級燃燒系統(tǒng)，其中，次級燃燒系統(tǒng) 包括用于將流體輸送到燃燒產(chǎn)物流中的至少一個(gè)噴射器；提供空氣流，其中，空氣流將空氣 供應(yīng)到初級燃燒系統(tǒng)和次級燃燒系統(tǒng)；在初級燃燒系統(tǒng)和次級燃燒系統(tǒng)之間分配燃料。根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例，一種用于降低由渦輪機(jī)產(chǎn)生的排放的水平的系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)包括入口段、壓縮機(jī)段、渦輪段、燃燒系統(tǒng)，其中，燃燒系統(tǒng)包 括包括多個(gè)初級燃料噴嘴的用于產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流的初級燃燒系統(tǒng)；以及位于初級燃燒系 統(tǒng)下游的次級燃燒系統(tǒng)；其中，次級燃燒系統(tǒng)包括用于將流體輸送到燃燒產(chǎn)物流中的多個(gè) 噴射器；其中，空氣流離開壓縮機(jī)段，且流到初級燃燒系統(tǒng)和次級燃燒系統(tǒng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)的局部橫截面?zhèn)纫晥D。圖2是圖1的燃燒器的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2的次級燃燒系統(tǒng)的實(shí)施例的軸向視圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于次級燃燒系統(tǒng)中的流體的流路的示意 圖。圖5A和5B合起來為圖5，是示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的、用于次級燃燒系 統(tǒng)中的流體的流路的示意圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的噴射器端部的實(shí)施例的示意圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作渦輪機(jī)的方法的流程圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于操作渦輪機(jī)的示例性系統(tǒng)的框圖。
標(biāo)號(hào)列表
10渦輪機(jī)
12噴射器
14入口段
16壓縮機(jī)段
18渦輪段
20燃燒器段
22初級燃燒系統(tǒng)
24次級燃燒系統(tǒng)
26排氣段
28負(fù)載
34噴射器端部
36湍流器
38鋸齒端部
40穿孔的端部
42喇叭口端部
44踏板端部
46城堡形端部
48階梯形端部
60短噴射器
62長噴射器
110燃燒器
112渦輪噴嘴
114壓縮機(jī)構(gòu)件
116預(yù)混合燃料噴嘴
118沖擊套管
120導(dǎo)流套管
122過渡件
124次級反應(yīng)區(qū)
126殼體
128端蓋
130啟動(dòng)燃料噴嘴
132燃燒襯套
134蓋組件
136擴(kuò)散器
138組件
140稀釋劑歧管
142燃料混合物歧管
144環(huán)形室
148旋流器
150 燃料輻條(fuel spokes)
152初級反應(yīng)區(qū)
154冷卻劑流集中器
具體實(shí)施例方式僅僅為了方便而在本文中使用了某些術(shù)語，且這些術(shù)語不應(yīng)理解為限制本發(fā)明。 例如，諸如“上”、“下”、“左”、“前”、“右”、“水平的”、“垂直的”、“上游”、“下游”、“前面”、“后
面”的詞語僅描述圖中顯示的構(gòu)造。實(shí)際上，構(gòu)件可沿任何方向定向，因此，術(shù)語應(yīng)理解為包 括這種變化，除非另外指出。以下論述集中在本發(fā)明結(jié)合渦輪機(jī)(例如但不限于燃?xì)廨啓C(jī))的實(shí)施例。本發(fā)明 的其它實(shí)施例可結(jié)合操作者可能期望降低排放水平的其它燃燒系統(tǒng)。例如，但非限制，其它 燃燒系統(tǒng)可包括窯爐、熔爐、燃燒式鍋爐等。本發(fā)明的實(shí)施例提供了操作具有LDI功能的燃燒系統(tǒng)的方法。該方法為LDI系統(tǒng) 的噴射器提供了被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。方法還可提供用以引導(dǎo)離開LDI系統(tǒng)的噴射器的流體流的 機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在參看附圖，其中，各種標(biāo)號(hào)在幾個(gè)視圖中始終表示相同的元件。圖1是根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)10的局部橫截面?zhèn)纫晥D。渦輪機(jī)10可包括初級燃燒系統(tǒng)22和次級燃燒系統(tǒng)24，次級燃燒系統(tǒng)24包括用于將次級流體噴射到由初級燃燒系統(tǒng)22產(chǎn)生的燃 燒產(chǎn)物流中的至少一個(gè)噴射器12(圖1中未示出)。渦輪機(jī)10的實(shí)施例可包括入口段14 ；在入口段14下游的壓縮機(jī)段16 ；包括在入 口段14下游的初級燃燒系統(tǒng)22以及在初級燃燒系統(tǒng)22下游的次級燃燒系統(tǒng)24的燃燒段 20 ；渦輪段18和排氣段26。次級燃燒系統(tǒng)24可考慮具有LDI系統(tǒng)，或者可結(jié)合LDI系統(tǒng)。 如圖所示，例如在圖2中，次級燃燒系統(tǒng)24可包括用于將次級流體(例如但不限于燃料和 空氣混合物)噴射到從初級燃燒系統(tǒng)22流出的燃燒產(chǎn)物流的至少一個(gè)噴射器12。再次參 看圖1，渦輪機(jī)10還可包括渦輪段18。渦輪段18可通過公共軸連接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)段16和負(fù) 載28。負(fù)載28可為但不限于發(fā)電機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)器等。燃燒段20可包括環(huán)形排列的多個(gè)周向隔開的燃燒器110。燃料和空氣混合物可在 各個(gè)燃燒器110中燃燒，以產(chǎn)生次級燃燒產(chǎn)物流，次級燃燒產(chǎn)物流可流過過渡件122，然后 流到渦輪段18的多個(gè)渦輪噴嘴112。傳統(tǒng)燃燒器110在上述美國專利No. 5，259，184中有 所描述。為了本描述，可以僅參照一個(gè)燃燒器110，布置在燃燒段20周圍的所有其它燃燒器 110可與所示燃燒器100基本相同。雖然圖1示出了多個(gè)周向隔開的燃燒器110，且圖2顯 示了可認(rèn)為是筒形燃燒器的燃燒器100的橫截面，但是本發(fā)明可與其它燃燒器系統(tǒng)一起使 用，其它燃燒器系統(tǒng)包括且不限于環(huán)形或筒形燃燒器系統(tǒng)。圖2是用于圖1的燃燒段20的燃燒器100的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2 示出了包括組件內(nèi)的初級燃燒系統(tǒng)22和次級燃燒系統(tǒng)24的燃燒器110，如美國專利 No. 6，047，550和美國專利No. 6，192，688中所描述。燃燒器110的實(shí)施例還包括噴射器12 和過渡件122，過渡件122大體允許產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物流到渦輪噴嘴112。初級燃燒系統(tǒng)22的實(shí)施例可包括殼體126、端蓋128、多個(gè)啟動(dòng)燃料噴嘴130、多個(gè) 預(yù)混合燃料噴嘴116、蓋組件134、導(dǎo)流套管120和在導(dǎo)流套管120內(nèi)的燃燒襯套132。蓋組 件134的實(shí)例在美國專利No. 5，274，991中所有描述。初級燃燒系統(tǒng)22中的燃燒可發(fā)生在 燃燒襯套132內(nèi)。通常，燃燒空氣通過導(dǎo)流套管120被引導(dǎo)到燃燒襯套132內(nèi)，且通過形成 于蓋組件134中的多個(gè)開口進(jìn)入燃燒襯套132?？諝饪稍诳缭缴w組件134的壓差下進(jìn)入燃 燒襯套132，且與來自啟動(dòng)燃料噴嘴130和/或燃燒襯套132內(nèi)的預(yù)混合燃料噴嘴116的燃 料混合。結(jié)果，燃燒襯套132內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃燒反應(yīng)會(huì)釋放驅(qū)動(dòng)渦輪段18的熱能。用于初級燃燒系統(tǒng)22的高壓空氣可從環(huán)形室144進(jìn)入導(dǎo)流套管120和沖擊套管 118。由一系列翼片表示的壓縮機(jī)段16、在其它壓縮機(jī)構(gòu)件114和擴(kuò)散器136處的葉片供應(yīng) 此高壓空氣。各個(gè)預(yù)混合燃料噴嘴116可包括旋流器148，旋流器148可包括多個(gè)旋流翼 片，旋流翼片對進(jìn)入的空氣施加旋轉(zhuǎn)，且允許進(jìn)入的燃料分配到旋轉(zhuǎn)的空氣流內(nèi)。然后燃料 和空氣在初級反應(yīng)區(qū)152內(nèi)發(fā)生反應(yīng)之前在預(yù)混合燃料噴嘴116內(nèi)的環(huán)形通道中混合。次級燃燒系統(tǒng)24的實(shí)施例可包括用于與至少一個(gè)噴射器12連通的組件138。如 圖2和3所示，組件138的實(shí)施例可包括稀釋劑歧管140 ；燃料混合物歧管142 ；以及多個(gè)噴 射器12，其可穿透燃燒襯套132且將額外的燃料混合物和稀釋劑引導(dǎo)到燃燒器110內(nèi)的次 級反應(yīng)區(qū)124中。離開初級反應(yīng)區(qū)152的燃燒產(chǎn)物可處于允許次級燃料混合物自動(dòng)點(diǎn)燃的 熱力學(xué)狀態(tài)。所產(chǎn)生的次級碳?xì)浠衔锶剂涎趸磻?yīng)在過渡件122中基本完成。次級燃燒 系統(tǒng)24和噴射器12的實(shí)施例可允許燃燒與在初級燃燒系統(tǒng)22內(nèi)燃燒的燃料不同的燃料。 例如，但非限制，噴射器可允許燃燒合成燃料、合成氣等。
如圖2所示，次級燃燒系統(tǒng)24的實(shí)施例可包括遍及各處定位的多個(gè)噴射器12。本 發(fā)明的實(shí)施例可以位于過渡件122內(nèi)的至少一個(gè)噴射器12起作用。本發(fā)明的備選實(shí)施例 可結(jié)合遍及各處地定位在過渡件122中的多個(gè)噴射器12，例如但不限于圖2所示。這里，噴 射器12定位在過渡件122的上游端部和下游端部附近。在本發(fā)明的實(shí)施例中，多個(gè)噴射器 12是可沿徑向方向、軸向方向或它們的組合的方向插入的。例如，但非限制，第一噴射器12 可沿軸向方向定位在過渡件122的下游端部附近，而第二噴射器12可沿徑向方向定位在過 渡件122的上游端部附近。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2的次級燃燒系統(tǒng)24的實(shí)施例的軸向視圖。日 期為2005年3月22日的美國專利No. 6，868，676描述了次級燃燒系統(tǒng)24的實(shí)施例。如圖 3所示，次級燃燒系統(tǒng)24可包括多個(gè)噴射器12，多個(gè)噴射器12可以在空間上分配到由初級 燃燒系統(tǒng)22產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物流中。多個(gè)噴射器12可包括長噴射器62和短噴射器60的組 合，例如但不限于交替的長和短的噴射器62、60。圖4和5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于次級燃燒系統(tǒng)24中的流體的流路 的示意圖。次級燃燒系統(tǒng)24的流體可包括空氣；燃料，例如但不限于天然氣；以及它們的混 合物。流過次級燃燒系統(tǒng)24的噴射器12的流體可取決于渦輪機(jī)10的操作模式。本發(fā)明的實(shí)施例可包括結(jié)合被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的噴射器12。這里，當(dāng)渦輪機(jī)10在不需 要次級燃燒系統(tǒng)24來產(chǎn)生額外的燃燒產(chǎn)物的模式中操作時(shí)，噴射器12可被持續(xù)冷卻。被 動(dòng)冷卻系統(tǒng)可消除對昂貴的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的需要，主動(dòng)冷卻系統(tǒng)可大體包括霧化空氣壓 縮機(jī)、蒸汽源等。被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的實(shí)施例可將從壓縮機(jī)段16中排出的空氣流的一部分供應(yīng) 到噴射器12的上游端部。在一些燃燒系統(tǒng)中，回路允許壓縮機(jī)段16將燃燒空氣供應(yīng)到初 級燃燒系統(tǒng)22。這里，被動(dòng)冷卻系統(tǒng)可與該回路聯(lián)結(jié)。這可降低對使冷卻劑能夠或不能夠 流到噴射器12的需要?，F(xiàn)在具體參看圖4，該圖是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于次級燃燒系統(tǒng)24 中的流體的流路的示意圖。如圖所示，噴射器12可連接在沖擊套管118和過渡件122之間。 但是，本發(fā)明不限于將噴射器12定位在沖擊套管118和過渡件122之間；噴射器12可安裝 在燃燒段20的其它位置。在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓縮機(jī)排氣流可從擴(kuò)散器136向上游朝向初級燃燒系統(tǒng)22 流動(dòng)(如圖2所示)。壓縮機(jī)排氣流的一部分可在噴射器12附近流動(dòng)，如圖4所示。當(dāng)次 級燃燒系統(tǒng)24產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物時(shí)，壓縮機(jī)排氣流可與燃料進(jìn)行預(yù)混合。然后由于從初級燃燒 系統(tǒng)22中流出的燃燒產(chǎn)物的熱力學(xué)特性，混合物可自動(dòng)點(diǎn)燃。當(dāng)次級燃燒系統(tǒng)24不產(chǎn)生 燃燒產(chǎn)物時(shí)，壓縮機(jī)排放物一般用來冷卻噴射器12，噴射器12被初級燃燒系統(tǒng)22的流動(dòng)的 燃燒產(chǎn)物所加熱。噴射器12的實(shí)施例可包括具有開口的局部為管形的形式，開口允許流體進(jìn)入初 級燃燒系統(tǒng)22和次級燃燒系統(tǒng)24的流路。噴射器12的實(shí)施例可認(rèn)為是非侵入性噴射器， 其可以不延伸到燃燒室中，且可安裝在過渡件122內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例可允許調(diào)節(jié)離開噴 射器12的流體的位置。這可允許對流到過渡件122中的次級燃燒產(chǎn)物的路徑的定位。圖5A和5B合起來為圖5，是示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的、用于次級燃燒系 統(tǒng)24的流體的流路的示意圖。實(shí)質(zhì)上，圖5示出了噴射器12的備選實(shí)施例，其可結(jié)合本發(fā) 明的實(shí)施例的次級燃燒系統(tǒng)24。這里，噴射器12可包括噴射器端部34和湍流器36。
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湍流器36可大體用來協(xié)助燃料和空氣的預(yù)混合。湍流器36可采用位于噴射器端 部34附近的非駐焰結(jié)構(gòu)的形式，例如但不限于圖5所示。噴射器12的備選實(shí)施例可為其它 預(yù)混合器構(gòu)造。噴射器端部34可大體用來協(xié)助次級燃燒系統(tǒng)24的燃料和空氣的預(yù)混合。 噴射器端部34可位于噴射器12的上游端部，且為在燃燒之前接收和/或接合燃料和空氣 的部分。噴射器端部34還可用作流量調(diào)節(jié)器，流量調(diào)節(jié)器允許在噴射器12中流動(dòng)的流體 的幾乎均勻的流量。噴射器端部34可對次級燃燒系統(tǒng)24提供許多益處，包括a)更多的 流體穿透，b)增強(qiáng)的預(yù)混合，以及c)允許在次級燃燒系統(tǒng)24中的流體的徑向分級。圖5A具體地示出了基本可由過渡件122的一部分固定的噴射器12的實(shí)施例。這 里，沖擊套管118可包圍噴射器12的整個(gè)主體。圖5A還示出了冷卻劑流集中器154，其可 協(xié)助集中冷卻空氣流。這里，冷卻空氣流可被認(rèn)為是逆向空氣掃氣，允許冷卻空氣流沿優(yōu)選 方向流動(dòng)。圖5B具體地示出了基本可由過渡件122的一部分和沖擊套管118的一部分固定 的噴射器12的實(shí)施例。這里，噴射器12的一部分可延伸超過沖擊套管118的頂部表面，如 圖5B所示。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的噴射器端部34的各種實(shí)施例的示意圖。 各個(gè)所示實(shí)施例可結(jié)合次級燃燒系統(tǒng)24的實(shí)施例。這些實(shí)施例可提供簡單機(jī)構(gòu)來預(yù)混合 進(jìn)入噴射器12的燃料和空氣，同時(shí)對噴射器12提供冷卻。這些實(shí)施例還可允許更長長度 的噴射器12，從而允許預(yù)混合燃料在過渡件122內(nèi)更好的分配。如圖所示，這些實(shí)施例包 括鋸齒端部38、穿孔的端部40、喇叭口端部42、踏板端部44、城堡形端部46和階梯形端部 48。圖中未示出的噴射器端34的其它形狀也可結(jié)合在本發(fā)明內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例的構(gòu)件 可由任何能夠經(jīng)受住噴射器端部34和噴射器12所暴露的操作環(huán)境的材料制成。如將理解的，本發(fā)明可實(shí)施為方法、系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用 完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或結(jié)合軟件和硬件方 面的實(shí)施例的形式，這些全部都在本文中一般地稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā) 明可采用具有實(shí)施在介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可用的程序代碼的計(jì)算機(jī)可用的存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品的形式。如本文所用，術(shù)語“軟件”和“固件”是可互換的，且包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器 中用于由處理器執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序，存儲(chǔ)器包括RAM存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器、EPR0M存儲(chǔ) 器、EEPR0M存儲(chǔ)器和非易失性RAM (NVRAM)存儲(chǔ)器。以上存儲(chǔ)器類型僅是示例性的，且因此 對于可用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器類型不是限制性的。可使用任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可用或可讀介質(zhì)可為，例如但不限于， 電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外、或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更 具體的實(shí)施例(未窮盡性列表)將包括以下裝置具有一個(gè)或多個(gè)線材的電連接、便攜式 計(jì)算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (EPR0M或閃存)、光纖、便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、光學(xué)存儲(chǔ)裝置、諸如那些支持因 特網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒體，或者磁存儲(chǔ)裝置。注意，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)甚至 可以是程序印刷在其上的紙張或其它適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，因?yàn)槌绦蚩赏ㄟ^以下方法以電子的方式 獲取，即例如，對紙張或其它介質(zhì)進(jìn)行光掃描，然后編譯、解析或以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行其它處 理，如果必要的話，然后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。在本文的上下文中，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)可為可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或與指
8令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合起來使用的程序的任何介質(zhì)?？梢杂弥T如JaVa7、Smalltalk或C++等的面向?qū)ο缶幊陶Z言編寫用于執(zhí)行本發(fā)明 的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼。但是，還可用傳統(tǒng)的過程編程語言來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明的操 作的計(jì)算機(jī)程序代碼，例如“C”編程語言或者類似的語言。程序代碼可完全在用戶的計(jì)算 機(jī)上執(zhí)行，可作為獨(dú)立的軟件包部分在用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，部分在用戶的計(jì)算機(jī)上且部 分在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)執(zhí)行。在后一種情況下，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可通過 局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)連接到用戶的計(jì)算機(jī)上，或者可連接到外部計(jì)算機(jī)上(例如， 通過使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商的因特網(wǎng))。參考根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/ 或框圖在以下對本發(fā)明進(jìn)行描述。將理解的是流程圖和/或框圖的各個(gè)塊，以及流程圖和 /或框圖中的塊的組合可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)程序指令可提供給公用計(jì)算 機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或者其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器來產(chǎn)生機(jī)器，從而使得通過計(jì)算機(jī) 或其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令建立用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖塊或塊 中特定的功能/動(dòng)作的方法。這些計(jì)算機(jī)程序指令還可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器可引導(dǎo) 計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定的方式起作用，從而使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存 儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖塊或塊中特定的功能/動(dòng)作的指令方法的工 業(yè)品。計(jì)算機(jī)程序指令也可加載到計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，以在計(jì)算機(jī)或其 它可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列的操作步驟，以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，從而使得在計(jì)算機(jī)或 其它可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖塊中特定的功能/動(dòng)作的步 驟。如本文所用，術(shù)語處理器指的是中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路 (RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路，以及能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或 處理器。如所論述的，本發(fā)明提供了操作包括初級燃燒系統(tǒng)22和次級燃燒系統(tǒng)24的渦輪 機(jī)10的方法。本文描述的方法僅表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，且不應(yīng)被認(rèn)為是可用來實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的唯一方法。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作渦輪機(jī)或其它吸氣燃燒系統(tǒng)的方法700 的流程圖。如所論述的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了操作如所描述的具有LDI功能的燃燒系統(tǒng) 的方法。方法可為LDI系統(tǒng)的噴射器提供被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。方法還可提供用以引導(dǎo)離開噴射 器且進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的流路的流體流的機(jī)構(gòu)。如所論述的，燃燒系統(tǒng)可結(jié)合渦輪機(jī)10，例如但不限于燃?xì)廨啓C(jī)，或結(jié)合了燃燒系 統(tǒng)的其它機(jī)器。在步驟710中，渦輪機(jī)10可產(chǎn)生排放。這里，渦輪機(jī)10可在啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)備 用、部分負(fù)載狀態(tài)或滿載狀態(tài)中操作。在步驟720中，方法700可被動(dòng)地冷卻次級燃燒系統(tǒng)24的至少一個(gè)噴射器12。如 所論述的，本發(fā)明的實(shí)施例為次級燃燒系統(tǒng)24提供被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了 通過使用壓縮機(jī)排氣來進(jìn)行被動(dòng)冷卻的方法，壓縮機(jī)排氣的一部分通常流到初級燃燒系統(tǒng) 22，以冷卻空氣和/或?qū)⒖諝馓峁┙o噴射器12。這里，噴射器12可接收充分的空氣流，因?yàn)?初級燃燒系統(tǒng)22也接收了充分的空氣流。通過允許降低與主動(dòng)冷卻系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的寄生負(fù) 載，例如但不限于霧化空氣壓縮機(jī)的操作，被動(dòng)特征可被證明是有益。
在步驟730中，方法700可確定是否要分配流到燃燒段18中的燃料。這里，當(dāng)渦 輪機(jī)10的操作狀態(tài)改變時(shí)，操作者可能期望將更多燃料輸送到初級燃燒系統(tǒng)22或次級燃 燒系統(tǒng)24。如果需要分配，則方法700可前進(jìn)到步驟740 ；否則方法700可回到步驟720。在步驟740中，方法700可確定燃料流在初級燃燒系統(tǒng)22和次級燃燒系統(tǒng)24之 間的劃分。本發(fā)明的實(shí)施例可自動(dòng)確定該劃分。本發(fā)明的備選實(shí)施例可允許用戶輸入期望 的流劃分。在步驟750中，方法700可應(yīng)用在步驟740中確定的燃料劃分。本發(fā)明的實(shí)施例 可自動(dòng)應(yīng)用該劃分。本發(fā)明的備選實(shí)施例可允許用戶應(yīng)用期望的流劃分。方法700提供了許多新穎的好處和特征。在使用中，噴射器12的實(shí)施例可允許改 變?nèi)紵到y(tǒng)內(nèi)的燃料劃分。這可允許噴射器12將比之前流到次級燃燒系統(tǒng)24的一個(gè)區(qū)域 中更多的空氣/燃料輸送到該區(qū)域中。當(dāng)渦輪機(jī)10在較低負(fù)載下操作時(shí)，可不使用噴射器12。這里，更多的壓縮機(jī)排氣 可流到初級燃燒系統(tǒng)22，這可允許較低的且產(chǎn)生較少NOx排放的火焰溫度。當(dāng)渦輪機(jī)10在較高負(fù)載下操作時(shí)，可使用噴射器12。這里，更多的壓縮機(jī)排氣可 流到噴射器12，以允許與燃料進(jìn)行預(yù)混合。實(shí)際的空氣分配可取決于燃料噴射器12的所選 實(shí)施例的特征。此特征可減少共振時(shí)間，且降低NOx產(chǎn)生。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用以操作被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)800的步驟 圖示。方法700的要素可體現(xiàn)在系統(tǒng)800中，且由系統(tǒng)800執(zhí)行。系統(tǒng)800可包括一個(gè)或 多個(gè)用戶或客戶通信裝置802或類似的系統(tǒng)或裝置(圖8中示出了兩個(gè))。各個(gè)通信裝置 802可為例如但不限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助手、蜂窩電話，或能夠發(fā)送和接收電子消息 的類似裝置。通信裝置802可包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器804或本地文件系統(tǒng)。系統(tǒng)存儲(chǔ)器804可包括 例如但不限于只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。ROM可包括基本輸入/輸出系統(tǒng) (BIOS)。BIOS可包含有助于在通信裝置802的元件或構(gòu)件之間傳送信息的基本例程。系統(tǒng) 存儲(chǔ)器804可包含操作系統(tǒng)806來控制通信裝置802的整體運(yùn)行。系統(tǒng)存儲(chǔ)器804還可包 括瀏覽器808或網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器804還可包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)810或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼 來操作與圖7的方法700相似或包括其元件的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器804還可包括模板高速緩沖存儲(chǔ)器812，模板高速緩沖存儲(chǔ)器812可與 圖7中的方法700結(jié)合起來使用，以操作被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。通信裝置802還可包括處理器或處理單元814，以控制通信裝置802的其它構(gòu)件的 運(yùn)行。操作系統(tǒng)806，瀏覽器808，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)810可在處理單元814上運(yùn)行。處理單元 814可由系統(tǒng)總線816聯(lián)接到通信裝置802的存儲(chǔ)器系統(tǒng)804和其它構(gòu)件上。通信裝置802還可包括多個(gè)輸入裝置、輸出裝置或組合輸入/輸出裝置818。各個(gè) 輸入/輸出裝置818可由輸入/輸出接口(未在圖8中示出)聯(lián)接到系統(tǒng)總線816上。輸 入和輸出裝置或組合1/0裝置818容許用戶操作通信裝置802以及與通信裝置802交互， 以及控制瀏覽器808和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)810的運(yùn)行，訪問、操作和控制軟件，以操作被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。 1/0裝置818可包括鍵盤和計(jì)算機(jī)指示裝置(pointing device)等，以執(zhí)行本文所述的操 作。1/0裝置818還可包括磁盤驅(qū)動(dòng)器，光學(xué)、機(jī)械、磁性或紅外輸入/輸出裝置、調(diào)制解調(diào) 器等。1/0裝置818可用于訪問存儲(chǔ)介質(zhì)820。介質(zhì)820可包含、存儲(chǔ)、傳送或傳輸計(jì)算機(jī)可讀或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令，或由諸如通信裝置802的系統(tǒng)使用或與該系統(tǒng)結(jié)合使用的其 它信息。通信裝置802還可包括其它裝置或連接到其它裝置上，例如顯示器或監(jiān)視器822。 監(jiān)視器822可用來容許用戶與通信裝置802交互。通信裝置802還可包括硬盤驅(qū)動(dòng)器824。硬盤驅(qū)動(dòng)器824可由硬盤驅(qū)動(dòng)器接口(圖 8中未示出)聯(lián)接到系統(tǒng)總線816上。硬盤驅(qū)動(dòng)器824還可形成本地文件系統(tǒng)或系統(tǒng)存儲(chǔ) 器804的一部分。程序、軟件，以及數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)存儲(chǔ)器804和硬盤驅(qū)動(dòng)器824之間傳送和 交換，用于通信裝置802的運(yùn)行。通信裝置802可與遠(yuǎn)程服務(wù)器826通信，且可通過網(wǎng)絡(luò)828訪問其它服務(wù)器或類 似于通信裝置802的其它通信裝置。系統(tǒng)總線816可通過網(wǎng)絡(luò)接口 830聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)828上。 網(wǎng)絡(luò)接口 830可為調(diào)制解調(diào)器、以太網(wǎng)卡、路由器、網(wǎng)關(guān)等，用于聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)828上。聯(lián)接可 為有線或無線連接。網(wǎng)絡(luò)828可為互聯(lián)網(wǎng)、專用網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等。服務(wù)器826還可包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器832，系統(tǒng)存儲(chǔ)器832可包括文件系統(tǒng)，ROM, RAM 等。系統(tǒng)存儲(chǔ)器832可包括類似于通信裝置802中的操作系統(tǒng)806的操作系統(tǒng)834。系統(tǒng) 存儲(chǔ)器832還可包括用于操作被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)836。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)836可包括與相對 于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法700所描述的那些操作相類似的操作。服務(wù)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器 832還可包括其它文件838，應(yīng)用程序，模塊等。服務(wù)器826還可包括處理器842或處理單元，以控制在服務(wù)器826中的其它裝置 的操作。服務(wù)器826還可包括I/O裝置844。I/O裝置844可類似于通信裝置802的I/O 裝置818。服務(wù)器826可進(jìn)一步包括其它裝置846，例如監(jiān)視器等，以提供連接到服務(wù)器826 的與I/O裝置844 —起的接口。服務(wù)器826還可包括硬盤驅(qū)動(dòng)器848。系統(tǒng)總線850可連接服 務(wù)器826的不同的構(gòu)件。網(wǎng)絡(luò)接口 852可通過系統(tǒng)總線850將服務(wù)器826聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)828上。附圖中的流程圖和步驟圖示出了根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例的系統(tǒng)、方法、以及計(jì) 算機(jī)程序產(chǎn)品的可能的實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，在流程圖或步驟圖中的各個(gè) 步驟可代表包括用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能的一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分。還應(yīng)該注意的是，在一些備選實(shí)現(xiàn)中，在步驟中示出的功能可不按照附圖中所示的順序 發(fā)生。例如，取決于涉及的功能，按順序示出的兩個(gè)步驟實(shí)際上可基本同時(shí)執(zhí)行，或者步驟 有時(shí)可按相反的順序執(zhí)行。還將注意到的是，方框圖和/或流程圖的各個(gè)步驟，以及方框圖 和/或流程圖的步驟的組合，可由執(zhí)行特定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)，或者 專用硬件和計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。本文使用的術(shù)語僅僅是出于描述特定實(shí)施例的目的，并不意圖限制本發(fā)明。如本 文所用，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“此”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清晰地另作說明。將進(jìn) 一步理解的是，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，用語“包括”和/或“包含”指定所述特征、整體、步 驟、操作、元件，以及/或者構(gòu)件的存在，并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、 元件、構(gòu)件，以及/或者組的存在或附加。盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的僅一些示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了相當(dāng)詳細(xì)的說明和 描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，我們不意圖將本發(fā)明限制為實(shí)施例，因?yàn)樵诒举|(zhì) 上不脫離本發(fā)明的新穎的教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的情況下，尤其是按照前述教導(dǎo)，可對公開的實(shí)施例 進(jìn)行各種修改、省略和添加。因此，本發(fā)明覆蓋可包括由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)的所有這種修改、省略、添加和等效。
1權(quán)利要求
一種降低由系統(tǒng)產(chǎn)生的排放的水平的方法(700)，所述方法包括提供用于產(chǎn)生動(dòng)力的燃燒系統(tǒng)(20)，其中，所述燃燒系統(tǒng)(20)包括包括至少一個(gè)初級燃料噴嘴的產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流的初級燃燒系統(tǒng)(22)；位于所述初級燃燒系統(tǒng)下游的次級燃燒系統(tǒng)(24)；其中，所述次級燃燒系統(tǒng)包括用于將流體輸送到燃燒產(chǎn)物流中的至少一個(gè)噴射器(12)；提供空氣流(720)，其中，所述空氣流將空氣供應(yīng)到所述初級燃燒系統(tǒng)(22)和所述次級燃燒系統(tǒng)(24)；在所述初級燃燒系統(tǒng)和所述次級燃燒系統(tǒng)之間分配燃料(730)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述至少一個(gè)噴射器(12)徑向地 定位在所述次級燃燒系統(tǒng)(24)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述至少一個(gè)噴射器(12)軸向地 定位在所述次級燃燒系統(tǒng)(24)內(nèi)。
4 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，還包括多個(gè)所述噴射器(12)，其中， 所述多個(gè)噴射器(12)中的各個(gè)軸向地、徑向地或者以它們的組合的方式定位在所述次級 燃燒系統(tǒng)(22)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)(20)還包括導(dǎo)流套 管(120)、過渡件(122)、殼體(126)、端蓋(128)、燃燒襯套(132)和蓋組件(134)中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法(700)，其特征在于，所述初級燃燒系統(tǒng)(22)由所述端 蓋(128)、所述蓋組件(134)、所述導(dǎo)流套管(120)、所述燃燒襯套(132)或所述殼體(126) 中的至少一個(gè)包圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法(700)，其特征在于，所述次級燃燒系統(tǒng)(24)由沖擊套 管(118)或?qū)Я魈坠?120)中的至少一個(gè)包圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述至少一個(gè)噴射器(12)包括類 似管的形狀，且還包括用于調(diào)節(jié)所述流體的端部部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法(700)，其特征在于，所述端部部分包括下列形狀中的 至少一種鋸齒端部(38)、穿孔的端部(40)、喇叭口端部(42)、踏板端部(44)、城堡形端部 (46)、階梯形端部(48)或者它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，還包括 確定所述燃燒系統(tǒng)是否在產(chǎn)生排放(710)；允許所述至少一個(gè)噴射器的被動(dòng)冷卻(720)；確定是否在所述初級燃燒系統(tǒng)和所述次級燃燒系統(tǒng)之間分配燃料劃分(730)； 確定所述初級燃燒系統(tǒng)和所述次級燃燒系統(tǒng)之間的燃料空氣劃分(740)；以及 應(yīng)用所述初級燃燒系統(tǒng)和所述次級燃燒系統(tǒng)之間的所述燃料劃分(750)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種操作具有貧燃直接噴射(LDI)功能的燃燒系統(tǒng)(20)的方法(700)和系統(tǒng)。該方法(700)和系統(tǒng)為LDI系統(tǒng)的噴射器(12)提供了被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。方法(700)和系統(tǒng)還可提供用以引導(dǎo)離開LDI系統(tǒng)的噴射器(12)的流體流的機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)F23R3/34GK101852446SQ201010156930
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者G·O·克雷默, J·D·貝里, R·F·凱澤 申請人:通用電氣公司