火焰稳定和控制的方法及系统的制作方法

专利名称：火焰稳定和控制的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及与燃烧相关的装置，特别涉及这样一种与燃烧相关的装置，其通过对添加到燃料供给中的一种或多种添加剂(additive)进行控制以监控和控制燃烧。


图1包含了各种计算机系统组件的框图，其中各种计算机系统组件用于和根据本发明实施方案的对燃烧装置的燃料供给进行控制的控制系统的示例性实现一起使用；图2示出了根据本发明一个实施方案的、用于直接确定燃烧性能的示例性系统；图3示出了根据本发明一个实施方案的、用于直接确定燃烧性能的示例性方法；图4示出了根据本发明一个实施方案的、用于间接确定燃烧性能的示例性系统；以及图5示出了根据本发明一个实施方案的、用于间接确定燃烧性能的示例性方法。
本发明实施方案的简要描述方法和系统的实施方案的描述本发明的实施方案提供了这样一种方法和系统，其用于实时或接近实时地检测或确定与燃烧相关的信息(例如，燃料特性、燃烧特性或其他装置特性)，以及基于所检测到的信息，利用燃料添加剂调节燃烧的一个或多个特性控制燃烧装置(例如，涡轮机或者其他包括燃烧室的装置)的性能。通过这种检测和性能控制，即使输入或者其他因素变化(例如改变燃料性能和种类)，也可以例如保持稳定的燃烧器性能。燃料的这种变化可例如包括天然气根据其来源在燃烧特性上的变化，或用于燃烧装置的燃料种类变化。
在第一个实施方案中，燃烧装置的性能是通过检测燃料的性能和添加一种或多种燃料添加剂来(间接)控制的。例如，在该实施方案的变体中，例如通过燃料成分和供给速率传感器，对要供给到燃烧装置中的燃料特性(例如，燃料供给速率、和与燃料燃烧性能相关的化学或其他方面)进行监控。监控结果与燃料特性可接受的范围(例如，能够产生可接受的燃烧室性能的燃料性能范围)比较，如果监控到的结果超出可接受范围，则确定适合的可应用的燃料添加剂量，并将所确定的添加剂增加到燃料供给中，从而能够使燃烧室的性能在可接受的范围内。
例如，如果通过对燃料分析确定出，没有添加剂的燃料在烧室中产生的火焰速度太低，则将适量计算出的火焰增强剂(例如，给定所检测到的燃料供给速度，依据在具有添加剂时计算得到的燃烧增强)作为添加剂加到燃料供给中，以使火焰速度增加到可接受的水平。另外一方面，如果通过对燃料分析确定出，没有添加剂的燃料在烧室中产生的火焰速度太高，则将适当数量的火焰延缓剂添加到燃料供给中，以使火焰速度减小到可接受的水平。在该实施方案中，一旦确定了燃料的适当特性，就不需要连续额外的监控和控制(但是在燃料或燃烧装置的燃烧端可以选择使用额外的监控和控制，以例如保持燃烧质量)。
在第二个实施方案中，通过在需要时在燃料供给中添加一种或多种添加剂，通过对燃烧器性能的特性进行检测，来控制燃烧装置的性能，从而使燃烧室处于可接受的范围。例如，在该实施方案的变体中，对燃烧性能的特性(例如，燃烧室中产生的压力、燃烧或者散发的产物、温度、或其他燃烧特征)进行监控。所监控的结果与燃烧性能特征的可接受的范围(能够产生可接受的燃烧室性能的燃料性能范围)来比较。如果监控到的结果超出可接受的范围，则将适量可得到的添加剂添加到燃料供给中，然后重新监控燃烧室的特能以确定结果是否处于可接受的范围内。像连续反馈环一样重复这一过程，直到燃烧特性处在可接受的范围内，接着保持添加剂的供给。
例如，通过对燃烧室的性能进行分析确定出，没有添加剂的燃料在燃烧室内产生的火焰温度太低，则将燃烧增强剂作为添加剂添加到燃料供给中，以使火焰温度增加。如果达到了可接受的火焰温度，则保持添加剂供给，否则，反复加入更多的添加剂直到火焰温度达到可接受的范围。同样，通过对燃烧室的性能进行分析确定出，没有添加剂的燃料在燃烧室内产生的火焰温度太高，就将适当数量的火焰延缓剂作为添加剂加到燃料供给中，从而降低火焰温度。如果达到了可接受的火焰温度合，则保持添加剂供给，否则，反复加入更多的添加剂直到火焰温度达到可接受的范围。
在第二个实施方案的其他变体的实施例中，监控燃烧装置的其他特性(非燃绕)来确定性能，以及在需要时加入添加剂，从而将燃烧装置保持在可接受的性能范围内。例如，如果燃烧室中的压力波动太大会在燃烧装置中导致振动。与该实施方案第一种变体类似，使燃烧室中的压力变大的添加剂重复添加到燃料供给中，直到燃烧装置达到可接受的性能(例如，可接受的震动水平)。
在第二实施方案的各个变体中，所检测的燃料供给速率和燃料特性、或其他信息并结合所检测到的燃烧装置特性可以用来(例如)更精确地确定和控制燃料供给。
为了用燃烧装置执行这些功能，本发明的各个实施方案通常利用一个或者多个传感器、一个或者多个添加剂源、一个或多个具有相应的控制机制的添加剂流量控制装置(例如，阀门)、以及一个或多个处理器或接收传感器输入的处理装置，以任意地确定添加到燃料中的添加剂量(根据实施方案)，以及通过控制机制控制添加剂流量控制装置的操作。
燃烧装置在本发明中可使用的燃烧装置可包括公知或已开发出来的燃烧器或用来焚烧燃料的火炉装置，并且可用作这些装置通常使用的目的。例如，燃烧装置可包括被设计成使用天然气或其他燃料以产生功率的涡轮机、或往复式发动机(例如，能够使用、或通过调整使用各种燃料)。
传感器本发明可以使用大量的传感器。例如，可在本发明中使用的这些传感器能够直接或者间接地测量燃料成分或燃烧属性、或者两者都测量。当直接测量燃料成分时，可以在传感器(或例如，在处理器内或与传感器耦合的处理装置，下面将进一步描述)内利用大量的技术来测量组成燃料的各种化学物质数量。这些技术包括但不限于红外吸收光谱学、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)、拉曼(Raman)光谱学、气体色谱法、质谱法、核磁共振、电子自旋共振、或离子运动光谱法、或者它们任意的结合。
当间接测量燃料成分时，在传感器中可以应用的处理技术包括但不限于使用火焰电离探测器(FID)、热传导测量、热容测量、声速测量、或密度测量、或者它们任何的组合。特别是在间接测量的实施方案中使用时，传感器可以测量或用来确定燃烧性能指数(如果需要的话)，包括如下所详细描述的沃泊指数(Wobbe Index)，传感器还可包括设计用来测量燃料流速的公知类型和方法。
对于火焰的检测(直接测量)，传感器可以用来测量燃烧稳定性，例如，通过测量火焰位置或振动，或者利用(但不限于)以下的一种或者几种化学发光探测器(chemiluminescence detector)、火焰扫描器、火焰成像器、或者火焰探测器。传感器可以被选做或配置成，例如通过测量燃烧室的压力和压力波动来测量燃烧的稳定性，并且加速计可用来测量由燃烧造成的压力振动而导致的燃烧装置中的振动。燃烧性能可以通过测量下列特性来测量，例如火焰温度、排气温度、或者发射物(emission)，或者它们任意的结合。
处理器处理器(在本文中还可称作“处理装置”或控制器)能够根据传感器的输入或其他信息进行计算，以评定燃烧性能或稳定性，并能够生成为添加剂系统生成控制信号、机械或液压操作、或其他控制功能(例如，用来控制阀门或者其他机械装置以控制添加剂供给)，从而可以产生并保持恒定的燃烧性能和/或稳定性。控制器能够控制输入到燃烧器中的燃料属性(例如，通过对一种或多种添加剂供给进行控制)，从而使得(例如)能保持恒定的燃料效率和燃料喷射特性。通过保持恒定的燃烧指数的方法，控制器还能够保持恒定的燃烧属性。所述的指数(在下面描述)可以是沃泊指数或Weaver指数，或者两者(或一些设计用来表征燃料属性的其他系数)。
控制器还可以例如通过调整火焰速度、或一些其他的主要的燃烧属性而保持稳定的燃烧(例如，通过控制添加到燃料的添加剂的数量)。控制器可以是模拟装置，例如通过使用调谐的控制系数从输入信号生成控制输出的PID(比例、积分和微分)控制器。控制器还可以是数字装置，例如PLC(可编程逻辑控制器)或者计算机。
计算机能够以软件的形式模拟一种模拟装置，或利用来自检测装置信息计算燃烧指数或其他燃料属性，并接着计算所需的添加剂量，以保持预定的指数和属性值。控制器可能是单机装置，或者包括多个耦合的装置，包括形成或耦合到网络(例如互联网)的装置。这种装置可具有“学习”的能力，从而使得本发明可以基于操作经验自我优化控制规则，并可应用于一些实施方案。
控制器的输出可与燃烧装置的稳定性联系起来，并可用作稳定性指示器。稳定性指示器可以在严重失稳之前关掉燃烧装置。另外，稳定性指示器可作为燃烧装置一部分或者与燃烧装置的其他性能结合，以(例如)产生操作记录以帮助确定故障(upset)原因。
如图1所示，本发明的控制器可以使用硬件、软件或者二者结合来实现，并且可以在一个或多个计算机系统或其他处理系统中执行。在一个实施方案中，本发明的目的在于能够执行在本文中描述的功能的一个或多个计算机系统。
计算机系统1包括一个或多个处理器，例如处理器4。处理器4连在通讯基本设施6(例如，通讯总线、交叉矩阵(cross-over bar)、或者网络)。基于这一示例的计算机系统描述各种软件实施方案。读了这一描述后，本领域的技术人员应该理解如何使用其他计算机系统或体系结构来实现本发明。
计算机系统1可包括显示器接口2，用于传输来自通讯基本设施6的图形、文本和其他数据(或者来自帧缓存器(未示出))，用以显示在显示单元30上。计算机系统1还包括主存储器8，优选为随机存储器(RAM)，并且还可包括辅助存储器10。辅助存储器10可例如包括硬盘驱动12和/或可移动存储驱动14，表现为软盘驱动、磁盘驱动、光盘驱动等等。可移动存储驱动14以公知的方式从可移动存储单元18进行读和/或写。可移动存储单元18表现为软盘、磁盘、光盘等等，并可由可移动存储驱动14进行读写。应该理解，可移动存储单元18包含在其中存有计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。
在可选的实施方案中，辅助存储器10可包含其他类似的器件，允许计算机程序或其它指令载入计算机系统1。这些器件例如包括可移动存储单元22和接口20。这些示例可包含程序盒式存储器(programcartridge)和盒式存储器接口(例如，存在于视频游戏装置的程序盒式存储器和盒式存储器接口)、可移动存储芯片(例如，可擦除可编程的只读存储器(EPROM)或者可编程只读存储器(PROM))和相关的插口(socket)、其它可移动存储单元22和接口20，接口20允许软件和数据从可移动存储单元22传送到计算机系统1中。
计算机系统1还可包括通信接口24。通信接口24允许软件和数据在计算机系统1和外设之间交互。通信接口24的例子可包括调制解调器、网络接口(例如以太网卡)、通信端口、个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)的卡槽和卡等等。软件和数据通过通信接口24以信号28的形式进行传输，信号28可为电、电磁、光或者其他可被通信接口24接收的信号形式。这些信号28通过通信路径(例如，信道)26提供给通信接口24。路径26承载信号28，并可使用电线(wire)、电缆、光纤、电话线、蜂窝链路或射频(RF)链路和/或其他的通信信道来实现。在本文档中，“计算机程序介质”和“计算机可用介质”一般性地称为介质，例如移动存储驱动14、安装在硬盘驱动12的硬盘、和信号28。这些计算机程序产品为计算机系统1提供软件。本发明提供了这样的计算机程序产品。
计算机程序(还被称为计算机控制逻辑)存储在主存储器8和/或辅助存储器10中。计算机程序还可通过通信接口24接收。这些计算机程序在执行时，使计算机系统1执行在本文中讨论的本发明的特征。具体地说，计算机程序执行时，使处理器4执行本发明的特征。因此，这种计算机程序代表计算机系统1的控制器。
在应用软件实现本发明的实施方案中，软件可以存入计算机程序产品中，并可利用可移动存储驱动14、硬盘驱动12或通信接口24装载到计算机系统1中。当控制逻辑(软件)通过处理器4执行时，使处理器4执行在本文中描述的本发明的功能。在另一个实施方案中，本发明主要以硬件实现，例如使用诸如特定用途集成电路(ASIC)的硬件成分。实现执行在本文中描述的功能的硬件状态机对于本领域的技术人员来说应该是显而易见的。
而在另外的实施方案中，本发明可通过用结合硬件和软件来实现。
添加剂供给本发明的添加剂供给部分具有根据控制器的运算和其他控制器功能向燃料添加适当添加剂的能力。本发明的添加剂供给部分可包括(但不是必须)用于贮藏添加剂的容器。本发明的添加剂部分还可以通过使用容易得到的材料(例如，蒸汽、空气、可容易得到的排气、或其他产生的或可产生的物质)“自由地(on the fly)”添加添加剂。这些添加剂例如是通过取得成分(如空气或水)并将其分为要在本发明中使用的一种或多种成分而得到的，或者是通过发生的特殊成分反应而生成。
这些添加剂例如能从排气中获得、或通过使用分离空气的方法获得，并且还可以包括或使用蒸汽或水。另外，添加剂系统里的添加剂可包括活性的(reactive)化学物质(例如，作为燃烧增强剂)，包括但不局限于氢(H2)、乙炔(C2H2)、一氧化二氮(N2O)、或者任何这些物质的组合。为了延缓燃烧，添加剂中可包含惰性稀释剂，包括但不局限于氮(N2)、空气、贫氧空气(oxygen depleted air)、二氧化碳(CO2)；循环利用的废气、水、或蒸汽、或它们任意的组合。燃料延缓添加剂同样可包括火焰延缓物质，包括但不限于含卤的物质。
本发明的添加剂供给部分可包括计量阀或其他阀或控制机制来控制混合到燃料中的添加剂的数量，还可以包括电子的、机械的、液压的、或者其他操作机制来对控制机制的操作进行控制。计量阀例如通过耦合到控制器的接口被直接控制，或通过上述一种或多种控制机制来控制。
燃料和燃烧装置的属性下面的燃料和燃烧装置信息及属性可一般性地应用到实现本发明的实施方案的系统和方法。
燃料特性某些燃料特性有助于确定不同的燃料是否在相同的燃烧装置里有相同的表现。如果两种燃料的公知为沃泊指数(WobbeIndex)的参数是相同的，那么他们在给定的燃烧系统中经常具有相似的表现。沃泊指数(WI)被定义为燃料的容积热量与燃料密度的平方根的比。当两种燃料的WI相同时，用于两种燃料的装置的热量输入基本相当，并通过吸入喷嘴具有相同的压降。燃料喷射渗透以及因此燃料-空气混合物也基本相同。因此，维持恒定的燃料WI对于维持燃烧装置的恒定性能是重要的。
WI最初是为确定在稳定燃烧状态下操作的扩散火焰燃烧器以及简单预混合燃烧炉中燃烧的燃料的可交互性而定义的，其中稳定的发热率被适当限制于气体的可交互性。然而，倾斜预混合DLE(Dry LowEmission，干式低污染设计方式)燃烧器(例如在用于产生功率的现代化气体涡轮机中使用的燃烧器)以欠稳定的燃烧状态操作，所以，单发热率不足以保证稳定的操作。因此，如果不考虑更多的限制，应用WI计算倾斜预混合干燥辐射燃烧器中的交互性也是不足够的。所以监控其他火焰特性的交互性的指数被提了出来。例如相对于参考气体，沃泊指数比较用于燃烧应用中的热量散失、火焰提升、火舌回闪和提出的替代气体的黄色火尖(yellow tipping)。另外，基本的燃烧属性，例如火焰速度也可以作为预期燃烧稳定性的一部分来监控。
燃烧的稳定性控制因此可以通过调整输入到燃烧室的燃料混合物的化学成分来实现，这样就可以控制如上所述的燃料特性。这可通过经由向燃料混合物增加添加剂来改变燃气成分来实现。例如，添加剂能提高或减低火焰的速度、火焰温度、或者单位体积热量的释放率。添加剂包括但不限于活性的化学物质(如，氢、乙炔或N2O)；稀释剂(如，氮、CO2，蒸汽、或可循环的排气)；或火焰基(flame-radical)清除化学物质(如，含卤素的物质)；或它们的任意混合。
预混合燃烧装置和火炉本发明可使用的预混合燃料装置包括但不限于，那些在低辐射气体涡轮机中使用的燃料装置，而其操作在面对可变的天然气体或其他供给气体(如过程气体或合成气)时会受损。通过调节使污染辐射很低的预混合燃烧系统在火舌回闪(flashback)和吹灭(blow-off)之间的狭小稳定空间工作。当火焰速度比通过燃烧器的气流速度快时，发生火舌回闪，允许火焰向上地(upstream)传播。当火焰速度比通过燃烧室的气流速度慢时，会导致吹灭发生，允许火焰向下地吹并熄灭。火焰速度一般必须和稳定的燃烧气流速度相等。各种技术可用来稳定火焰，从而使得火焰的速度不一定要和气流速度匹配。
这些约束条件产生范围很小的稳定；然而，在火焰速度和流量之间匹配度太低时，会导致火舌回闪或吹灭的发生。由于火焰速度是燃料成分的函数，因此，天然气体或其他供给气体的成分变化会导致稳定问题(例如参见L.Nord and H.Andersen的《Influence of Variations inthe Natural Gas Properties on the Combustion Process in Terms ofEmissions and Pulsations for a Heavy Duty Gas Turbine》(《用于重功能气体涡轮机的、天然气体属性变化对焚烧辐射和污染物的燃烧处理的影响》)，其内容通过引用并入本文)。当预混合严格按照液体力学控制时，预混合燃烧器对燃料特性的变化是敏感的，并且火焰的稳定性依赖于液体力学和化学运动学。失去火焰稳定性会导致压力波动和震动以及声学共鸣，这会导致热部件的损害和退化。(然而，根据本发明的一些实施方案，可以检测或利用这些特性来辅助燃烧装置的操作。)实例燃烧器性能可通过多种方式测得或检测。例如，可以通过确定燃烧装置的性能特征来直接确定燃烧器的性能，或可以通过确定燃料的特征来直接测量或检测性能。在两个实施例，通过向燃料增加添加剂(例如活性的物质、抗活性物质或惰性稀释剂)来改变燃烧的成分。这种直接的措施用作反馈控制回路中的输入，而间接的措施可用作前馈控制回路中的输入。
燃烧性能可以通过确定燃烧装置的性能特征直接确定。例如，通过测量燃烧器中的火焰位置的指示来确定稳定性，例如火焰的化学发光，或通过检测火焰的间歇性(例如通过探测火焰产生的声音和光而得到)确定稳定性。图2示出了根据本发明一个实施方案的、用于直接确定燃烧性能的示例性系统。如图2所示，该系统包括燃料管道105，检测系统110，从检测系统110存取信息的控制器115(以例如控制燃料成分或提供稳定风险评估、数据记录和辐射预期)，使用控制器115提供的信息控制燃料添加剂的添加剂系统120，以及焚烧燃料的燃烧器125。
图3示出了根据本发明一个实施方案的、用于直接确定燃烧性能的示例性方法。在步骤205使用检测系统确定至少一个燃烧特性。例如，可测定火焰或燃烧器特性(如动态的压力振荡)。这些动态态的压力振荡可通过压力传感器来测量，该压力传感器作为时间的函数显示燃烧器内的压力变化。在步骤210中，控制器分析燃烧特性。因此，可例如通过分析动态的压力振荡来确定运行平均，或和预先设定的门限值进行比较。如果分析表明燃烧室的性能正在恶化，则需要改变燃料的成分。在步骤215中，来自控制器的输出确定燃料的成分是否应该改变以校正燃烧的动态问题。如果没有指示出问题(例如，燃料成分位于燃烧装置工作的预设的可接受范围)，在步骤220，将数据存储，并连续监控系统。如果存在问题(例如，燃料成分超出了预先设定的燃烧装置运行的可接受范围)，则在步骤225中，确定需要对燃料成分进行的适当改变(例如，将适当的添加剂增加到燃料供给中)。对燃料成分改变的确定可例如通过对特定燃烧系统的经验知识、或稳定性指数或波动的火焰属性的计算、或其他信息或方法来确定。在步骤230中，将表明某个特定量值的添加剂需要混合到燃料流中的信号传送到添加剂系统。在步骤235中，相应地调整进入燃烧器的燃料(例如，通过打开或调整阀门)。因此，在该实施例中，进入到燃烧器的燃料通过增加添加剂而调整成，具有能够产生更稳定的火焰的燃烧室特征。这些步骤包含需要迭代或其他技术来优化添加剂处理的反馈控制环。
燃烧性能还可通过测量燃料的特征(例如，化学成分、密度和发热量)和推断燃烧行为而间接地确定。图4示出了根据本发明一个实施方案的、用于间接确定燃烧性能的示例性系统。
如图4所示，该系统包括燃料管道305；焚烧燃料的燃烧器325；检测系统310；控制器315，从检测系统存储信息并确定需要添加或选择多少燃料添加剂以改变输送到燃料的添加剂；添加剂系统320，用以存储和控制流到燃料管道的添加剂。
图5示出了根据本发明一个实施方案的、用于间接确定燃烧性能的示例性方法。在步骤405中，检测系统确定燃料的特性。因此，检测系统可例如利用FTIR光谱仪(spectrometer)来测量构成燃料的各化学物质。在步骤410中，控制器分析燃料的特性参数。例如，控制器利用燃料成分来计算调整的量，例如火焰速度，和/或沃泊指数或其他的稳定指数。在步骤415中，分析控制器的输出，确定是否需要改变燃料成分来达到调整目的(例如，落入预先设定的范围)。例如，如果燃料的成分在改变，以至于调整量显示出火焰的稳定性出现问题，则在燃烧问题突出之前改变成分。如果调节量的值不需要改变，那么在步骤420中将数据存储，并且继续监控调节量。如果调节量的值不需要改变，那么在步骤425中，确定需要进行的改变。需要用来改变调节量的值的燃料成分变化需要增加稀释剂或活性的物质来获得烧特性的必要改变。在步骤430中，确定对燃料成分的适当改变。举例来说，确定对燃料成分的调节，以维持火焰的稳定性和/或污染物的辐射。步骤435中，向添加剂系统320发送信号来控制要混合到燃料流中的稀释剂或活性的物质，从而获得所需的成分以及因此获得调节量的值。在步骤440中，调整进入燃烧器的燃料，以相应地提高火焰的稳定性特性，从而最少化燃烧器中的压力振荡。
实施例应用和所生成的信息的其他用途。
如前所述，本发明的实施方案可用于稳定燃烧装置(在预混合料和非预混合料的燃烧器中)，从而补偿随随时间变化的燃料成分和燃烧属性的影响。另外，测量输入的燃料成分也是有用的。例如，可以使用从中能够确定燃烧器故障的原因的辐射预期(例如，基于燃料的测量的化学成分预测辐射等级)、稳定性的风险评估(如，由于测量的化学成分而产生的吹灭或火舌回闪)和存储记录。另外一种应用是利用成分和/或者火焰速度信息，来对燃烧器失去稳定性的风险进行连续评估。此外，根据燃烧装置的操作参数，可以利用燃料成分信息补充计算燃烧装置NOx的辐射。一个实施方案还可与替代燃烧器或火炉一起使用，目的在于调整供应到大量燃烧装置(即不必监控其他燃烧装置而从燃料源得到燃料的燃烧装置)的燃料的成分。另一个实施方案还能够用来通过定制传送到各个燃烧装置的燃料，来控制单个的燃烧装置。本领域的技术人员应该认识到，上述用途仅仅是示例性的，其他更多的应用也是可能的。
根据上面的实施方案描述了本发明。这仅仅是出于便利的目的，而不是用来限制本发明的应用。事实上，本领域的技术人员在阅读本发明的说明书后，应该理解如何通过替换的实施方案来实现本发明。
另外，应该理解上述附图(突出了本发明的功能和有益效果)也仅仅是示例性的。本发明的构架具有充分的灵活性和可配置性，从而使得它能够以除了在上述图中显示的方式外的方式使用。
更进一步来说，说明书摘要目的在于使美国的专利商标管理局和公众机构，尤其是科学家、工程师、和本领域中对专利或法律用语和措辞不太熟悉的人，能够通过粗略浏览而快速度地确定术发明本申请的公开。公开摘要在任何程度上不会限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种燃料供给调整系统，用于和具有燃料供给的燃烧装置一起使用，所述系统包括传感器，用于为所述燃料装置检测与燃烧相关的特性；处理器，用于将所检测到的所述与燃烧相关的特性与可接受的范围进行比较，以及用于在所检测到的燃烧特性超出所述可接受的范围时提供输出；以及添加剂供给装置，用于将添加剂供给到所述燃料供给中，所述添加剂供给装置通过所述处理器的输出触发。
2.如权利要求1所述的系统，其中，检测到的所述与燃烧相关的特性是检测到的用于所述燃料供给的燃料特性。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述传感器使用选自下述方法的方法检测所述燃料特性红外吸收光谱学、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)、拉曼光谱学、气体色谱法、核磁共振、电子自旋共振、质谱法、以及离子运动光谱法。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述传感器使用选自下述装置的装置检测所述燃料特性火焰电离探测器(FID)、热传导测量装置、热容测量装置、声速测量装置以及密度测量装置。
5.如权利要求2所述的系统，其中，所述燃料特性至少包括燃料成分、燃料燃烧属性和燃料流速之一。
6.如权利要求2所述的系统，其中，检测到的所述燃料特性是检测到的燃料燃烧属性，其中，所述传感器进一步检测燃料流速，所述可接受的范围是用于燃料燃烧属性和燃料流速的预设组合范围，以及如果检测到的所述燃料特性和燃料流速低于所述预设组合范围时，所述添加剂包括燃烧增强剂，而如果检测到的所述燃料特性和燃料流速高于所述预设组合范围时，所述添加剂包括燃烧延缓剂。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述添加剂选自燃烧增强剂和燃烧延缓剂。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述燃烧增强剂包括氢、乙炔、氧、富氧空气和一氧化二氮。
9.如权利要求7所述的系统，其中，所述燃烧延缓剂是从氮、贫氧空气、二氧化碳、再循环的排气、水和蒸汽中所选出的惰性稀释剂。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器检测燃料性能指数。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述燃料性能指数选自沃泊指数和Weaver指数中的一个。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述与燃烧相关的特性是用于所述燃烧装置的燃烧特性。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述用于燃烧装置的燃烧特性包括火焰特性。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述火焰特性选自火焰的闪烁、火焰颜色、火焰产物的成分、火焰位置和火焰震荡。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述传感器包括化学发光探测器、火焰扫描器、加速计、火焰成像器、压力传感器、声波传感器、运动传感器和火焰探测器。
16.如权利要求13所述的系统，其中，所述传感器确定燃烧稳定性和燃烧性能之一。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述燃烧稳定性是通过测量室内压力和室内压力波动之一确定的。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述燃烧性能通过测量火焰稳温度定、排气的温度和辐射内容确定。
19.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括压力传感器、声音传感器、震动传感器和运动传感器之一。
20.如权利要求1所述的系统，其中，所述燃烧装置是涡轮机。
21.如权利要求1所述的系统，其中，所述燃烧装置是往复式发动机。
22.如权利要求1所述的系统，其中，所述燃料供给为天然气供给。
23.如权利要求1所述的系统，其中，所述添加剂供给从添加剂供给源提供。
24.如权利要求22所述的系统，其中，所述添加剂供给通过供给控制机制得到控制。
25.如权利要求23所述的系统，其中，所述供给控制机制包括计量阀。
26.如权利要求1所述的系统，其中，所述的用于处理的装置包括模拟控制器和数字计算机。
27.如权利要求1所述的系统，其中，检测到的所述与燃烧相关的特性用来控制为第二燃烧装置的燃料供给供应添加剂的供给。
28.如权利要求1所述的系统，其中，具有被供给的添加剂的所述燃料供给被连接到第二燃烧装置。
29.一种燃料供给调节系统，用于与具有燃料供给的燃烧装置一起使用，所述系统包括传感器，检测燃料成分和燃料供给率；处理装置，用于将所述燃料成分和所述燃料供给率和它们的可接受的范围进行比较，以及在所述燃料成分和所述燃料供给超出了所述可接受的范围时提供输出；以及添加剂供给装置，用于为所述燃料供给提供选择的添加剂，所述为燃料供给提供选择的添加剂通过所述处理装置的输出触发，其中，所述选择的添加剂从燃烧增强剂和燃烧延缓剂中选择，所述添加剂供给具有添加剂供给率，所述添加剂供给率被选择为，能够产生组合的燃料和添加剂，所述组合的燃料和添加剂产生预选择范围内的燃烧特性。
30.一种燃料供给调节系统，用于与具有燃料供给的燃烧装置一起使用，所述系统包括传感器，用于检测用于所述燃烧装置的燃烧特性；处理器，用于将检测到的所述用于燃烧装置的燃烧特性与可接受的范围进行比较，以及在所检测到的燃烧特性超出了所述可接受的范围时提供第一输出，和所检测到的燃烧特性位于所述可接受的范围时提供第二输出；以及添加剂供给装置，用于为所述燃料供给提供添加剂，所述添加剂的供给通过所述第一输出触发，所述添加剂供给的确定通过所述第二输出触发。
31.一种用于为燃烧设备调节燃料供给的方法，所述方法包括检测用于所述燃料装置的与燃烧相关的特性；将检测到的所述与燃烧相关的特性与可接受的范围进行比较，以生成比较结果；以及根据比较结果，变化地将添加剂供给到所述燃料供给。
全文摘要
提供了一种用于通过改变传输到燃烧装置的燃料成分而对其进行连续测量和控制的方法和系统。该系统包括用于测量与燃烧相关的信息(例如，燃料特性、燃烧特性或其他装置特性)的装置，以及基于所检测到的信息，控制燃烧装置的性能的装置。通过将一种或多种添加剂增加到燃料中调节燃烧特性而控制性能。通过这种性能检测和控制，可以保持恒定的燃烧装置性能，而无需考虑燃料特性的变化。在一个变体中，检测用于传递到燃烧装置中的燃料，并基于燃料成分和流动率将一种或多种添加剂增加到燃料。在另一个变体中，检测并使用燃烧装置的操作特性，例如火焰特性，以通过反复将一种或多种添加剂增加到燃料中调整燃料特性。
文档编号F23J15/00GK1910402SQ200580002319
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月12日 优先权日2004年1月12日
发明者理查德·G.·杰克力克, 理查德·J.·罗比, 米歇尔·S.·克拉森, 约翰·L.·巴塔格里奥里, 迪瓦卡尔·瓦什沙特, 安德鲁·J.·哈默尔 申请人:燃料科学和工程公司