用于气体涡轮的水燃料乳液系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种气体涡轮引擎，气体涡轮引擎包括具有第一燃料喷嘴的第一燃烧器，其中第一燃料喷嘴被配置为将水燃料乳液供应到第一燃烧器中。水燃料乳液包括具有分散在燃料中的多个水滴的燃料包水(WIF)乳液，其中多个水滴被配置为在燃料内汽化以引起微爆炸来雾化燃料，并且所雾化的燃料被配置为燃烧以产生燃烧气体。气体涡轮引擎还包括由来自第一燃烧器的燃烧气体驱动的涡轮。燃烧气体驱动的涡轮。燃烧气体驱动的涡轮。

【技术实现步骤摘要】
用于气体涡轮的水燃料乳液系统和方法

技术介绍

[0001]本申请整体涉及一种气体涡轮系统，并且更具体地涉及对气体涡轮系统的燃烧器中的燃烧的控制。
[0002]气体涡轮系统可包括压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段。燃烧器区段被配置为使燃料与空气燃烧以产生热燃烧产物来驱动涡轮区段中的一个或多个涡轮级。遗憾的是，燃烧过程可能产生不期望的废气排放，诸如氮氧化物(NOx)和烟灰。因此，期望减少废气排放而不会不利地影响性能，并且基本上不会增加与操作气体涡轮系统相关联的成本。

技术实现思路

[0003]下面概述了与最初要求保护的主题的范围相当的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制要求保护的实施方案的范围，而是这些实施方案仅旨在提供主题的可能形式的简要概述。实际上，当前要求保护的实施方案可以包括可以与下面阐述的实施方案类似或不同的各种形式。
[0004]在某些实施方案中，气体涡轮引擎包括具有第一燃料喷嘴的第一燃烧器，其中第一燃料喷嘴被配置为将水燃料乳液供应到第一燃烧器中。水燃料乳液包括具有分散在燃料中的多个水滴的燃料包水(WIF)乳液，其中多个水滴被配置为在喷射到燃烧器中之后在燃料内汽化以引起微爆炸来雾化燃料，并且燃料被配置为燃烧以产生燃烧气体。气体涡轮引擎还包括由来自第一燃烧器的燃烧气体驱动的涡轮。
[0005]在某些实施方案中，系统包括控制器，该控制器被配置为控制经由第一燃料喷嘴将水燃料乳液供应到气体涡轮引擎的第一燃烧器中。水燃料乳液包括具有分散在燃料中的多个水滴的燃料包水(WIF)乳液，其中多个水滴被配置为在燃料内汽化以引起微爆炸来雾化燃料，并且燃料被配置为燃烧以产生燃烧气体来驱动气体涡轮引擎的涡轮。
[0006]在某些实施方案中，方法包括经由第一燃料喷嘴将水燃料乳液供应到气体涡轮引擎的第一燃烧器中，其中水燃料乳液包括具有分散在燃料中的多个水滴的燃料包水(WIF)乳液。该方法还包括使燃料内的多个水滴汽化以引起微爆炸来雾化燃料。该方法还包括燃烧燃料以产生燃烧气体来驱动气体涡轮引擎的涡轮。
附图说明
[0007]当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解当前公开的技术的这些和其他特征、方面和优点，在整个附图中，相同的字符表示相同的零件，其中：
[0008]图1是具有水燃料乳化系统的气体涡轮系统的实施方案的示意图，该水燃料乳化系统被配置为产生包括燃料包水(WIF)乳液的水燃料乳液。
[0009]图2是图1的水燃料乳化系统的实施方案的示意图。
[0010]图3是图1和图2的水燃料乳化系统的乳化器的实施方案的示意图，进一步示出了多个搅拌器以促进燃料和水的乳化。
[0011]图4是图1至图3的水燃料乳化系统的实施方案的示意图，进一步示出了用于各个
燃料喷嘴的多个乳化级和提取导管。
[0012]图5是燃料包水(WIF)乳液燃烧过程的实施方案的示意图，示出了设置在乳液的较大燃料滴中的水滴的微爆炸，以及燃料滴的随后雾化和燃烧。
[0013]图6是燃料包水(WIF)乳液滴的实施方案的示意图，示出了设置在较大燃料滴中的小水滴。
[0014]图7是燃料包水(WIF)乳液滴的实施方案的示意图，示出了当在较大的燃料滴内发生蒸发时小水滴的微爆炸过程。
[0015]图8是由如图5、图6和图7中所示的燃料包水(WIF)乳液滴中的水滴的微爆炸产生的小燃料滴的实施方案的示意图。
[0016]图9是用于在如图1所示的气体涡轮系统中燃烧水燃料乳液的过程的实施方案的流程图。
具体实施方式
[0017]下面将描述当前公开的技术的一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应当理解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。
[0018]当介绍当前公开的实施方案的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除列出元件之外的附加元件。
[0019]所公开的实施方案涉及水燃料乳液，诸如燃料包水(WIF)乳液和/或水包燃料(FIW)乳液，其被配置为改进气体涡轮引擎中的燃烧。WIF乳液至少由于较大燃料滴内的小水滴的微爆炸而改进燃烧，从而改进燃料的雾化。例如，WIF乳液由分散在液体燃料的连续相中的小水滴产生。WIF乳液作为滴剂(即，较大燃料滴内的小水滴)的喷雾(即，初级雾化)被喷射到燃烧器中。微爆炸引起燃料的二次雾化，即小水滴在较大燃料滴内蒸发，从而导致较大燃料滴爆炸或分裂成较小燃料滴。较小燃料滴(即，精细雾化的燃料)然后迅速蒸发并与空气混合，从而导致燃料与空气的更均匀混合，更均匀的燃烧和温度分布，以及NOx和烟灰的减少的排放。FIW乳液还可以为气体涡轮引擎中的燃烧提供益处。FIW乳液由分散在水的连续相中的小燃料滴产生。在任一情况下，水燃料乳液(例如，WIF或FIW乳液)可有助于更好地控制气体涡轮引擎的燃烧过程、排放水平、用水量和操作的其他方面。水燃料乳液对于低等级燃料、粘性燃料、重质燃料油(HFO)、原油、柴油燃料和/或受污染燃料可能是特别有益的。
[0020]图1是气体涡轮系统10的实施方案的示意图，该气体涡轮系统具有驱动地联接到负载14(诸如发电机)的气体涡轮引擎12。气体涡轮系统10还包括联接到气体涡轮引擎12的流体供应系统16。如图所示，流体供应系统16包括联接到一个或多个燃料供应系统20，一个或多个水供应系统22和一个或多个乳化剂供应系统24的水燃料乳化系统18。另外，水燃料乳化系统18联接到乳液分配系统26，该乳液分配系统被配置为将水燃料乳液分配到气体涡
轮引擎12。气体涡轮系统10还包括联接到流体供应系统16和气体涡轮引擎12的控制系统28和监测系统30。
[0021]如下面进一步详细讨论的，水燃料乳化系统18被配置为产生用于在气体涡轮引擎12中分配和燃烧的水燃料乳液。水燃料乳液被配置为减少燃烧产物中的NOx形成，减少燃烧产物中的烟灰形成，并且通常改进气体涡轮引擎12中的燃烧过程。另外，水燃料乳液被配置为减少原本与燃料分开地供应到气体涡轮引擎12的水的体积。所公开的实施方案还被配置为以多种组成产生水燃料乳液，诸如燃料包水(WIF)乳液、水包燃料(FIW)乳液和/或各种比例的水与燃料以控制燃烧过程。
[0022]气体涡轮引擎12包括进气口区段32、压缩机区段34、具有一个或多个主燃烧器38的主燃烧器区段36、以及主涡轮区段40。在某些实施方案中，气体涡轮引擎12还可包括(或不包括)具有一个或多个次级燃烧器44和次级涡轮区段46的次级燃烧器区段42。气体涡轮引擎12还包括排气区段48。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括：具有第一燃料喷嘴的第一燃烧器，其中所述第一燃料喷嘴被配置为将水燃料乳液供应到所述第一燃烧器中，所述水燃料乳液包括具有分散在燃料中的多个水滴的燃料包水(WIF)乳液，其中所述多个水滴被配置为在所述燃料内汽化以引起微爆炸来雾化所述燃料，并且所雾化的燃料被配置为燃烧以产生燃烧气体；和涡轮，所述涡轮由来自所述第一燃烧器的所述燃烧气体驱动。2.根据权利要求1所述的系统，包括控制器，所述控制器被配置为控制所述水燃料乳液的产生以产生所述WIF乳液。3.根据权利要求2所述的系统，包括乳化器，所述乳化器被配置为使水和燃料乳化以产生所述水燃料乳液，其中所述控制器被配置为控制所述水和所述燃料之间的比率以控制所述水燃料乳液的产生以产生所述WIF乳液。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述乳化器包括声学搅拌器、振动搅拌器、旋转搅拌器、流体冲击搅拌器、固定搅拌器或它们的组合。5.根据权利要求3或4所述的系统，其中所述控制器被配置为控制供应到所述乳化器的所述水、所述燃料和乳化剂的相对量以产生具有第一组成的所述WIF乳液，并且任选地产生具有第二组成的所述WIF乳液；其中所述第一组成具有第一百分比的所述水，大于所述第一百分比的所述水的第一百分比的所述燃料，以及等于零的第一百分比的所述乳化剂；并且其中所述第二组成具有大于所述第一百分比的所述水的第二百分比的所述水，大于所述第二百分比的所述水且小于所述第一百分比的所述燃料的第二百分比的所述燃料，以及大于零的第二百分比的所述乳化剂。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述控制器被配置为控制供应到所述乳化器的所述相对量以产生具有第三组成的水包燃料(FIW)乳液，所述第三组成具有大于所述第一百分比的所述水的第三百分比的所述水，大于所述第三百分比的所述水且小于所述第一百分比的所述燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴哈，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：