專(zhuān)利名稱(chēng)：具有燃料預(yù)處理的脈沖爆燃動(dòng)力系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種簡(jiǎn)單和聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，尤其涉及利用脈沖爆燃的簡(jiǎn)單和聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是提高效率，無(wú)論這種動(dòng)力系統(tǒng)是簡(jiǎn)單循環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。然而，要達(dá)到高的循環(huán)效率，壓力比和工作溫度的提高必須在設(shè)備材料和冷卻技術(shù)的允許下進(jìn)行。目前使用復(fù)雜的高壓壓縮機(jī)和渦輪機(jī)來(lái)達(dá)到高的壓力比，可以補(bǔ)償傳統(tǒng)燃燒過(guò)程中壓力損失的百分之四至七(4-7％)。然而，這些系統(tǒng)需要大量復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
最近，人們致力于對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的脈沖爆燃發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行研究。有利的是，脈沖爆燃發(fā)動(dòng)機(jī)從一系列重復(fù)爆燃中可得到一個(gè)升高的壓力。然而，傳統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備所燃燒的燃料，例如天然氣和餾出燃料，是難以進(jìn)行爆燃的。因此，利用已有的脈沖爆燃技術(shù)，這些燃料將需要使用預(yù)爆燃管、炸藥或高能電容性火花放電來(lái)引發(fā)爆燃。
因此，人們期望開(kāi)發(fā)一種利用脈沖爆燃來(lái)提高循環(huán)效率的動(dòng)力系統(tǒng)。人們也希望提高動(dòng)力系統(tǒng)中所爆燃的燃料的爆燃性。

發(fā)明內(nèi)容
概述簡(jiǎn)要的說(shuō)，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例。該動(dòng)力系統(tǒng)包括一個(gè)燃料預(yù)處理器，該燃料預(yù)處理器適于將燃料變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)過(guò)處理的燃料。脈沖爆燃燃燒器適于容納經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑，并適于二者組成的混合物的爆燃，并適于排出多種爆燃產(chǎn)物。渦輪機(jī)位于脈沖爆燃燃燒器的下游位置，該渦輪機(jī)與脈沖爆燃燃燒器流體連通。
在此也提供了動(dòng)力設(shè)備的實(shí)施例。該動(dòng)力設(shè)備包括至少一個(gè)燃料預(yù)處理器和多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。每個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)包括一個(gè)脈沖爆燃燃燒器和處于各脈沖爆燃燃燒器下游位置的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)與脈沖爆燃燃燒器流體連通。
附圖簡(jiǎn)述對(duì)后面具體描述的閱讀可以參考附圖進(jìn)行，以便更好的理解本發(fā)明的各種特征、方式和優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其中

圖1所示是本發(fā)明一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例；圖2所示是用于提高圖1中動(dòng)力系統(tǒng)燃料的爆燃性的幾個(gè)燃料預(yù)處理技術(shù)；圖3所示是本發(fā)明的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)；圖4所示是包括重整過(guò)程的本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例；圖5所示是包括重整裝置的動(dòng)力系統(tǒng)；圖6所示是另一個(gè)包括重整裝置的動(dòng)力系統(tǒng)；圖7所示是本發(fā)明一個(gè)示例性動(dòng)力設(shè)備的實(shí)施例；圖8所示是動(dòng)力設(shè)備的另一個(gè)構(gòu)型；圖9所示是本發(fā)明一個(gè)示例性的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的實(shí)施例；圖10所示是包括一個(gè)富氧裝置的另一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例；和圖11所示是另一個(gè)包括重整裝置的聯(lián)合動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明參考圖1說(shuō)明第一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，動(dòng)力系統(tǒng)100包括燃料預(yù)處理器20，該燃料預(yù)處理器20適于將燃料變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料。圖1中的“Q”表示通過(guò)燃燒/部分氧化、電能和/或熱能而提供給預(yù)處理器20的附加能量。動(dòng)力系統(tǒng)100還包括脈沖爆燃燃燒器10，該脈沖爆燃燃燒器10適于容納經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑，并適于二者組成的混合物的爆燃，并適于排出多種爆燃產(chǎn)物。作為例子的氧化劑包括空氣和壓縮空氣。動(dòng)力系統(tǒng)100還包括渦輪機(jī)30，該渦輪機(jī)30處于脈沖爆燃燃燒器10的下游位置并與脈沖爆燃燃燒器10流體連通。
應(yīng)該理解的是，這里所用的“脈沖爆燃燃燒器”(或脈沖爆燃發(fā)動(dòng)機(jī))表示可以在設(shè)備內(nèi)的一系列重復(fù)爆燃或準(zhǔn)爆燃中產(chǎn)生壓力升高和速度升高的任何設(shè)備或系統(tǒng)。“準(zhǔn)爆燃”是指一個(gè)超聲紊流燃燒過(guò)程，其產(chǎn)生的壓力升高和速度升高比由爆燃燃燒波產(chǎn)生的壓力升高和速度升高還要高。脈沖爆燃燃燒器的典型實(shí)施例包括點(diǎn)燃燃料/氧化物混合物例如燃料/空氣混合物的裝置和一個(gè)爆燃室，在爆燃室內(nèi)點(diǎn)火過(guò)程產(chǎn)生的壓力波陣面聯(lián)合形成爆燃波。每次爆燃或準(zhǔn)爆燃都由外部點(diǎn)火或氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程或另一次爆燃(交叉火焰)引起，外部點(diǎn)火的例子如火花放電或激光脈沖，氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程的例子如震動(dòng)集中或自燃。爆燃室的幾何形狀是這樣的，即爆燃波的壓力升高驅(qū)動(dòng)燃燒產(chǎn)物排出脈沖爆燃燃燒器以產(chǎn)生推力。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，脈沖爆燃可在多種類(lèi)型的爆燃室中完成，這些爆燃室包括爆燃管、震動(dòng)管、共振爆燃腔和環(huán)形爆燃室。
動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是提高效率，無(wú)論這種動(dòng)力系統(tǒng)是簡(jiǎn)單循環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。然而，要達(dá)到高的循環(huán)效率，壓力比和工作溫度的提高必須在設(shè)備材料和冷卻技術(shù)的允許下進(jìn)行。目前使用復(fù)雜的高壓壓縮機(jī)和渦輪機(jī)來(lái)達(dá)到高的壓力比，可以補(bǔ)償傳統(tǒng)燃燒過(guò)程中壓力損失的百分之四至七(4-7％)。如上所述的動(dòng)力系統(tǒng)100通過(guò)進(jìn)行重復(fù)爆燃來(lái)達(dá)到壓力升高的燃燒，這與傳統(tǒng)的恒壓燃燒過(guò)程形成了對(duì)比。因此，為了達(dá)到理想的高壓不再需要高壓壓縮機(jī)。
重質(zhì)燃料，例如重質(zhì)烴類(lèi)(C6及以上)難以進(jìn)行爆燃。甚至相對(duì)輕質(zhì)的燃料例如天然氣(CH4)也需要大的引爆能量，通常需要使用預(yù)爆燃管、炸藥或高能電容性火花放電來(lái)引發(fā)爆燃。有利的是，動(dòng)力系統(tǒng)100包括一個(gè)燃料預(yù)處理器20，該燃料預(yù)處理器20用于將燃料變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料，即更易于爆燃的燃料。例如，液態(tài)烴燃料可被燃料預(yù)處理器20轉(zhuǎn)變?yōu)檩^輕質(zhì)的燃料。作為例子的燃料包括烴類(lèi)燃料，例如天然氣。對(duì)于天然氣來(lái)說(shuō)，其中一個(gè)問(wèn)題是它的大分子尺寸。因此，對(duì)天然氣進(jìn)行的預(yù)處理，例如通過(guò)變換(使蒸汽和天然氣發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生H2或者H2和CO的混合物)，可以提高爆燃的可引發(fā)性，從而促進(jìn)天然氣的直接應(yīng)用，在此天然氣作為易于獲得的燃料?？梢詰?yīng)用多個(gè)預(yù)處理技術(shù)來(lái)將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)處理的燃料，圖2示出了多個(gè)燃料預(yù)處理技術(shù)。盡管圖2中有空氣，預(yù)處理器20中使用的空氣是可選擇的，這取決于具體使用的預(yù)處理技術(shù)。例如，高溫分解就不需要使用空氣。按照一個(gè)實(shí)施例，燃料預(yù)處理器20包括熱源22，該熱源用于對(duì)管道22中的燃料進(jìn)行加熱以使燃料發(fā)生熱分解。該熱源可以是一個(gè)單獨(dú)的加熱器。作為可選擇的方案，脈沖爆燃燃燒器10可以作為熱源22使用。對(duì)于后一個(gè)實(shí)施例，既可以使用脈沖爆燃燃燒器10直接進(jìn)行加熱，也可以利用脈沖爆燃燃燒器10加熱的中間流體的熱量。另一個(gè)作為例子的熱源是渦輪機(jī)30的排氣流，這將在后面進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)于另一個(gè)實(shí)施例，燃料預(yù)處理器20包括熱源22和催化劑26，用于促進(jìn)燃料的熱分解。根據(jù)要熱分解的燃料類(lèi)型的不同，所使用的催化劑也不同，作為例子的催化劑包括沸石催化劑或者貴金屬，如鉑。按照另一個(gè)實(shí)施例，燃料預(yù)處理器20包括等離子體源24，用于對(duì)管道28中的燃料進(jìn)行熱分解。對(duì)于另一個(gè)實(shí)施例，燃料預(yù)處理器20包括催化劑26，用于對(duì)管道28中的燃料進(jìn)行熱分解。前面已經(jīng)描述了作為例子的催化劑。
脈沖爆燃燃燒器10可用于使來(lái)自燃料預(yù)處理器20的原始氧化劑和經(jīng)處理的燃料組成的混合物發(fā)生爆燃。作為可選擇的方案，混合物可包括原始氧化劑如壓縮空氣、經(jīng)處理的燃料和另一種氧化劑如氧氣或富氧氣流，后面將結(jié)合圖10進(jìn)行論述。氧氣會(huì)減少整個(gè)混合物的爆燃能量，從而促進(jìn)了爆燃。按照另一個(gè)實(shí)施例，脈沖爆燃燃燒器10還適于容納原始燃料、使混合物發(fā)生爆燃和排出產(chǎn)生的爆燃產(chǎn)物，所述混合物包括經(jīng)處理的燃料、原始燃料和原始氧化劑。作為例子的原始燃料包括烴類(lèi)燃料如天然氣，餾出燃料和氣化固體燃料的氣流。作為例子的用于固體燃料氣流的固體燃料包括煤炭、農(nóng)產(chǎn)品和木材。例如，原始燃料可以包括均勻輕質(zhì)燃料如氫氣(H2)以促進(jìn)整個(gè)混合物的爆燃。作為可選擇的方案，原始燃料可以比燃料預(yù)處理器20提供的經(jīng)處理的燃料還重。對(duì)于后一種方案來(lái)說(shuō)，來(lái)自燃料預(yù)處理器20的經(jīng)處理的燃料用于提高較重的原始燃料的爆燃性。例如，經(jīng)處理的燃料可以是CO和H2的混合物，而原始燃料可以包括天然氣(CH4)。另外，盡管沒(méi)有特別的說(shuō)明，發(fā)生爆燃的混合物也可以包括另一種氧化物，從而促進(jìn)經(jīng)處理的燃料/原始氧化物/原始燃料混合物的爆燃。
對(duì)于圖1所示的實(shí)施例，動(dòng)力系統(tǒng)100還包括壓縮機(jī)40，脈沖爆燃燃燒器和渦輪機(jī)30，壓縮機(jī)40用于給至少一個(gè)燃料預(yù)處理器20提供空氣。例如，壓縮機(jī)40給脈沖爆燃燃燒器10提供壓縮空氣，原始氧化劑包括該壓縮空氣。如圖1所示，壓縮機(jī)40可由渦輪機(jī)30驅(qū)動(dòng)。
下面參考圖3說(shuō)明聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)200的實(shí)施例。如圖所示，動(dòng)力系統(tǒng)200包括上述簡(jiǎn)單循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的部件。另外，動(dòng)力系統(tǒng)200還包括一個(gè)蘭金底循環(huán)(或汽輪機(jī)底循環(huán))。如圖所示，汽輪機(jī)設(shè)備110適于容納來(lái)自渦輪機(jī)30的排氣流，利用該排氣流產(chǎn)生蒸汽，并利用該蒸汽產(chǎn)生產(chǎn)生動(dòng)力。有利的是，汽輪機(jī)設(shè)備110的使用會(huì)消耗額外的動(dòng)力，該額外的動(dòng)力來(lái)自簡(jiǎn)單循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)100的余熱。對(duì)于圖3所示的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)設(shè)備110包括汽輪機(jī)60，冷凝器80和泵70。汽輪機(jī)60適于利用蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力。冷凝器80適于容納并冷凝來(lái)自汽輪機(jī)60的廢汽以提供液體流。泵70適于接受并泵送該液體流。特別地，對(duì)于圖3所示的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)設(shè)備110還包括熱回收蒸汽發(fā)生器90，該熱回收蒸汽發(fā)生器90適于接受來(lái)自渦輪機(jī)30的排氣流，接受來(lái)自泵70的液體流，并利用所述排氣流從液體流中產(chǎn)生蒸汽。
本發(fā)明示例性的動(dòng)力設(shè)備300的實(shí)施例如圖7和8所示。如圖所示，該動(dòng)力設(shè)備300包括至少一個(gè)燃料預(yù)處理器20，該燃料預(yù)處理器適于將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料。該動(dòng)力設(shè)備還包括多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)100。每個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)100包括脈沖爆燃燃燒器10和處于脈沖爆燃燃燒器10下游位置的渦輪機(jī)30，如前面參考圖1所述的那樣。對(duì)于圖7所示的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，為每個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)100提供單獨(dú)的燃料預(yù)處理器20。作為可選擇的方案，一個(gè)燃料預(yù)處理器20可以給兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)100提供經(jīng)處理的燃料，如圖8所示的例子那樣。根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施例，動(dòng)力設(shè)備300還包括至少一個(gè)壓縮機(jī)40、脈沖爆燃燃燒器10和渦輪機(jī)30，該壓縮機(jī)40適于給至少一個(gè)燃料預(yù)處理器20提供空氣。對(duì)于如圖7和8所示的特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)，為每個(gè)脈沖爆燃燃燒器10提供單獨(dú)的壓縮機(jī)40。盡管沒(méi)有示出，一個(gè)壓縮機(jī)40可以給兩個(gè)或多個(gè)脈沖爆燃燃燒器10提供壓縮空氣。另外，圖8所示示例性的動(dòng)力設(shè)備300也包括熱回收單元90，熱回收單元90適于利用來(lái)自渦輪機(jī)30的余熱來(lái)加熱中間流體例如水，從而提供給燃料預(yù)處理器20加熱的流體，例如提供蒸汽給燃料預(yù)處理器20。
下面參考圖9說(shuō)明一個(gè)聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備300的實(shí)施例。除了參考圖7和8的如上所述的部件外，動(dòng)力設(shè)備300還包括汽輪機(jī)設(shè)備110，該汽輪機(jī)設(shè)備110適于容納來(lái)自至少一個(gè)渦輪機(jī)30的排氣流，利用該排氣流產(chǎn)生蒸汽，并利用該蒸汽產(chǎn)生產(chǎn)生動(dòng)力。圖9所示是使用單個(gè)燃料預(yù)處理器20和多個(gè)壓縮機(jī)40的例子。如上面參考圖7和8所論述的，可以為動(dòng)力系統(tǒng)100提供分開(kāi)的燃料預(yù)處理器20和/或壓縮機(jī)40。對(duì)于圖9所示的示例性的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)設(shè)備110適于接受來(lái)自多個(gè)渦輪機(jī)30的排氣流。作為可選擇的方案，根據(jù)動(dòng)力設(shè)備300的尺寸大小，其可以具有多個(gè)汽輪機(jī)設(shè)備110。對(duì)于圖9所示的示例性的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)設(shè)備110包括汽輪機(jī)60，冷凝器80，泵70和熱回收蒸汽發(fā)生器90，如前面參考圖3詳細(xì)描述的那樣。另外，熱回收蒸汽發(fā)生器90還可用于給燃料預(yù)處理器20提供蒸汽，如圖9中虛線所示的那樣。例如，如圖11所示是一個(gè)包括重整裝置410的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)600，該重整裝置410可接受來(lái)自熱回收蒸汽發(fā)生器90的蒸汽。
如圖4、5和6所示是另一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)400的實(shí)施例。如圖4所示，例如，動(dòng)力系統(tǒng)400包括具有重整裝置410的燃料預(yù)處理器20，該重整裝置410可容納和重整燃料，并產(chǎn)生重整產(chǎn)品。圖4中的“Q”表示通過(guò)燃燒/部分氧化、電能和/或熱能而提供給重整裝置410的附加能量。動(dòng)力系統(tǒng)400還包括脈沖爆燃燃燒器10，該脈沖爆燃燃燒器10適于容納重整產(chǎn)品和氧化劑，適于二者組成的混合物的爆燃，并適于排出多種爆燃產(chǎn)物。有利的是，通過(guò)對(duì)燃料進(jìn)行重整，給脈沖爆燃燃燒器10提供更易于爆燃的燃料(重整產(chǎn)品)。對(duì)于圖5和6所示示例性的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，動(dòng)力系統(tǒng)400還包括給重整裝置410提供水的水源420和給重整裝置410提供燃料的燃料源440。重整裝置410使用水對(duì)燃料進(jìn)行重整。另外，對(duì)于圖4所示的特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)，動(dòng)力系統(tǒng)400還包括泵422，該泵422用于將水從水源420泵送到重整裝置410。
在此，術(shù)語(yǔ)“重整裝置”是指通過(guò)水和可重整燃料的反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氫的裝置。作為例子的可重整燃料包括烴類(lèi)，例如天然氣或者餾出液體燃料。作為例子的重整裝置410包括催化重整裝置410。在對(duì)水和烴類(lèi)燃料混合物進(jìn)行重整時(shí)，根據(jù)燃料和催化劑的不同，重整裝置通常的工作溫度范圍是大約華氏800度(800°F)至大約華氏1400度(1400°F)。重整裝置使水和燃料的混合物發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生帶有水的氫，甲烷，二氧化碳，一氧化碳和各種夾帶的痕量物質(zhì)(合起來(lái)叫做“重整產(chǎn)品”)。盡管在圖4-6中只示出了一個(gè)重整裝置410，可以理解的是，可以使用具有相同或不同催化劑的兩個(gè)或多個(gè)重整裝置410，從而更有效地產(chǎn)生氫。
如圖4-6所示，動(dòng)力系統(tǒng)400也可以包括重整產(chǎn)品儲(chǔ)存裝置430，該重整產(chǎn)品儲(chǔ)存裝置430用于容納來(lái)自重整裝置410的重整產(chǎn)品并將重整產(chǎn)品提供給脈沖爆燃燃燒器10。作為可選擇的方案，如圖4-6中虛線所示的那樣，重整產(chǎn)品可以從重整裝置410直接提供給脈沖爆燃燃燒器10。動(dòng)力系統(tǒng)400使用的重整產(chǎn)品儲(chǔ)存裝置430取決于重整裝置410的容量和生產(chǎn)能力，還取決于脈沖爆燃燃燒器10的燃料消耗速度。
為了促進(jìn)重整裝置410中氫的產(chǎn)生，可以對(duì)提供給重整裝置410的水和/或燃料進(jìn)行預(yù)熱。對(duì)于圖5所示的特別的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，脈沖爆燃燃燒器10用于對(duì)來(lái)自燃料源440的燃料和來(lái)自水源420的水進(jìn)行加熱，這樣重整裝置410所接受的燃料和水都已被加熱。在圖5中，“溫的燃料”表示燃料被汽化或加熱，“溫水”包括蒸汽和加熱后的水。也就是說(shuō)，對(duì)該實(shí)施例來(lái)說(shuō)，流體要足夠熱以促進(jìn)重整反應(yīng)。該加熱可以在熱交換器中進(jìn)行(圖5中未示出)。作為可選擇的方案，脈沖爆燃燃燒器10可以加熱中間流體(未示出)并通過(guò)中間流體間接加熱燃料和/或水。對(duì)于后一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，水(液態(tài)或者蒸汽狀態(tài))可以作為中間流體來(lái)加熱燃料。也就是說(shuō)，在這個(gè)特別的實(shí)施例中，脈沖爆燃燃燒器直接加熱水并通過(guò)加熱的水間接加熱燃料。
為了產(chǎn)生動(dòng)力，動(dòng)力系統(tǒng)400包括位于脈沖爆燃燃燒器10下游的渦輪機(jī)30，例如圖4-6所示的那樣。渦輪機(jī)30與脈沖爆燃燃燒器10流體連通。對(duì)于圖6所示的特別的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，動(dòng)力系統(tǒng)400也包括熱交換器，該熱交換器用于接受來(lái)自渦輪機(jī)30的排氣流以加熱燃料和水。盡管圖中未示出，熱交換器450也可以對(duì)提供給重整裝置的燃料或水進(jìn)行加熱。
動(dòng)力系統(tǒng)400可以構(gòu)造成使如下的混合物發(fā)生爆燃(1)包括重整產(chǎn)品和氧化物的混合物，(2)包括重整產(chǎn)品、原始燃料(例如，烴類(lèi)燃料如天然氣)和氧化物的混合物，(3)包括重整產(chǎn)品、氧化物和另一種氧化物(例如氧氣或富氧氣流)的混合物，(4)包括重整產(chǎn)品、氧化物、原始燃料和另一種氧化物的混合物。按照一個(gè)特別的實(shí)施例，脈沖爆燃燃燒器10可以容納原始燃料(例如圖4和5虛線所示)，使包括原始燃料、重整產(chǎn)品和氧化物的混合物發(fā)生爆燃，并排出爆燃產(chǎn)物。
參考圖10描述的是另一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)500的實(shí)施例。如圖10所示，動(dòng)力系統(tǒng)500包括用于容納空氣和提供富氧氣流的富氧裝置50。作為例子的富氧氣流的氧含量范圍是大約百分之五十至九十(50-90％)。脈沖爆燃燃燒器10適于容納燃料和富氧氣流，適于二者組成的混合物的爆燃，并適于排出多種爆燃產(chǎn)物。渦輪機(jī)30處于脈沖爆燃燃燒器10的下游位置，該渦輪機(jī)30與脈沖爆燃燃燒器10流體連通。
作為例子的富氧裝置50包括空氣分離裝置或隔膜系統(tǒng)。這些用于富氧的裝置是公知的系統(tǒng)，空氣分離裝置是傳統(tǒng)使用的裝置，例如，用在完整的氣化聯(lián)合循環(huán)煤(IGCC)設(shè)備中。
對(duì)于圖10中的特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)，富氧裝置50還可提供富氮?dú)饬?，渦輪機(jī)可以容納該富氮?dú)饬鳌Ｓ欣氖牵摳坏獨(dú)饬骺勺鳛槔鋮s氣流用于冷卻渦輪機(jī)的工作部件，也有助于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。
另外，盡管圖10中沒(méi)有明確示出，富氮?dú)饬鞯闹辽僖徊糠挚杀挥糜诶鋮s脈沖爆燃燃燒器10。
更詳細(xì)地說(shuō)，動(dòng)力系統(tǒng)500也包括燃料預(yù)處理器20，該燃料預(yù)處理器20適于將基礎(chǔ)燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料，這樣脈沖爆燃燃燒器10內(nèi)容納和爆燃的燃料包括經(jīng)處理的燃料，如圖10所示。另外，脈沖爆燃燃燒器10還適于容納原始燃料，如圖10中虛線所示。對(duì)該實(shí)施例來(lái)說(shuō)，脈沖爆燃燃燒器內(nèi)容納和爆燃的燃料包括經(jīng)處理的燃料和原始燃料。如上所述，一個(gè)作為例子的燃料預(yù)處理器20是一個(gè)重整裝置410，該重整裝置410適于容納和重整基礎(chǔ)燃料并產(chǎn)生重整產(chǎn)品。對(duì)這個(gè)特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)，脈沖爆燃燃燒器內(nèi)容納和爆燃的燃料包括重整產(chǎn)品。
圖10中動(dòng)力系統(tǒng)500的實(shí)施例還包括壓縮機(jī)40，壓縮機(jī)40給燃料預(yù)處理器20、脈沖爆燃燃燒器10和渦輪機(jī)30中的至少一個(gè)提供壓縮空氣。對(duì)于圖10中的特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)40適于給脈沖爆燃燃燒器10提供壓縮空氣，該脈沖爆燃燃燒器適于使經(jīng)處理的燃料、富氧氣流和壓縮空氣組成的混合物發(fā)生爆燃，并排出多種爆燃產(chǎn)物。根據(jù)一個(gè)例子，富氧氣流中只包含很小百分比的空氣流量，例如空氣流量中的大約百分之二(2％)是氧。
盡管本文已圖示和描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)此進(jìn)行很多改進(jìn)和變化。因此，可以理解的是，所附權(quán)利要求書(shū)要涵蓋凡落入本發(fā)明實(shí)際精神內(nèi)的所有這些改進(jìn)和變化。
部件列表10脈沖爆燃燃燒器20燃料預(yù)處理器22熱源24等離子體源26催化劑28管道30渦輪機(jī)40壓縮機(jī)50富氧裝置60汽輪機(jī)70泵80冷凝器90熱回收蒸汽發(fā)生器100動(dòng)力系統(tǒng)110汽輪機(jī)設(shè)備200聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)300動(dòng)力設(shè)備400動(dòng)力系統(tǒng)410重整裝置420水源422泵430重整產(chǎn)品儲(chǔ)存裝置440燃料源450熱交換器500動(dòng)力系統(tǒng)600聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力系統(tǒng)(100)，包括一燃料預(yù)處理器(20)，用于將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料；一脈沖爆燃燃燒器(10)，用于容納經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑，并用于使包括經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑的混合物的爆燃并排出多種爆燃產(chǎn)物；和一渦輪(30)，被配置在所述脈沖爆燃燃燒器(10)的下游，所述渦輪與所述脈沖爆燃燃燒器流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述燃料預(yù)處理器(20)包括一熱源(22)，該熱源(22)對(duì)燃料進(jìn)行加熱以使燃料發(fā)生熱分解。
3.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述燃料預(yù)處理器(20)還包括用于增強(qiáng)燃料熱分解的催化劑(26)。
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述燃料預(yù)處理器(20)包括用于使燃料熱分解的等離子體源(24)。
5.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述燃料預(yù)處理器(20)包括用于使燃料熱分解的催化劑(26)。
6.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述脈沖爆燃燃燒器(10)還用于容納原始燃料，用于使由經(jīng)處理的燃料、原始燃料和原始氧化劑組成的混合物爆燃，并排出多種爆燃產(chǎn)物。
7.如權(quán)利要求6所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于該原始燃料包括烴類(lèi)燃料，其中該燃料包括烴類(lèi)燃料。
8.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于還包括壓縮機(jī)(40)，該壓縮機(jī)(40)用于給所述燃料預(yù)處理器(20)、所述脈沖爆燃燃燒器和所述渦輪機(jī)(30)中的至少一個(gè)提供空氣。
9.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(200)，其特征在于還包括一汽輪機(jī)設(shè)備(110)，該汽輪機(jī)設(shè)備(110)用于容納來(lái)自所述渦輪(30)的排氣流，利用該排氣流產(chǎn)生蒸汽，并利用該蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力，其中，所述汽輪機(jī)設(shè)備包括一汽輪機(jī)(60)，用于利用蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力；一冷凝器(80)，用于容納并冷凝來(lái)自所述汽輪機(jī)的廢汽以提供液體流；和一泵(70)，用于接受并泵送該液體流。
10.如權(quán)利要求9所述的動(dòng)力系統(tǒng)(200)，其特征在于所述汽輪機(jī)設(shè)備(110)還包括一熱回收蒸汽發(fā)生器(90)，該熱回收蒸汽發(fā)生器(90)用于接受來(lái)自所述渦輪(30)的排氣流，接受來(lái)自所述泵(70)的液體流，并利用排氣流從液體流中產(chǎn)生蒸汽。
11.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)(100)，其特征在于所述燃料預(yù)處理器(20)包括一重整裝置(410)，該重整裝置(410)用于容納和重整一種基礎(chǔ)燃料并產(chǎn)生重整產(chǎn)品，其中，由所述脈沖爆燃燃燒器(10)容納和爆燃的經(jīng)處理的燃料包括該重整產(chǎn)品。
全文摘要
一種動(dòng)力系統(tǒng)(100)，包括燃料預(yù)處理器(20)，脈沖爆燃燃燒器(10)和渦輪機(jī)(30)，其中燃料預(yù)處理器(20)用于將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖环N經(jīng)處理的燃料。該脈沖爆燃燃燒器用于容納經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑，用于包括經(jīng)處理的燃料和原始氧化劑的混合物的爆燃，并用于排出多種爆燃產(chǎn)物。該渦輪機(jī)位于該脈沖爆燃燃燒器(10)的下游位置并與該脈沖爆燃燃燒器(10)流體連通。動(dòng)力設(shè)備(300)包括至少一個(gè)燃料預(yù)處理器(20)和多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)(100)。每個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)包括脈沖爆燃燃燒器(10)和位于該脈沖爆燃燃燒器(10)的下游位置并與該脈沖爆燃燃燒器(10)流體連通的渦輪機(jī)(30)。
文檔編號(hào)F02C5/11GK1644906SQ20041010056
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者A·J·迪安, I·A·萊瓦 申請(qǐng)人:通用電氣公司