專利名稱：稀薄燃料吸入燃?xì)鉁u輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其利用例如來自煤礦提取的煤礦瓦斯 (CMM)或填埋場中生成的垃圾填埋氣等低BTU氣體燃料。
背景技術(shù)：
過去，已知一種稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其吸入甲烷濃度低于其可燃性極限的 BTU氣體，從而燃燒甲烷成分。根據(jù)該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，通過壓縮機(jī)壓縮具有低濃度甲烷的工作氣體，以生成壓縮氣體。通過催化燃燒器經(jīng)由催化反應(yīng)燃燒壓縮氣體，以生成燃燒氣體。然后利用燃燒氣體來驅(qū)動(dòng)渦輪。然后將從渦輪中排出的壓縮氣體運(yùn)輸?shù)皆偕骰驘峤粨Q器中，用于對從壓縮機(jī)運(yùn)輸?shù)酱呋紵鞯膲嚎s氣體進(jìn)行預(yù)熱。在連接于渦輪的出口與發(fā)生器的進(jìn)口之間的排氣通道中設(shè)置有管道燃燒器，在該管道燃燒器中引入例如天然氣的燃料并且在廢氣具有低溫的起動(dòng)或低負(fù)荷操作時(shí)使其燃燒。這增加了廢氣的溫度，從而充分地加熱從壓縮機(jī)供應(yīng)到再發(fā)生器中的壓縮氣體，因此，活化催化燃燒器并且由此以有效的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。參見JP 2010-19247 (A)。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠利用從煤礦中排出的具有低濃度甲烷的低BTU氣體的VAM (Ventilation Air Methane)。VAM具有僅1%或更低的甲烷濃度。因此，VAM通常未經(jīng)燃燒就被排放到空氣中。然而，利用VAM作為用于通過燃?xì)鉁u輪發(fā)電的燃料，能夠獲得一定量的二氧化碳排放權(quán)。
對于上述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)楣艿廊紵靼惭b在渦輪出口處的排氣通道內(nèi)，由于來自渦輪的廢氣即使在管道燃燒器關(guān)閉的額定操作中也會(huì)遍及該通道，因此會(huì)造成壓力損耗和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出降低。此外，無法控制燃燒空氣至管道燃燒器的流量，使得在催化燃燒器中的催化劑劣化的情況下難以對管道燃燒器再點(diǎn)火。而且，因?yàn)楣艿廊紵靼惭b在排氣通道內(nèi)，所以該通道以及最終的燃?xì)鉁u輪的尺寸應(yīng)該比較大。
本發(fā)明的目的是提供一種稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有小尺寸的燃?xì)鉁u輪， 同時(shí)不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的任何降低或排氣系統(tǒng)中的任何壓力損耗。發(fā)明內(nèi)容
為此，該稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)，用于壓縮工作氣體以生成壓縮氣體，該工作氣體的可燃成分的濃度小于其可燃性極限；催化燃燒器，用于在容納其中的催化劑的協(xié)助下通過催化反應(yīng)燃燒壓縮氣體以生成燃燒氣體；渦輪，適于由從催化燃燒器供應(yīng)的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)；再生器，用于通過從渦輪經(jīng)由排氣通道供應(yīng)到再生器的廢氣對從壓縮機(jī)供應(yīng)到催化燃燒器的壓縮氣體進(jìn)行加熱；燃燒器，用于燃燒從壓縮機(jī)中抽出的氣體與燃料以生成加熱氣體并將加熱氣體供應(yīng)到排氣通道中；以及閥，用于控制被供應(yīng)到燃燒器的抽出氣體的量。
根據(jù)該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，通過壓縮機(jī)對可燃成分的濃度低于其可燃性極限的工作氣體進(jìn)行壓縮，以生成壓縮氣體。在催化燃燒器中經(jīng)由催化反應(yīng)燃燒壓縮氣體，以生成用于驅(qū)動(dòng)渦輪的高溫燃燒氣體。當(dāng)催化燃燒器的進(jìn)口溫度小于用于起動(dòng)催化反應(yīng)所需的溫度時(shí)，例如，在起動(dòng)或低負(fù)載操作期間，加熱燃燒器通過燃燒燃料與從壓縮機(jī)中抽出的氣體的混合物來生成加熱氣體，該加熱氣體被供應(yīng)到排氣通道中以加熱廢氣。然后將經(jīng)加熱的廢氣與來自壓縮機(jī)的壓縮氣體在發(fā)生器進(jìn)行熱交換。經(jīng)加熱的壓縮空氣增大催化燃燒器的進(jìn)口溫度，以活化催化燃燒，其保證高溫燃燒氣體至渦輪的穩(wěn)定供應(yīng)。而且，加熱燃燒器設(shè)置在排氣通道的外側(cè)，因此不會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)中的壓力降低以及發(fā)動(dòng)機(jī)的性能劣化。此外，利用具有較低燃料濃度或甲烷濃度的諸如CMM、VAM或垃圾填埋氣等稀薄氣體來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或利用催化反應(yīng)在燃燒器不被活化的額定操作中不生成NOx，并確保減少甲烷氣體的排放，從而有助于防止全球變暖。
此外，加熱燃燒器不設(shè)置在排氣通道中，因此不會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)的壓力損耗或發(fā)動(dòng)機(jī)的性能劣化，并且確保發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，在排氣通道中不設(shè)置加熱燃燒器，因此不會(huì)導(dǎo)致通道或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)大。而且，抽氣閥控制抽出氣體至加熱燃燒器的量， 因此確保燃燒器的再點(diǎn)火中對抽出氣體的適當(dāng)控制，從而生成一定量的燃燒器所需的加熱氣體。這促進(jìn)燃燒器的點(diǎn)火。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，抽氣閥適于連續(xù)地增大或減小被供應(yīng)到加熱燃燒器的抽出氣體的量。根據(jù)該實(shí)施方式，通過抽氣閥連續(xù)控制被供應(yīng)到加熱燃燒器的抽出氣體的量。這樣可保證被供應(yīng)到加熱燃燒器的抽出氣體和燃料的量，因此，可以以可靠的方式 控制來自燃燒器的加熱氣體的流量和溫度。這使得催化燃燒器的進(jìn)口溫度能夠以穩(wěn)定的方式被控制。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作中，起動(dòng)加熱燃燒器。根據(jù)該實(shí)施方式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作中操作加熱燃燒器，以起動(dòng)催化燃燒器然后平穩(wěn)地驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，盡管在常規(guī)的起動(dòng)操作中，來自渦輪的廢氣的溫度仍然很低，因此催化燃燒器沒有被起動(dòng)到將高壓高溫壓縮氣體供應(yīng)到渦輪中所需的程度，因而增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)數(shù)小于額定操作的轉(zhuǎn)數(shù)的非額定操作下工作的狀況下，加熱燃燒器工作。根據(jù)該實(shí)施方式，在非額定操作中通過燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣體的總量小于額定操作中的總量。這表明加熱燃燒器需要較少量的燃料， 其允許在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用較小的加熱燃燒器。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)適于使加熱燃燒器在催化燃燒器發(fā)生燃燒故障時(shí)工作。根據(jù)該實(shí)施方式，即使在因催化劑的劣化而發(fā)生任何燃燒故障時(shí)，也可以對加熱燃燒器再點(diǎn)火以活化催化燃燒器，因而防止發(fā)動(dòng)機(jī)的性能降低。
總之,可以通過具有較低燃料濃度,例如甲燒濃度的稀薄氣體(lean gas)來起動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，在額定操作中催化反應(yīng)不生成NOx，并且還減少甲烷氣體的排放。 而且，因?yàn)榧訜崛紵鞑辉O(shè)置在排氣通道中，因此可以使用較小的排氣通道來減小燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。此外，該結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生排氣通道中的壓力損耗或發(fā)動(dòng)機(jī)的性能劣化。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的稀薄氣體燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特征結(jié)構(gòu)的圖；以及
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)/停止操作的時(shí)間圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中通常由GT表示的燃?xì)鉁u輪具有壓縮機(jī)I、含有諸如鉬和鈀等催化劑的催化燃燒器2、以及利用燃?xì)鉁u輪GT的輸出作為發(fā)電機(jī)或起動(dòng)器工作的旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。
燃?xì)鉁u輪使用空氣和燃料的混合物作為工作氣體Gl。該工作氣體可以是低BTU氣體,例如煤礦中生成的風(fēng)排瓦斯(VAM, Ventilation Air Methane),從煤礦中抽出的可燃成分(甲烷)的濃度大于VAM濃度的煤礦瓦斯(CMM)，或是在垃圾中生成的垃圾填埋氣。通過壓縮機(jī)I壓縮工作氣體G1，以生成高壓壓縮氣體G2，其被運(yùn)輸?shù)酱呋紵?，在催化燃燒器2中，在諸如鉬或鈀等催化劑的協(xié)助下通過催化反應(yīng)燃燒該高壓壓縮氣體G2，以生成高溫高壓燃燒氣體G3。將燃燒氣體G3供應(yīng)到渦輪3以驅(qū)動(dòng)渦輪。渦輪3經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸5與壓縮機(jī)I連接，以便通過渦輪3激勵(lì)壓縮機(jī)I。如上所述，燃?xì)鉁u輪GT和旋轉(zhuǎn)電機(jī)4構(gòu)成發(fā)電裝置50。
因?yàn)楣ぷ鳉怏wGl中的燃料或可燃成分的濃度小于其可燃性極限，并且燃料的溫度小于有焰燃燒所需的最低溫度，因此工作氣體在通過壓縮機(jī)I進(jìn)行壓縮時(shí)不會(huì)因溫度增加而被點(diǎn)燃。工作氣體Gl可添加有高濃度可燃?xì)怏w以增加燃料濃度。
燃?xì)鉁u輪GT還具有再生器或熱交換器6以及燃燒器7，再生器或熱交換器6利用從渦輪3排出的氣體G4對從壓縮機(jī)I供應(yīng)到催化燃燒器2的壓縮氣體G2進(jìn)行加熱，而燃燒器7用于生成被用于加熱氣體G4的氣體G5。具體地，燃燒器7將燃料添加到從壓縮機(jī)I 中抽出的氣體20中，并且燃燒該混合物以生成加熱氣體G5，該加熱氣體G5混合在從渦輪3 供應(yīng)到再生器6的廢氣G4中。燃燒器7與抽氣控制閥8連接，抽氣控制閥8用于控制被供應(yīng)到燃燒器7的抽出氣體G20的量。來自再生器的氣體G4被供應(yīng)到消音器(未示出)，降噪然后排放到大氣中。
響應(yīng)于來自控制器20的起動(dòng)控制器21的輸出信號，通過抽氣閥8對至燃燒器7 的氣體G20的流量進(jìn)行控制，其中該控制器20控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行，將在下面進(jìn)行詳細(xì)說明。
由第一燃料流量控制閥9對從煤礦等CMM供應(yīng)源13至燃燒器7的CMM流量進(jìn)行控制，第一燃料流量控制閥9通過響應(yīng)于來自控制器20的起動(dòng)控制器21的控制信號而進(jìn)行工作。在由第二燃料流量控制閥10控制CMM的量的同時(shí)，通過按需要將來自煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)等的VAM源12的VAM與來自CMM源13的CMM進(jìn)行混合，來制備工作氣體Gl。CMM含有約10-30%的甲燒，并且VAM含有小于1%的甲烷。響應(yīng)于來自控制器20中的加載/停止控制器22的信號，由第二燃料流量控制閥10執(zhí)行對CMM的流量控制。凈化空氣源19與從 VAM源12延伸到壓縮機(jī)I的通道相連，用于在起動(dòng)步驟中執(zhí)行的凈化操作。
靠近催化燃燒器2的進(jìn)口設(shè)置第一溫度傳感器31以檢測進(jìn)入到催化燃燒器2中的氣體的溫度，并且靠近催化燃燒器2設(shè)置第二溫度傳感器32以檢測從催化燃燒器2排出的氣體的溫度。將通過第一溫度傳感器31獲得的進(jìn)口溫度作為第一檢測溫度信號傳送到起動(dòng)控制器21中，并且將通過第二溫度傳感器32獲得的出口溫度作為第二檢測溫度信號傳送到起動(dòng)控制器21和加載/停止控制器22中。
此外，靠近渦輪3的出口設(shè)置第三溫度傳感器33以檢測從渦輪3排出的氣體的溫度。將由第三溫度傳感器33獲得的出口溫度作為第三檢測溫度傳送到控制器20的加載/ 停止控制器22?？拷偕?的進(jìn)口設(shè)置第四溫度傳感器34以檢測進(jìn)入到再生器6中的氣體的溫度。將由第四溫度傳感器34獲得的進(jìn)口溫度作為第四檢測溫度傳送到控制器20 的起動(dòng)控制器21。
由單一軸部件制成的、連接于壓縮機(jī)I與渦輪3之間的旋轉(zhuǎn)軸5，經(jīng)由減速器 (reducer)17與旋轉(zhuǎn)電機(jī)4連接。旋轉(zhuǎn)軸5支撐旋轉(zhuǎn)傳感器36以檢測旋轉(zhuǎn)軸5的轉(zhuǎn)數(shù),然后該轉(zhuǎn)數(shù)被傳送到控制器20的加載/停止控制器22。
將用于表明由旋轉(zhuǎn)電機(jī)4生成的電能的信號傳送至控制器20的加載/停止控制器22。設(shè)置電力變換系統(tǒng)11，使得加載/停止控制器22激勵(lì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，作為起動(dòng)操作中的起動(dòng)器。
如圖2所示，渦輪3和再生器6經(jīng)由排氣管道或通道25彼此連接。排氣通道25 包括靠近渦輪的圓柱形部25a和靠近再生器6并朝向其擴(kuò)張的擴(kuò)張部25b，并且燃燒器7與擴(kuò)張部25b連接以便將加熱氣體G5供應(yīng)到排氣通道25的內(nèi)部。擴(kuò)張部25b的擴(kuò)張結(jié)構(gòu)允許加熱氣體G5被均勻地供應(yīng)到大型再生器6的內(nèi)部空間中，以便在利用再生器6的整個(gè)內(nèi)部空間的同時(shí)完成氣體G2與G5之間的熱交換。
如上所述，將來自CMM源(圖I)的CMM供應(yīng)到燃燒器7。而且，從通道24分支出去的抽氣體通道27，用于將來自壓縮機(jī)I的壓縮氣體G2供應(yīng)到再生器6，燃燒器7和閥8安裝在該抽氣通道27上。
下面將參考示出燃?xì)鉁u輪的起動(dòng)/停止時(shí)間流的圖3，來說明燃?xì)鉁u輪GT的包括起動(dòng)控制和加載控制的基礎(chǔ)操作和停止控制操作。在該圖中，特征曲線A到E分別表示燃?xì)鉂欇咷T的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)數(shù)、生成的電力、第一燃料流量控制閥9的開口率(open ratio)、第二燃料流量控制閥10的開口率和抽氣閥8的開口率。
首先討論起動(dòng)控制操作。在該操作中，在收到起動(dòng)指令時(shí)，起動(dòng)控制器21驅(qū)動(dòng)圖I 中的電力變換系統(tǒng)11以激勵(lì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。而且，閥18采取開放位置。這導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)GT吸入空氣從而以較低轉(zhuǎn)數(shù)例如額定速度的2(Γ30%驅(qū)動(dòng)(凈化)。然后，閥18采取開放位置，使燃?xì)鉁u輪GT抽入來自VAM源12的VAM以將轉(zhuǎn)數(shù)增加到高達(dá)例如額定速度的60%， 以便對圖I中的燃燒器7進(jìn)行點(diǎn)火，從而加熱再生器6，并且將催化燃燒器2的內(nèi)部加熱到高達(dá)催化反應(yīng)所需的溫度。如圖3所示，在完成凈化操作之后逐漸打開抽氣閥8。在燃燒器7點(diǎn)火之后，將閥8的開口率保持不變。然后，在圖I中催化燃燒器2中的催化燃燒過程中，通過來自加載/停止控制器21的控制信號，打開第二燃料流量控制閥10，從而開始從 CMM源13到壓縮機(jī)I的CMM的供應(yīng)(供應(yīng)CMM)。然后，控制燃燒器7的燃燒，以防止催化燃燒器2進(jìn)口處的溫度增加，通過供應(yīng)CMM也會(huì)引起該溫度增加。
例如，如圖3所示，通過逐漸減小抽氣閥8和第一燃料流量控制閥9的開口率E和 C以及供應(yīng)到燃燒器7的氣體G20和CMM的合成量，對該燃燒進(jìn)行控制。通過溫度傳感器31 檢測催化燃燒器2的進(jìn)口溫度，并且將表明檢測溫度的信號傳送到控制器20的起動(dòng)控制器 12。在接收到該信號之后，起動(dòng)控制器21將控制信號傳送到抽氣閥8和第一燃料流量控制閥9，從而分別控制其開口率E和C。如圖3所示，當(dāng)生成的電力B超過OkW時(shí)，即當(dāng)開始產(chǎn)生電力時(shí)，抽氣閥8和第一燃料流量控制閥9的開口率E和C減小到0，從而停止向燃燒器7供應(yīng)抽出氣體G20和CMM，由此關(guān)閉燃燒器火焰。
接下來討論加載控制。如圖3所示，當(dāng)開始產(chǎn)生電力時(shí)，響應(yīng)于來自加載/停止控制器22的控制信號，增加第二燃料流量控制閥10的開口率D，其增加從CMM源13供應(yīng)到壓縮機(jī)I的CMM的量。此外，在完全關(guān)閉燃燒器7之后，催化燃燒器2繼續(xù)其催化燃燒。 而且，如圖3所示，逐漸增加第二燃料流量控制閥10的開口率D，以增大被供應(yīng)到壓縮機(jī)I 的CMM的量，直到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)A達(dá)到額定數(shù)目(100%)為止，從而產(chǎn)生額定電力B (額定負(fù)載)。當(dāng)負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載時(shí)，通過利用圖I中的第二燃料流量控制閥10，控制被供應(yīng)到壓縮機(jī)I的CMM的量來控制工作氣體Gl中CMM的濃度。
在停止控制中，在接收到停止信號之后，如圖3所示，起動(dòng)控制器21工作以逐漸降低被生成的電力B以及第二燃料流量控制閥10的開口率D，從而降低被供應(yīng)到催化燃燒器 2的CMM的量，這減小發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)A并將生成電力降低到O (無負(fù)載)。該狀態(tài)保持一定時(shí)間，其在此間，發(fā)動(dòng)機(jī)作為整體被冷卻(后冷卻)。在發(fā)動(dòng)機(jī)被充分冷卻之后，完全關(guān)閉第二燃料流量控制閥10，以便不激勵(lì)燃?xì)鉁u輪GT，這使燃?xì)鉁u輪GT進(jìn)入自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
燃燒器7不僅在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)工作，而且在催化燃燒器2中發(fā)生任何燃燒故障時(shí)工作。例如，當(dāng)通過第二溫度傳感器32檢測的催化燃燒器的出口溫度降低到小于預(yù)定溫度時(shí)，確定出已經(jīng)因催化劑的劣化等原因而發(fā)生燃燒故障，結(jié)果是控制器20驅(qū)動(dòng)以打開抽氣閥8和第一燃料流量控制閥9，并且對燃燒器7點(diǎn)火。這增加了進(jìn)入再生器6的廢氣G4以及被供應(yīng)到催化燃燒器2的壓縮氣體G2的溫度，其充分激勵(lì)催化燃燒器2以防止發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的降低。
根據(jù)實(shí)施方式，可以平穩(wěn)地驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，在發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作中，來自渦輪3的廢氣G4的溫度較低，因此不太可能充分地活化催化燃燒器2，因此難以向渦輪供應(yīng)高壓高溫壓縮氣體并且難以平穩(wěn)地增加旋轉(zhuǎn)。然而，根據(jù)這些實(shí)施方式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作時(shí)驅(qū)動(dòng)燃燒器7，從而增加進(jìn)入再生器6的廢氣G4的溫度。這確保通過在再生器6處的熱交換，對將被供應(yīng)到催化燃燒器2的壓縮氣體G2的溫度進(jìn)行加熱，其有效地活化了催化燃燒器，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的順利起動(dòng)。
此外，因?yàn)榧訜崛紵?設(shè)置在排氣通道25的外側(cè)，而不是通道25的內(nèi)側(cè)，因此不會(huì)發(fā)生排氣通道中的壓力損耗或輸出降低，這確保了燃?xì)鉁u輪GT的高效驅(qū)動(dòng)。而且，因?yàn)榧訜崛紵鞑辉O(shè)置在排氣通道25內(nèi)，因此該通道可以具有更小的尺寸，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)緊湊的燃?xì)鉁u輪GT。
而且，抽氣閥8設(shè)置在加熱燃燒器7的上游側(cè)，從而連續(xù)地增加或降低被供應(yīng)到燃燒器7的抽出氣體G20的量。這確保響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，適當(dāng)?shù)乜刂票还?yīng)到燃燒器7 的抽出氣體G20和燃料的量，其確?？刂苼碜匀紵?的加熱氣體G5的流量和溫度并因而控制催化燃燒器2的進(jìn)口溫度。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在非額定操作下工作時(shí)，通過燃?xì)鉁u輪的工作氣體的量小于在額定操作下的量。這導(dǎo)致加熱燃燒器7需要更少的燃料，而這意味著燃燒器7可以具有更小的尺寸。
盡管在上述實(shí)施方式中將CMM和VAM用作工作氣體，然而，也可以使用可燃成分濃度小于其可燃性極限的其它氣體。
盡管已經(jīng)參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明，然而，在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下還可以對這些實(shí)施方式進(jìn)行各種變更，這些變更包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
部件列表
I :壓縮機(jī)
2 :催化燃燒器
3 :渦輪
4 :發(fā)電機(jī)
6:再生器
7 :加熱燃燒器
8 :抽氣閥
25 :排氣通道
Gl :工作氣體
G2 :壓縮氣體
G3 :燃燒氣體
G4 :廢氣
G5 :加熱氣體
G20 :抽出氣體
權(quán)利要求
1.一種稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括 壓縮機(jī)，用于壓縮工作氣體以生成壓縮氣體，所述工作氣體的可燃成分的濃度小于其可燃性極限； 催化燃燒器，用于在容納其中的催化劑的協(xié)助下通過催化反應(yīng)燃燒所述壓縮氣體以生成燃燒氣體； 渦輪，適于由從所述催化燃燒器供應(yīng)的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)； 再生器，用于通過從所述渦輪經(jīng)由排氣通道供應(yīng)到所述再生器的廢氣對從所述壓縮機(jī)供應(yīng)到所述催化燃燒器的壓縮氣體進(jìn)行加熱； 燃燒器，用于燃燒從所述壓縮機(jī)中抽出的氣體與燃料以生成加熱氣體并將所述加熱氣體供應(yīng)到所述排氣通道中；以及 閥，用于控制被供應(yīng)到所述燃燒器的抽出氣體的量。
2.如權(quán)利要求I所述的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述閥適于連續(xù)地增大或減小被供應(yīng)到所述加熱燃燒器的抽出氣體的量。
3.如權(quán)利要求I或2所述的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作中起動(dòng)所述加熱燃燒器。
4.如權(quán)利要求3所述的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)數(shù)小于額定操作的轉(zhuǎn)數(shù)的非額定操作下工作的狀況下，所述加熱燃燒器工作。
5.如權(quán)利要求Γ3中任一項(xiàng)所述的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中在所述催化燃燒器發(fā)生燃燒故障時(shí)，所述加熱燃燒器工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種緊湊的稀薄燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其不會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能劣化或排氣系統(tǒng)中的壓力損耗，其包括壓縮機(jī)(1)，用于壓縮工作氣體(G1)以生成壓縮氣體(G2)，該工作氣體(G1)的可燃成分的濃度小于其可燃性極限；催化燃燒器，用于在容納其中的催化劑的協(xié)助下通過催化反應(yīng)燃燒壓縮氣體以生成燃燒氣體(G3)；渦輪(3)，適于由從催化燃燒器(2)供應(yīng)的燃燒氣體(G3)驅(qū)動(dòng)；再生器(6)，用于通過從渦輪(3)經(jīng)由排氣通道(25)供應(yīng)到再生器(6)的廢氣對從壓縮機(jī)(1)供應(yīng)到催化燃燒器(2)的壓縮氣體(G2)進(jìn)行加熱；燃燒器(7)，用于燃燒從壓縮機(jī)(1)中抽出的氣體(G20)與燃料以生成加熱氣體(G5)并將該加熱氣體(G5)供應(yīng)到排氣通道(25)中；以及閥(8)，用于控制被供應(yīng)到燃燒器(7)的抽出氣體(G20)的量。
文檔編號F02C3/22GK102933819SQ20118001554
公開日2013年2月13日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者山崎義弘, 黑坂聰, 柏原宏行 申請人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社