[发明专利]燃烧器系统中的杂质检测

说明书

技术领域

本发明主要涉及光学火焰检测，且具体涉及通过热原子发射(emission)确定燃烧器系统的液体燃料火焰中的痕量元素(或示踪元素)。

背景技术

燃气轮机和喷燃器可构造成用以依靠包括气体燃料和液体燃料的不同类型的燃料进行操作。尽管诸如天然气和合成气的气体燃料代表了大多数设备，但使用品质变化的馏出物或携有灰渣的燃料进行操作的能力也是燃气轮机产品系列的重要能力因素(enabler)。使用等级低的液体燃料的一个主要操作难题在于燃料中存在的痕量水平的金属元素，其可对涡轮材料造成不利影响，如热气体通路的腐蚀和阻隔涂层的退化。这些污染物如果存在的话，可能会焚烧和形成不利地涂布腔室(燃烧器)壁内侧的反应物，在一些情况下将阻塞空气流和妨碍系统最佳地运转。鉴于此，液体燃料中即使有质量为大约百万分之一浓度的一些金属元素也认为是有害的。此外，在燃烧器系统所处的世界各地，燃料品质有极大的不同。因此，十分期望检测和确定在具体环境中可存在何种污染物(如果有的话)。

对因存在一些金属元素如钒所造成的热腐蚀的一般防护是添加腐蚀抑制剂到燃料中。腐蚀抑制剂的浓度通常随燃料中金属污染物水平的变化而进行调整。抑制剂对腐蚀性金属元素的过度补偿可导致在涡轮构件上形成附加的灰渣沉积物。因此，期望的是在使用时持续地监测燃料中的腐蚀性金属元素和腐蚀抑制剂的水平。

尽管目前存在一些公知的用以提供液体燃料中的杂质或污染物检测的方法和系统，但多种检测器系统存在复杂性和成本方面的缺点。因此，本领域中仍需要用于测量杂质的系统和方法，其以更为高效的方式提供准确测量。

发明内容

本发明的一个实施例为燃烧器系统。该燃烧器系统包括上游的燃料喷射点(或部位，point)；下游的涡轮燃烧器；位于涡轮燃烧器中的包括多个轴向子区的火焰区；构造成用以获得对多个轴向子区中的至少一个进行非轴向的直接光学观察的光学端口组件，以及与光学端口组件构成光学通信的杂质检测系统。

本发明的另一实施例为燃烧器系统。该燃烧系统包括上游的燃料喷射点；下游的涡轮燃烧器；位于涡轮燃烧器中的包括多个轴向子区的火焰区；设置在燃烧器系统附近用以在操作期间激发火焰的电极组件；构造成用以获得对多个轴向子区中的至少两个进行直接光学观察的光学端口组件，以及与光学端口组件构成光学通信的杂质检测系统。

本发明的另一实施例为燃烧器系统。该燃烧系统包括燃料管线；滑流(slip-stream)燃料管线；燃料管线上的上游燃料喷射点；燃料管线上的下游涡轮燃烧器；以及设置在滑流燃料管线上用于分析传递至涡轮燃烧器的燃料中的杂质的感应耦合等离子体(ICP)分析器。

本发明的又一实施例为一种分析和测量燃烧器系统中的特定杂质的方法。该方法包括将液体燃料喷射到燃烧器系统的火焰区中；在燃烧器系统的火焰区中产生火焰；通过提供外部激发来升高火焰的温度；将火焰的直接发射信号从火焰区的多个轴向子区经由光学端口组件耦合至检测器系统，以及分析来自于多个轴向子区的发射信号用以检测存在于液体燃料中的杂质种类。

附图说明

当参照附图研读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：

图1为根据本发明一个实施例的燃烧器系统的简图。

图2为根据本发明一个实施例的具有激发器组件的燃烧器系统的简图。

图3为根据本发明一个实施例的具有滑流中的ICP分析器的燃烧器系统的简图。

图4为根据本发明一个实施例的钠的火焰发射光谱。

图5为根据本发明一个实施例的实验装置(set up)。

图6为根据本发明一个实施例的在火焰的″喷嘴端部区″处的镁和钒的对比火焰发射光谱。

图7为根据本发明一个实施例的在″中部火焰区″处的镁和钒的对比火焰发射光谱。

图8为根据本发明一个实施例的在″端部区末梢″处的镁和钒的对比火焰发射光谱。

图9为根据本发明一个实施例的在火焰″下游区″处的镁和钒的对比火焰发射光谱。

零件清单

10 燃烧器系统

12 压力边界

14 反向流动套筒

16 内部衬套

18 燃料喷射点

20 涡轮燃烧器

22 火焰区

24 光学端口组件

26 杂质检测系统

28 火焰

30 光学滤波器

32 喷嘴边缘区

34 中部火焰区

36 火焰区末梢

38 下游区