燃气涡轮发动机是常用于飞机和发电装置的能量转换装置。燃气 涡轮发动机通常具有一个压气机、一个燃烧室和一个涡轮。进入压气 机的氧化剂受到压缩，并被导入燃烧室。燃料与高压氧化剂相混合并 发生燃烧。在燃烧室中产生的燃气驱动涡轮做功。
燃烧液态燃料的涡轮发动机排出的废气中含有氧化氮(NOx)、一 氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(UHC)和其他颗粒物。人们希望降低 发动机排出的上述组元的浓度。使用预先混合而成贫混合物的气态燃 料例如天然气可显著减少不希望元素的排放物。使液态燃料汽化和预 混合也可减少有害的排放物。
但是，加热液态的碳氢化合物燃料使之汽化可导致通常称为“焦 化”的产生有害非溶物质的过程，这种焦化物可在燃料系统内部形成 结焦沉积，阻塞通道，并降低发动机的总体性能。上述结焦沉积的形 成与原先与氧化剂接触的燃料同的溶解氧含量有关。降低燃料内溶解 氧的含量可降低结焦沉积速率，并提高加热燃料而不产生结焦沉积的 最高允许加热温度。
另外，添加附加的化合物到汽化的燃料中可形成在燃烧室内燃烧 而减少上述排放物的贫混合物。在催化反应室内添加氧化剂可形成一 种改善燃烧过程的重整燃料。因此，需要发展一种可使液态燃料汽化 以改善燃烧过程而不产生讨厌的结焦沉积的工艺和装置。
本发明概述
按照本发明，一种实例的低排放物强催化燃烧装置可去除液态燃 料中的溶解氧以使燃料汽化而不产生令人讨厌的非溶物质和副产物。
实例的燃料变换系统可调节燃料以获得最好的燃烧过程，该系统 具有一个燃料除氧器、一个热传导装置和一个催化反应室。上述燃料 除氧器去除液态碳氢化合物燃料中的溶解氧，使燃料汽化时没有不利 影响也不会产生过量的非溶物质。然后将汽化的燃料与氧化剂混合， 并在催化反应中重整，重整后的燃料与更多的氧化剂混合可保证在低 温下持续燃烧并减少有害副产物的排出量。液态燃料的汽化由于改善 了燃料与氧化剂的混合而改善燃烧过程。这又改善了火焰稳定性并提 供更完全而且有效的燃烧。
因此，本发明的燃料变换系统和方法由于提供液态燃料的汽化又 不产生不希望有的副产物而改善了燃烧过程。
从下面的说明书和简要说明的附图可清楚地了解本发明的上述的 和其他的特征。
附图简述
图1简单示出具有本发明的燃料稳定化装置的发动机系统实例。
图2简单示出另一个具有本发明的燃料稳定化装置的发动机系统 实例。
图3是按照本发明准备燃烧用的燃料的方法步骤方框图。
图4是按照本发明的一个可渗透膜件的实例的简单剖视图。
优选实施例的详细说明
参看图1，图中简单示出按照本发明的燃气涡轮发动机10的实 例，它具有一个调节燃料以获得最佳燃烧过程的燃料变换系统26。可 以理解，虽然本文作为说明实例只谈到燃气涡轮发动机，但是，其他 的燃烧工艺方法和装置例如活塞式发动机、蒸汽发动机和其他公知的 能量转换装置也可从本发明获益。
燃气涡轮发动机10具有一个压缩进入的空气的压气机14、一个燃 烧燃料/氧化剂混合物的燃烧室18和一个根据燃烧室18产生的排出燃 气流15而运转的涡轮16。
本发明的燃气涡轮发动机10具有一个燃料变换系统26，该系统 26具有一个燃料除氧器20、一个热传导装置22和一个催化反应室24。 碳氢化合物燃料由于在运输和贮存过程中与氧化剂接触而通常含有溶 解的氧。燃料内的溶解氧会在高温下与燃料内的其他化合物相结合， 所引起的相互反应会产生出令人讨厌的通常称为“结焦”的非溶物质。 由于上述相互反应而积集的非溶物质可堆积在燃料变换系统26和燃烧 室18的内壁上，造成不希望有的性能下降。
从碳氢化合物燃料中去除溶解氧可提高上述非溶物质开始明显形 成的温度，而且减少所产生的非溶物质的量。除氧器20可去除燃料中 的溶解氧，而不会显著影响燃料性质。
在许多的燃烧工艺过程中，燃料/氧化剂混合物是发动机效率和排 放物浓度的一个重要因素。含有燃料浓度大于按化学计算的混合物中 的浓度的混合物称为富混合物，并可燃烧而且保持在比按化学计算的 燃烧温度低的燃烧温度。含有氧化剂的浓度大于按化学计算的混合物 中的浓度的混合物称为贫混合物，其工作温度比按化学计算的燃烧温 度低。在某些用途中最好使燃烧室在较低的温度下工作，以使产生的 氧化氮的浓度较低，并可避免保持高温燃烧所需要的控热装置和构 件。但是，燃烧温度太低会使产生的排放物中含有浓度不合适的副产 物例如一氧化碳和未燃的碳氢化合物和各种其他的有害物质。在适当 地低的温度下燃烧贫混合物不会产生高浓度的NOx、CO和UHC。但是， 这种贫混合物目前仅在气态燃料条件下可用，而采用通常的液态碳氢 化合物燃料的情况下是不可行的。
本发明的燃料变换系统26去除从燃料供应源25供应的液态碳氢 化合物燃料中的溶解氧，使燃料汽化，而没有显著的不利影响，并且 不会产生过量的非溶物质。汽化的燃料在预混室29中与氧化剂21相 混合，形成富混合物，并在催化反应室24中重整，上述反应室24需 要如图1中箭头23所示的冷却以保持其工作寿命。上述所形成的汽化 燃料可保证在催化反应室24进行减少NOx产生的低温反应。由于改善 了氧化剂与燃料的混合又改善了催化反应室24中的反应而使液态燃料 的汽化改善了发动机的燃烧过程。然后，在燃料变换系统26变换过的 燃料在后混合室28内与适量的氧化剂19相混合，而变成一种贫混合 物，并在燃烧室稳定地燃烧而产生最少的NOx、CO和UHC。可以通过 部分的或全部的冷却流23部分地或全部地供给氧化剂19。
参看图2，图中示出燃气涡轮发动机10和燃料变换系统26的另一 个实例，其中，一部分燃料流过燃料变换系统26的旁路管道27直接 注入后混合室28或燃烧室18。如人们所知，仅仅一部分燃料流过燃料 变换系统26便可显著地改善燃料的调节。燃料变换系统26的每一个 组成部分都具有压力降，或者说影响燃料流的其他参数。若使流过燃 料变换系统26的燃料量与流过旁路管道27的燃料量相平衡便提供了 一种修整燃料流的特征以改善燃烧过程的方法。例如在燃烧室18内添 加液态燃料可提高火焰的稳定性。另外，图2示出旁路管道27通过管 道29将燃料供入后混合室28，并可通过管道31直接供入燃烧室18。 其中一条或两条管道都可用来提供所需的燃料流的性质，以达到所需 的燃烧效能。此外，还可将来自燃料供应源25的液态燃料直接通过管 道33注入催化反应室24。因此，一部分的液态燃料可通到系统26中 的任一个或全部的组成部分20、22、29和24的周围，以获得理想的 燃烧性能和所需的对进入燃烧室18的燃料的调节。
请参看图3，该图是准备燃烧用的燃料的方法步骤的方框图。在步 骤30，燃料变换系统26工作，首先去除大量来自液态碳氢化合物燃料 流内的溶解氧，该溶解氧是在除氧器20内去除的。从燃料中去除的溶 解氧的量要使得燃料的汽化不会造成明显的不希望有的过量的结焦或 其他非溶物质的产生。在某些用途中，可能要求去除氧的量使燃料中 的溶解氧含量仅为0.1ppm(百万分之0.1)。另外一些用途可以在较 高的氧浓度下满意地工作。
请看图4，除氧器20具有一个液态燃料在其上面流动的氧可渗透 膜件60，跨越该膜件60的氧分压差将溶解氧从液态燃料中抽出。上述 氧透过可渗透膜件60而迁移，并被排至除氧器20外。上述的可渗透 膜件60由施加在一种多孔性底板64上的可渗透层62构成。
可渗透膜件60支承在多孔性衬底66上。真空源70造成跨越可渗 透膜件60的氧分压差，致使溶解氧68被连续不断地从燃料25中抽 出。抽出的溶解氧被排到水中，或排到其他的可利用它的装置中。虽 然这里只谈到可渗透膜件作为实例，但是，应当明白，其他的可从燃 料中去除氧的普通机构或其他的能使液态燃料汽化但不出现明显的结 焦的方法都在本发明的思考范围内。
再参看图3，从除氧器20排出的液态燃料流入热传导装置22中， 并被汽化(步骤32)。由于此时燃料基本上没有溶解氧、故燃料加热 或汽化不会造成过量的非溶物质的形成。然后，汽化的燃料与氧化剂 相混合，以助重整(步骤36)。重整的产品通常含有H2，CO，H2O，和 CO2。也可将汽化燃料与其他的有助于燃烧过程的氧化剂、元素和化合 物相混合，这也在本发明的思考范围之内。
然后将汽化的燃料在催化反应室24内重整(步骤36)。催化反应 室24内含有可在待燃燃料内引起有利反应的材料。在催化反应室24 内重整的产物排出来并与附加的氧化剂相混合。(步骤38)。然后将 该燃料/氧化剂混合物喷入燃烧室18进行燃烧(步骤40)。
虽然上面说明了本发明的优选实施例，但是，本技术领域内的普 通工作人员会认识到在本发明范围内可进行一些改型。为此，应当研 究下面的权利要求书以确定本发明的实际范围和内容。