[发明专利]元素成分检测系统及方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题主要涉及检测燃料中的污染物，并且具体地涉及监测和调节燃气轮机的燃料。

背景技术

燃料成分特别影响腐蚀，且因此影响燃气轮机中构件材料的寿命。燃料可包括直接燃烧以产生能量的烃基气体和液体。周期表中的元素，如硫、钠、钒、钾、钙、铅等，可作为污染物存在于燃料中，导致合金涂层的退化。例如，硫和钒的氧化物可与其它污染物反应而形成在高温下有腐蚀性的硫酸盐和钒酸盐。通常，燃料中存在的污染物，如钠、钾和钒，导致由燃烧过程形成破坏燃气轮机构件的保护性表面涂层的沉积物。

燃气轮机的寿命受不同构件的腐蚀所影响。燃料成分成为对于燃气轮机中腐蚀的重要因素。总的来说，燃料中的元素污染物的浓度水平影响燃气轮机的性能和维护。此外，污染物影响暴露于热气体中的燃气轮机零件的退化，这些零件包括燃烧器、过渡件以及涡轮轮叶。压缩入口空气、喷射蒸汽以及水中所含有的污染物也可显著地促进腐蚀。用于检查燃料污染物的常规方法包括使用转盘发射(RDE)分光计来进行人工采样和测试。这些方法容易可能因误操作或不良采样技术而引起燃料样本的不纯。在燃料易于具有较高污染物水平的位置，需要进行频繁采样。这样频繁的采样耗费时间且劳动强度大。

期望的是，具有一种在线(online)燃料分析系统，其提供实时追踪元素污染物浓度的能力。此外，这种燃料的实时监测将使得能够及时地进行校正动作并减少非预期维护的情形。

发明内容

简言之，提出了一种用以检测多种元素的系统。该系统包括用于将X射线朝向样本传输的一个或多个X射线源，且还包括多个光子检测器。晶体阵列以一定曲率布置成具有适合的几何形状，用于接收由样本发出的多种光子能量和将光子能量聚焦在多个检测器上。多个光子检测器在空间上布置成对应于标记光子能量的布拉格角，以便同时检测多种元素。

在一个实施例中，提出了一种用于燃气轮机系统的在线燃料监测系统。该系统包括联接到燃气轮机的燃料供送管线(line)上以对燃料实时采样的燃料采样单元。该系统还包括元素检测系统，该元素检测系统具有用于朝向样本传输X射线的一个或多个X射线源、一个或多个光子检测器，以及以一定曲率布置成具有适合的几何形状来用于接收从样本发出的一种或多种光子能量的一个或多个晶体。该晶体还构造成用于将一种或多种光子能量聚焦在一个或多个检测器上，其中，一个或多个光子检测器在空间上布置成对应于标记光子能量的布拉格角，以检测一种或多种元素。该系统还包括联接到元素检测系统上且构造成用以计算燃料样本中的一种或多种元素的浓度的处理器。

在另一实施例中，提出了一种用以检测燃气轮机燃料中的钒的系统。该系统包括用以产生和朝向燃气轮机燃料样本传输X射线的一个或多个X射线源。该系统还包括一个或多个X射线光学晶体，该晶体排列成用以接收由样本发出的一种或多种光子能量，以及发射具有大约4.95千电子伏的能量级的光子。该系统包括光子检测器，该光子检测器设置在X射线光学晶体的反射通路内的预定位置处，且构造成用以检测具有大约4.95千电子伏的能量的光子。

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示出了根据本发明实施例的元素检测系统；

图2示出了图1中的晶体阵列的透视图；

图3示出了图1中的晶体阵列的备选构造；

图4示出了根据本发明另一实施例的元素检测系统；

图5示出了根据本发明实施例的在线燃气轮机燃料监测系统；以及

图6为用以检测和基于燃料类型应用定标(calibration)的示例性方法。

零件清单

10元素检测系统

12X射线源

14X射线

16样本

18晶体阵列

20曲面

22光子检测器

24-32晶体

34内表面

36-44光子检测器

50晶体阵列

52晶体阵列的透视图

54宽度

56长度

60透视图

62-68晶体组

70-76晶体组

78-84晶体组

86-92晶体组

94-100晶体组

104元素检测系统

106X射线光学晶体

108光子检测器

110在线燃料监测系统

112燃料采样单元

114燃料供送管线