给料注射器系统与方法与流程

本文所公开的主题大体涉及整体气化联合循环(IGCC)发电系统，且更具体地，涉及用于将给料注入到气化器中的系统。

背景技术：
一些气化器将燃料、空气或氧气、温度调节剂和/或渣料添加剂的混合物转换成部分氧化气体的输出，其有时也称为“合成气”。合成气供应给燃气涡轮发动机的燃烧器，其为将电能供应至电网的发电机提供动力。来自燃气涡轮发动机的排气可供应至余热回收蒸汽发生器，余热回收蒸汽发生器产生蒸汽以驱动蒸汽轮机。由蒸汽轮机所生成的动力可例如用于驱动为电网提供电能的发电机。将燃料，空气，氧气，温度调节剂(例如水或蒸汽)，渣料添加剂，或者它们的任何组合从两个或更多个单独的源通过将给料源联接至给料喷嘴的给料注射器而注入到气化器中。给料源作为两个或更多个给料流而横过给料注射器，并且在喷嘴下游的反应区中结合在一起。通常，浆料或其它燃料流通过使用冲击射流、冲击流、同轴剪切层或者它们的组合而与氧化剂混合，如美国专利4775314中所说明。此外，气化给料注射器已使用了机械装置来产生固体流的螺漩流路，如WO2004/094568中所述。需要使以气动的方式传送的固体给料与氧化剂恰当地混合

技术实现要素：
对于气化操作，传统的给料注射器未使用漩流式流体氧化剂流来增强或控制浆料或燃料流的混合。本文所述的实施例涉及不同的混合选择，且更具体地涉及用于以气动的方式传送的燃料的混合选择，其中若干种包括漩流，若干种不需要漩流。根据本文所公开的一个实施例，给料注射器系统包括构造成用于以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送到反应区的圆形截面(圆形)通道，以及与该圆形通道大致同心且构造成用以使流体氧化剂流具有漩流的环形截面(环形)通道。根据本文所公开的另一实施例，给料注射器系统包括：中心主体，与中心主体大致同心且构造成用于使第一流体氧化剂流具有漩流的第一环形通道，与第一环形通道大致同心且构造成用于以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送到反应区的第二环形通道，以及与第二环形通道大致同心且构造成用于使第二流体氧化剂流具有漩流的第三环形通道。根据本文所公开的又一实施例，给料注射器系统包括：构造成用于以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送到反应区的圆形通道，与圆形通道大致同心且构造成用于传送第一流体氧化剂流的第一环形通道，与第一环形通道同心且构造成用于传送液态浆料的第二环形通道，以及与第二环形通道同心且构造成用于传送第二流体氧化剂流的第三环形通道。根据本文所公开的又一实施例，给料注射器系统包括：构造成用于传送液态浆料的圆形通道，与圆形通道大致同心且构造成用于传送第一流体氧化剂流的第一环形通道，与第一环形通道同心且构造成用于以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送至反应区的第二环形通道，以及与第二环形通道同心且构造成用于传送第二流体氧化剂流的第三环形通道。附图说明在参照附图阅读了以下详细说明之后，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中，在所有附图中，相似的标号代表相似的部件，其中：图1示意了根据本文所公开的一个实施例的具有一个圆形通道和一个环形通道的给料注射器系统的实施例；图2示意了根据本文所公开的另一个实施例的具有会聚的环形通道的给料注射器系统的实施例；图3示意了根据本文所公开的方面的具有两个额外的环形通道的给料注射器系统的实施例；图4示意了根据本文所公开的方面的、图3中所示的具有相反方向的漩流的给料注射器系统的截面图；图5示意了根据本文所公开的方面的、图3中所示的具有相同方向的漩流的给料注射器系统的截面图；图6示意了根据本文所公开的另一个实施例的给料注射器系统的实施例；具体实施方式本文所公开的实施例包括用于将给料注入气化器中的系统和方法。如本文所用，单数形式“该”、“此”包括复数的所指对象，除非上下文另有其它明确指示。图1示意了给料注射器系统10的一个实施例，给料注射器系统10包括圆形截面通道12和环形截面通道14。第一圆柱壁13限定了圆形通道12。圆形通道12处于中心且构造成用于以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送到气化器中的反应区。使用传送气体来使粉化固体燃料传送经过圆形通道12。圆形通道12的直径足够大，以容许粉化固体燃料给料穿过，同时避免通道磨损。第二圆柱壁15围绕第一圆柱壁13且与其大致同心。在图1中将第二圆柱壁15显示为部分省略以便于观察。第一圆柱壁和第二圆柱壁之间的间隔限定了与圆形通道12大致同心的环形通道14。流体氧化剂流流过环形通道14。环形通道14包括多个漩流叶片24的布置，以使流体氧化剂流的流速具有切向速度分量(换句话说，以使流体氧化剂流具有漩流)。如图1中所见，漩流叶片附连至第一圆柱壁13的外表面。在另一实施例中，漩流叶片24附连至壁15的内表面。在又一实施例中，漩流叶片24的一部分附连至壁13的外表面，且漩流叶片24的另一部分附连至壁15的内表面。在又一实施例中，漩流叶片中的一些附连至壁13的外表面和壁15的内表面两者上。在再一实施例中，漩流叶片通过容许给料注射器系统以本文所提供的方式来工作的任何装置保持就位。漩流的目的是增强以气动的方式传送经过圆形通道12的粉化固体燃料给料与流过环形通道14的流体氧化剂流之间的混合。环形通道14的排出端16可延伸超出圆形通道12的排出端18。在如图1中所示的一个实施例中，排出端的最靠近管道15的中心轴线(内表面)的表面是直的。在如图2中所示的另一实施例中，环形通道14的排出端17构造成以便会聚粉化固体燃料和氧化剂的流。在图2的实施例中，管道15的内表面从排出端17上游的某轴向位置处起圆形直径开口(内径)减小，在排出端17处或其附近达到最小内径。这就在第二圆柱壁内部于排出端17处产生了漏斗状轮廓，以用于会聚粉化固体燃料与流体氧化剂流的组合流。参看图3，在另一实施例中，环形通道14包括第一环形通道，且给料注射器系统还包括第二环形通道20。第二环形通道20与第一环形通道大致同心且由第二圆柱壁15和第三圆柱壁19之间的间隔限定。在一个实施例中，第二环形通道20构造成用以传送液态浆料。液态浆料可包括，例如，液态载体流体和含碳燃料，渣化(slagging)添加剂，再循环固体，或者它们的组合。在某些实施例中，可传送浆料和非浆料物质的组合。在另一实施例中，圆形通道12构造成以便传送液态浆料，且第二环形通道20构造成以便以气动的方式将粉化固体燃料给料从相应的源传送到气化器中的反应区。图3另外示意了由第三圆柱壁19和第四圆柱壁21之间的间隔限定且与第二环形通道20大致同心的第三环形通道22。第三环形通道22的排出端23延伸超出圆形通道12的排出端、第一环形通道14的排出端和第二环形通道20的排出端。图3中省略了第二圆柱壁15，第三圆柱壁19以及第四圆柱壁21的部分，以便于观察。在实施例中，当其中存在第三环形通道时，使第二流体氧化剂流传送经过第三环形通道。第三环形通道22还可包括多个漩流叶片24的布置，以使第二流体氧化剂流具有切向速度分量。漩流叶片附连到第三圆柱壁19的外表面、第四圆柱壁21的内表面、两个表面，或者由容许给料注射器以本文所述的方式来起作用的任何其它方式保持就位。如有需要，可以使用例如间隔件或定心翅片(centeringfins)来保持适当的间隙。来自第一环形通道和第三环形通道的流体氧化剂流漩流使浆料雾化，并且将以气动的方式传送的粉化固体燃料给料以及包含在该浆料中的含碳材料进行氧化。在如图4所示的一个实施例中，漩流叶片设置为使得由第一环形通道14所引起的漩流的方向与由第三环形通道22所引起的漩流的方向相反。在图5中所示的另一实施例中，漩流叶片设置成使得由第一环形通道和第三环形通道引起的漩流处于相同的方向。图4和5中的箭头显示了漩流的方向，并且在另外的实施例(未示出)中分别可以反转。虽然认为漩流是有利于混合目的的，但是在一些实施例中，流体氧化剂流的交替和动量对于混合而言就足够了，而包括圆形通道12以及第一环形通道14、第二环形通道20和第三环形通道22的结构将不必包括漩流叶片或任何漩流机构。图6示意了给料注射器系统50的另一实施例。给料注射器系统50包括中心主体51、第一环形通道54、第二环形通道56和第三环形通道58。中心主体包括圆柱形部件52和自该圆柱形部件延伸的锥形或具有备选轮廓的部件53。第一圆柱壁55围绕中心主体51并且与其大致同心，更具体地，围绕中心主体的圆柱形部件52且与其同心。圆柱形部件52与第一圆柱壁55之间的间隔限定了第一环形通道54，其与圆柱形部件52大致同心。第一流体氧化剂流传送经过第一环形通道54。第一环形通道54包括多个漩流叶片24的布置，以使第一流体氧化剂流具有漩流。漩流叶片附连到圆柱形部件52的外表面、第一圆柱壁55的内表面或者这两个表面上。第二环形通道56与第一环形通道54大致同心，且由第一圆柱壁55和第二圆柱壁57之间的间隔限定。粉化固体燃料给料以气动的方式从相应的源经过第二环形通道56传送到气化器中的反应区。第三环形通道58与第二环形通道56大致同心，且由第二圆柱壁57与第三圆柱壁59之间的间隔限定。第二流体氧化剂流传送穿过第三环形通道58。第三环形通道58还包括多个漩流叶片24的布置，以使第二流体氧化剂流具有切向速度分量。漩流叶片附连至第二圆柱壁57的外表面、第三圆柱壁59的内表面或者它们两者上。第三环形通道58的排出端60延伸超出中心主体51、第一环形通道54以及第二环形通道56。中心主体51的锥形部件53用于避免由中心主体52形成的尾流(wake)而产生的紊流区。由第一环形通道54和第三环形通道58所形成的漩流使传送经过第二环形通道的粉化固体燃料给料氧化，从而产生合成气。第一环形通道和第三环形通道中的漩流叶片可设置为以便在相同的方向或者相反的方向上形成漩流，如上所述。圆柱壁的端部在所有实施例的以上附图中都显示为是平坦的。但是，在一个实施例中，圆柱壁的端部可以是圆形的、渐缩的或者成形为以便控制涡旋脱落。因此，本文所描述的实施例可用于改善以气动的方式传送的固体给料与氧化剂的混合，且因此可用于提高原料的碳转化，提高合成气的输出，以及气化器的效率。虽然已经将本文中的大多数实例描述为系统，但各实例也可用作关于一个实例的使用方法，该方法是用于操作给料注射器系统的方法，其包括：(a)以气动的方式将粉化固体燃料给料自源经过构造成用于传送粉化固体燃料给料的圆形通道而供应给反应区；以及(b)经过与该圆形通道大致同心且构造成以便使流体氧化剂流具有漩流的环形通道来供应流体氧化剂流。虽然本文中已经显示和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将联想到许多修改和改变。例如，在其它实施例中，由以下材料来代替液态浆料：非浆料给料，诸如以气动的方式传送的固体颗粒给料；液态燃料，诸如液态碳氢燃料；气态燃料，诸如气态碳氢燃料或燃料气体；或者温度调节剂，诸如水。在另外其它实施例中，包括两种流体氧化剂流的实施例中的其中一种流体氧化剂流由备选气态给料(诸如气态碳氢燃料，燃料气体，或再循环合成气，或气态温度调节剂，诸如再循环二氧化碳或蒸汽)来替代。在另外其它实施例中，流体氧化剂流与温度调节剂(诸如蒸汽或水)以有助于本文所述的注射器系统运行的任何方式在注射器系统的排出端上游结合。在又其它的实施例中，粉化固体燃料与再循环固体渣料添加剂以有助于本文所述的注射器系统运行的任何方式在注射器系统的排出端上游结合。将理解的是，所附的权利要求意图覆盖落入本发明的实质精神内的所有这种修改和改变。