专利名称：使用燃料喷射器的气化系统和方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及给料气化，并且更具体而言，涉及向气化器中喷射给料。
背景技术：
整体气化联合循环(IGCC)功率装置能够用诸如煤的多种烃给料相对清洁而高效地产生能量。IGCC技术可通过与气化器中的蒸汽的反应而将烃给料转化为一氧化碳(CO)和氢(H2)的气体混合物，即合成气。通过气化器的内室的流的混合度、停留时间和均匀度常常影响气化性能(例如，碳转化效率和煤处理能力)。遗憾的是，常规气化器常常在流的混合度、停留时间和/或均匀度方面表现较差，这导致气化器和整个IGCC功率装置的性能较差
发明内容
在范围方面与初始要求保护的发明相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简短总结。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下文所述实施例的多种形式。在第一实施例中，一种系统包括气化器，该气化器包括围绕室而设置的封罩，其中封罩包括顶壁、底壁和在顶壁与底壁之间的侧壁。气化器还包括设置在底壁中的出口、设置在顶壁中的第一喷射器，以及设置在侧壁中的第二喷射器，其中第一和第二喷射器被构造成将燃料、氧或它们的组合喷射到室中。在第二实施例中，一种系统包括气化器，该气化器包括围绕气化室而设置的封罩和联接到封罩上的出口，其中出口包括用于在下游方向排放的出口轴线。气化器还包括联接到封罩上的第一喷射器，其中第一喷射器包括用于将流体喷射到气化室中的第一喷射轴线，第一喷射轴线不垂直于出口轴线，第一喷射器被定向在远离出口的上游方向上，并且流体包括燃料、氧或它们的组合。在第三实施例中，一种系统包括气化器，该气化器包括伸长封罩，伸长封罩具有第一端部分、与第一端部分相对的第二端部分，以及在第一和第二端部分之间的中间部分。第一喷射器联接到第一端部分上，第二喷射器联接到中间部分上，并且出口联接到第二端部分上。出口相对于第一喷射器沿纵向偏移第一距离，第二喷射器相对于第一喷射器沿纵向偏移第二距离，并且第二距离为第一距离的大约50%至大约75%。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中
图I是具有带与别个不同地构造的燃料喷射器的气化器的整体气化联合循环(IGCC)功率装置的实施例的示意性框 图2是包括顶部喷射器和两个侧喷射器的图I的气化器的实施例的侧视截面图；图3是包括倾斜侧喷射器的图2的气化器的实施例的侧视截面 图4是包括附加的倾斜侧喷射器的图3的气化器的实施例的侧视截面 图5是包括倾斜侧喷射器的图I的气化器的实施例的侧视截面图；以及图6是图I的气化器的实施例的俯视截面图，其包括多个围绕气化室的周边而设置的喷射器。
具体实施例方式下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例 行任务。当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在额外的元件。如下所述，所公开的实施例可包括具有一个或多个与别个不同地定向的喷射器的多喷射器气化器，喷射器被构造成将燃料、氧或它们的组合喷射到气化室中。所公开的实施例的喷射器的与别个不同的定向被构造成增加在整个气化室中的流的混合、停留时间和均匀度，从而提高气化器的性能(例如，碳转化率和煤处理能力)。例如，喷射器的与别个不同的定向可被构造成提供交叉流和/或反流以增加气化室中的湍流。在某些实施例中，喷射器可设置在沿限定气化室的封罩的周边(例如壁)的多个位置上。例如，喷射器可在与朝气化器出口的下游流动方向交叉和/或平行的方向上喷射流。交叉流可相对于下游流动方向向上游和/或下游成角度。例如，交叉流可相对于下游流动方向成大于0度且小于90度的角度。在某些实施例中，气化器可包括在气化器出口上游的不同轴向位置、径向位置和/或周向位置处的一个或多个喷射器。例如，封罩可具有在相对于出口的第一上游位置(例如，封罩的上部部分)处的第一组喷射器、在相对于出口的第二上游位置(例如，封罩的中间部分)处的第二组喷射器、在相对于出口的第三上游位置(例如，封罩的下部部分)处的第三组喷射器，等等。各组喷射器可包括在不同周向位置且具有不同喷射角度的一个或多个喷射器(例如，燃料和/或氧喷射器)。例如，各组中的多个喷射器可以围绕封罩的侧壁而沿周向间隔开(例如，等间距或不等间距)。在某些实施例中，角度可限定在喷射器的喷射轴线和垂直于朝出口的下游流动方向的平面(例如，垂直于出口轴线的平面)之间。例如，第一组喷射器可被构造成沿着相对于该平面成第一角度的第一喷射轴线喷射流。在一个实施例中，第一角度垂直于该平面(即，90度)，并且被定向在沿着朝出口的下游流动方向的下游方向上。然而，第一角度可以在大约45度至90度、60度至90度、70度至90度或80度至90度之间的范围内。第二组喷射器可被构造成沿着相对于该平面成第二角度的第二喷射轴线喷射流。在一个实施例中，第二角度大于0度且小于90度，并且在与下游流动方向相反的上游方向上远离出口而定向。在另一个实施例中，第二角度大于O度且小于90度，并且在沿着下游流动方向的下游方向上朝向出口。在任一个实施例中，第二角度在上游和/或下游方向上可以为大约5度至85度、10度至80度、20度至70度、30度至60度、40度至50度、15度至60度、15度至45度或20度至40度。第三组喷射器可被构造成沿着相对于该平面成第三角度的第三喷射轴线喷射流。在一个实施例中，第三角度大于0度且小于90度，并且在与下游流动方向相反的上游方向上远离出口而定向。在另一个实施例中，第三角度大于0度且小于90度，并且在沿着下游流动方向的下游方向上朝向出口。在任一个实施例中，第三角度在上游和/或下游方向上可以为大约5度至85度、10度至80度、20度至70度、30度至60度、40度至50度、15度至60度、15度至45度或20度至40度。在某些实施例中，第二和第三角度均向上游定向、均向下游定向或彼此相反地定向(即，相反的上游和下游)。然而，可以在所公开的实施例中使用任何合适数量和布置的喷射器。本文所图示和描述的多喷射器气化器被构造成用于将所得合成气经由设置在气化器底部部分中的出口从气化器排出。然而，所公开的实施例可与出口不设置在底壁中的 多种其它类型的气化器一起使用。特别地，所公开的实施例可结合气流床气化器使用，其中通过气化室的流的方向可以是向上通过气化器。在这些系统中，所得合成气可离开位于气化器的顶壁上或附近的出口，同时熔融的渣料可通过底壁离开。所公开的实施例也可用于流化床气化器中。同样，由于流动方向大体向上，在这样的装置中的出口可位于气化器的顶壁附近。现在转到附图，图I是可由合成气体(即合成气)提供动力的整体气化联合循环(IGCC)系统100的实施例的示意图。IGCC系统100的元件可包括燃料源102，例如固体进料，其可用作IGCC的能源。燃料源102可包括煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废物、焦油、焦炉煤气和浙青或其它含碳物质。燃料源102的固体燃料可传送至给料制备单元104。给料制备单元104可以例如通过对燃料源102进行切细、磨碎、切碎、粉碎、压制成块或码垛而调整燃料源102的尺寸或形状以生成给料。另外，可以在给料制备单元104中将水或其它合适的液体加入到燃料源102以形成浆状给料。在其它实施例中，没有液体添加到燃料源，因而形成干给料。给料可从给料制备单元104传送至气化器106。如下文详细讨论的，气化器的某些实施例包括相对于朝气化器出口的下游流动方向而交叉地定向(例如向上游和下游成角度)的多个喷射器(例如，氧和燃料)。气化器106可将给料转化为合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。这种转化可通过使给料在例如大约20至85巴的高压和例如大约700至1600摄氏度的高温下经受受控量的蒸汽和氧来实现，压力和温度取决于所用气化器106的类型。气化过程可包括使给料经受热解过程，由此加热给料。在热解过程期间，气化器106内部的温度可以在大约150至700摄氏度的范围内，这取决于用来生成给料的燃料源102。给料在热解过程期间的加热可生成固体(例如炭)和残余气体(例如，一氧化碳、氢和氮)。给料在热解过程中所残余的炭可以仅占原始给料的重量的最多大约30%。然后，可以在气化器106中进行燃烧过程。燃烧可包括将氧引入到炭和残余气体。炭和残余气体可与氧反应以形成二氧化碳和一氧化碳，这为后续的气化反应提供热量。燃烧过程期间的温度可以在大约700至1600摄氏度的范围内。接着，可在气化步骤期间将蒸汽引入气化器106中。炭可在大约800摄氏度至1100摄氏度的范围的温度下与二氧化碳和蒸汽反应以生成一氧化碳和氢。本质上，气化器利用蒸汽和氧以允许给料中的一些“燃烧”以便生成一氧化碳和能量，该能量驱动将给料进一步转化为氢和额外的二氧化碳的第二反应。这样，通过气化器106制造产物气体。该产物气体可包括大约85%的一氧化碳和氢，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3、HCN和H2S (基于给料的硫含量)。该产物气体可称为脏合成气。气化器106也可生成废料，例如渣料108，其可以是湿的灰烬材料。这种渣料108可从气化器106移除并例如作为路基或另一种建筑材料处置。可使用气体清洁单元110来清洁脏的合成气。气体清洁单元110可洗涤脏的合成气以便从脏的合成气中移除HC1、HF、C0S、HCN和H2S,这可包括通过例如在硫处理器112中的酸性气体移除过程在硫处理器112中分离硫111。此外，气体清洁单元110可经由水处理单元114从脏合成气中分离盐113，水处理单元114可利用水净化技术从脏合成气生成可用的盐113。随后，来自气体清洁单元110的气体可包括清洁的合成气，例如NH3 (氨)和CH4 (甲烷)。 气体处理器116可用于从清洁的合成气中移除残余气体成分117，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残留化学物。然而，从清洁的合成气中移除残余气体成分117是可选的，因为即使包含残余气体成分117 (例如尾气)时，清洁的合成气也可用作燃料。此时，清洁的合成气可包括大约3% CO、大约55% H2和大约40% CO2，并且基本上脱除了 H2S。这种清洁的合成气可作为可燃的燃料而输送至燃气轮机发动机118的燃烧器120，例如燃烧室。IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU) 122。ASU 122可通过例如蒸馏技术将空气分离成成分气体。ASU 122可从由辅助空气压缩机123供应给其的空气中分离出氧，并且ASU 122可将分离的氧传递至气化器106。另外，ASU 122可将分离的氮输送至稀释氮(DGAN)压缩机 124。DGAN压缩机124可将从ASU 122接收的氮至少压缩到与燃烧器120中的压力水平相等的压力水平，以便不影响合成气的正常燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124已将氮充分地压缩到适当水平，DGAN压缩机124即可将压缩的氮输送至燃气轮机发动机118的燃烧器120。如上所述，压缩的氮可从DGAN压缩机124输送至燃气轮机发动机118的燃烧器120。燃气轮机发动机118可包括涡轮130、传动轴131和压缩机132以及燃烧器120。燃烧器120可接收诸如合成气的燃料，燃料可在压力下从燃料喷嘴喷入。该燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机124的压缩氮进行混合，并在燃烧器120内燃烧。这种燃烧可产生热的加压排气。燃烧器120可将排气引向涡轮130的排气出口。当排气从燃烧器120穿过涡轮130时，排气可驱动涡轮130中的涡轮叶片，以使传动轴131沿着燃气轮机发动机118的轴线旋转。如图所示，传动轴131连接到燃气轮机发动机118的多种构件上，包括压缩机132。传动轴131可将涡轮130连接到压缩机132上以形成转子。压缩机132可包括联接到传动轴131上的叶片。因此，涡轮130中的涡轮叶片的旋转可促使传动轴131旋转压缩机132内的叶片，传动轴131将涡轮130连接到压缩机132上。压缩机132中的叶片的这种旋转促使压缩机132压缩经由压缩机132中的进气口而接收的空气。然后压缩空气可馈送到燃烧器120并与燃料和压缩氮混合，以允许更高效率地燃烧。传动轴131还可连接到负载134上,负载134可为固定负载，例如，功率装置中用于产生电功率的发电机。实际上,负载134可以是由燃气轮机发动机118的旋转输出提供动力的任何合适的装置。IGCC系统100还可包括蒸汽轮机发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽轮机发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可以是用于产生电功率的发电机。然而，第一负载134和第二负载140两者都可以是能够由燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136驱动的其它类型的负载。此外，虽然燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136可驱动单独的负载134和140，如在图示实施例中示出的那样，但燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136也可串联使用，以便经由单个轴驱动单个负载。蒸汽轮机发动机136和燃气轮机发动机118的具体构造可因实施方案而异，并且可包括任何区段组合。系统100还可包括HRSG 138。来自燃气轮机发动机118的经加热的排气可被传输至HRSG 138中，并用来加热水和产生用于给蒸汽轮机发动机136提供动力的蒸汽。来自例如蒸汽轮机发动机136的低压区段的排气可被引导至冷凝器142中。冷凝器142可利用冷 却塔128将经加热的水交换成冷却水。冷却塔128用来为冷凝器142提供冷水，以有助于冷凝从蒸汽轮机发动机136输送到冷凝器142的蒸汽。来自冷凝器142的冷凝物可又被引导至HRSG 138中。同样，来自燃气轮机发动机118的排气也可被引导至HRSG 138中，以便加热来自冷凝器142的水并产生蒸汽。在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热排气可从燃气轮机发动机118流出并传送至HRSG 138，在HRSG中热排气可用来产生高压高温蒸汽。由HRSG 138产生的蒸汽可接着穿过蒸汽轮机发动机136以用于发电。此外，所产生的蒸汽也可供应至可使用蒸汽的任何其它过程，例如供应至气化器106。燃气轮机发动机118发生循环通常被称为“顶循环”，而蒸汽轮机发动机136发生循环通常被称为“底循环”。通过如图I所示将这两种循环组合，IGCC系统100可在两种循环中产生更高的效率。具体而言，来自顶循环的排气热可被收集并用来生成在底循环中使用的蒸汽。图2是用于与图I的IGCC系统100 —起使用的气化器106的实施例的侧视截面图。气化器106可具有轴向轴线或方向150、径向轴线或方向152，以及周向轴线或方向154。气化器106包括封罩156,封罩156充当气化器106的壳体或外壳。封罩156包括第一端部分158和第二端部分160。中间部分162由沿轴向位于第一端部分158和第二端部分160之间的封罩156的区段限定。第一端部分158和第二端部分160分别包括穹窿形顶壁164和三角形(例如圆锥形)底壁166。平行于轴向轴线150的侧壁168(例如，环形侧壁)设置在顶壁164和底壁166之间的中间部分162中。图不实施例还包括同心地设置在封罩156内部的热障170。热障170和封罩156形成壁组件172，壁组件172将气化器106的外部174与气化器106的内部176分开。内部176包括气化室178，在气化室178中可发生热解、燃烧、气化或它们的组合，如上文参照图I所描述的那样。壁组件172被构造成在气化期间阻挡热传递和气态成分从内部176泄漏到外部174。另外，热障170可被构造成将封罩156的表面温度维持在所需温度范围内。因此，热障170可包括被动屏蔽、主动冷却或它们的组合。例如，在热障170为被动热屏蔽的实施例中，其可由能够耐受高达或大于大约500°C、IOOO0C, 1500°C或甚至2000°C的温度的多种耐火材料制成。也就是说，热障170可由在暴露于这样的高温时维持其预定物理和化学特性的任何材料制成。用作热障170的合适的耐火材料可包括陶瓷(例如，粘土或矿物)、金属(例如，钛、钨)、金属陶瓷(即，陶瓷和金属复合材料)或其它耐火材料(例如，硅石、氧化铝)。又如，某些实施例可采用主动热冷却系统作为热障170的构件。在这样的实施例中，冷却管可用于降温目的。也就是说，冷却剂(例如冷却水)可循环通过一个或多个管以降低封罩156的表面温度。在某些实施例中，气化器106可包括围绕气化室178而设置的多个喷射器。喷射器可被构造成将燃料、氧(例如空气)或燃料和氧的混合物喷射到气化室178中。例如，喷射器可喷射含碳材料形式的燃料，例如煤、石油或生物质。事实上，喷射器可喷射适于经由气化产生合成气的任何材料(例如，有机材料，诸如木材或塑料废料)。又如，喷射器可将受控量的氧和/或蒸汽单独地或与合适燃料组合地进行喷射。根据应用情况，气化器106可包括设置在气化室178周围的大约I个至100个此类喷射器。应该指出的是，根据本发明的实施例，可在气化器106中采用任何合适数量或布置的多个喷射器。在某些实施例中，气化器106可包括在相对于轴线150、152和154的不同轴向位置、径向位置和/或周向位置处的一个或多个喷射器。在图2所示实施例中，第一喷射器180 (或第一组多个喷射器)设置在封罩156的第一端部分158的顶壁164中。第二喷射器 182和第三喷射器184 (或第二组多个喷射器)彼此在直径上相对地设置在封罩156的中间部分162的侧壁168中。也就是说，第二喷射器182和第三喷射器184位于距第一喷射器180的相等径向距离处，但设置在气化器106的纵向轴线186的相对的侧。第一喷射器180相对于出口 187沿纵向偏移第一距离188。第二喷射器182相对于第一喷射器180沿纵向偏移第二距离189。在一些实施例中，第二距离189可以是第一距离188的大约25%至75%, 25% 至 50% 或 50% 至 75% (例如，第一距离的大约 25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%或75%)。同样,第三喷射器184也可相对于第一喷射器180沿纵向偏移距离189。在图2所示实施例中，两个喷射器182和184设置在气化器106的侧壁168上。然而，在另外的实施例中，任何数量的喷射器可彼此间隔开且沿周向(例如，在周边方向154上)围绕气化器106的侧壁168的周边而设置。在这样的实施例中，喷射器可围绕周边沿周向等距隔开(例如，大约每10度、20度、30度、40度或50度I个喷射器)或围绕周边而不等距隔开。如上所述，喷射器180、182、184被构造成将燃料、氧(例如空气)或它们的组合喷射到气化室178中。因此，第一喷射器180包括确定源自第一喷射器180的流的大致定向的第一喷射轴线190。同样，第二喷射器182和第三喷射器184包括分别确定源自第二喷射器182和第三喷射器184的流的定向的第二喷射轴线191和第三喷射轴线192。在图示实施例中，第一喷射轴线190平行于轴向轴线150且垂直于气化器106的径向轴线152。换句话讲，第一喷射轴线190平行于纵向轴线186。这样的特征具有在使用期间将从第一喷射器180排出的流体流在如箭头194所指的大体向下的方向(例如，下游流动方向)上引导通过气化室178的效果。在某些实施例中，第一喷射轴线190可背离纵向轴线186达在大约0度至45度、0度至30度、0度至20度或0度至10度之间的角度。此夕卜，第一喷射器180的某些实施例可提供发散喷雾，例如，源自第一喷射器180的流体流可以在如由附图标记196所指的大体向下的方向(例如，下游流动方向)上朝侧壁168向外发散。在图2的实施例中的第二喷射轴线191平行于径向轴线152且垂直于气化器106的轴向轴线150。该特征具有在使用期间将从第二喷射器182排出的流体流在大体横向的方向上引导至气化室178中的效果。然而，源自第二喷射器182的流体流也可如附图标记198所指朝顶壁164和底壁166向外发散。类似地，第三喷射轴线192也平行于径向轴线152且垂直于气化器106的轴向轴线150。因此，如前所述，来自第三喷射器184的流体流在大体横向的方向上被引导至气化室178中，但流体也可沿着由附图标记200所指的路径流动。此外，由于第二喷射器182和第三喷射器184大体朝彼此定向，来自第二喷射器182的流动路径和来自第三喷射器184的流动路径被定向在沿气化器106的径向轴线152的大体会聚的方向上。换句话讲，第二喷射器182和第三喷射器184被定向为提供在与第一喷射器180不同的轴向位置处朝彼此(例如，朝轴线186)会聚的相反流。在运行期间，喷射器180、182、184将燃料和氧(例如空气)喷射到气化室178中。例如，第一喷射器180可喷射氧(例如空气)，而第二喷射器182和第三喷射器184则喷射燃料，反之亦然。作为另一示例，所有三个喷射器180 、182和184均可喷射具有相同或不同比率的燃料/氧混合物。在喷射之后，气化器106利用蒸汽和氧来允许燃料中的一些燃烧而产生一氧化碳和能量。这驱动第二反应，该反应将另外的燃料转化为氢和额外的二氧化碳。此类反应的转化效率和混合效果可通过本文所公开的实施例来优化。例如，随着流体朝出口 187向下游移动，当来自喷射器180的流体流与来自喷射器182和184的流体流相遇并混合时，产生湍流。相比常规系统，前述特征也可具有增加停留时间的效果。另外，相比单喷射器气化系统，在气化器106中包括多个喷射器可提供明显优点。例如，多个喷射器可允许增加气化器106的煤处理能力，从而比常规系统生成更大量的可用产物。这样的增加是可能的，因为在各个喷射器能够每天处理大约1000吨煤的情况下，气化器106可能能够每天处理至少大约3000吨、4000吨、5000吨或更多吨煤。例如，由于其具有三个喷射器，图2所示气化器106可能能够每天处理大约3000吨煤。湍流的增加和因此改善的混合可允许气化器106处理燃料的这种增加，同时保持最佳碳转化性能。在本文图示和描述的气化器106的实施例中，所得合成气沿着大体由出口轴线204限定的路径经由出口 187从气化器106排出。也就是说，合成气经由在气化器106的底壁166中的位置离开气化器106。然而，应该指出的是，本文所公开的多喷射器气化器设计可与出口不设置在底壁中的多种其它气化系统一起使用。例如，所公开的实施例可结合气流床气化器使用。在这样的实施例中，通过气化室178的流的方向可以是向上通过气化器106，即在与箭头194相反的方向上。在这些系统中，所得合成气可离开位于气化器106的顶壁164上或附近的出口，同时熔融的渣料可通过底壁166离开。又如，所公开的实施例可在流化床气化器中使用。同样，由于流动方向大体向上，在这样的装置中的出口可位于气化器106的顶壁164附近。图3至图5是用于与图I的IGCC系统100 —起使用的气化器106的另外的实施例的侧视截面图。所示视图中的各个示出了根据本发明的实施例的不同布置的喷射器。图3所示实施例包括第一喷射器180、第二喷射器182和第三喷射器184。如上所述，第一喷射轴线190沿着平行于轴向轴线150的气化器106的纵向轴线186设置。也就是说，第一喷射轴线190平行于出口轴线204。在图2所示实施例中，第二喷射轴线191和第三喷射轴线192垂直于第一喷射轴线190。相反，在图3的实施例中，第二喷射轴线191和第三喷射轴线192不垂直于第一喷射轴线190、出口轴线204和纵向轴线186。例如，第二喷射轴线191被定向为相对于平面215成第一角度214，平面215垂直于出口轴线204、第一喷射轴线190和纵向轴线186。也就是说，第二喷射轴线191被定向为相对于平面215成角度214，平面215平行于径向轴线152延伸。类似地，第三喷射轴线192被定向为相对于平面215成第二角度216，平面215垂直于出口轴线204、第一喷射轴线190和纵向轴线186延伸。在一些实施例中，第一角度214、第二角度216或两者在上游方向上可以在大约5度至85度、10度至80度、20度至70度、30度至60度、40度至50度、15度至60度、15度至45度或20度至40度之间的范围内，上游方向与朝出口 187的向下方向194(例如，下游流动方向)大体上相反。例如，在一个实施例中，第一角度214和第二角度216可以是大约30度，使得第二喷射器182和第三喷射器184被定向在向上游成角度的方向上。在图示实施例中，第一角度214和第二角度216大约相等。然而，在另外的实施例中，第一角度214和第二角度216可以不相等。例如，第一角度214可以是大约10度，并且第二角度216可以是大约40度，使得来自第三喷射器184的流体流在来自第二喷射器182的流体流冲击气化室178的地方的上游位置处冲击气化室178。由于第二喷射轴线191被定向为成角度214，从第二喷射器182排出的流体流在运行期间在大体成角度的方向上向上游被引导至气化室178中。然而，源自第二喷射器182的 流体流也可如附图标记198所指从喷射轴线191向外发散(例如，发散喷雾)。类似地，第三喷射轴线192在大体成角度的方向上向上游被定向至气化室178中。因此，如上所述，来自第三喷射器184的流体流在大体成角度的方向上向上游被引导至气化室178中，但流体也可如附图标记200所指发散(例如，发散喷雾)。在图示实施例中，由于第二喷射器182和第三喷射器184被定向为成大约相同的角度(即，第一角度214大约等于第二角度216)，从第二喷射器182的流动路径和从第三喷射器184的流动路径被定向在大体会聚的方向上。因此，当这两个流动路径在气化室178中相交时，来自第二喷射器182的流和来自第三喷射器184的流可形成湍流。当来自第二喷射器182的流体流和来自第三喷射器184的流体流与来自第一喷射器180的流体流会聚时，可形成另外的湍流。特别地，来自第一喷射器180的流体流朝出口 187被引导向下游，而来自第二喷射器182和第三喷射器184的流体流则以与来自第一喷射器180的流相反的流而背离出口 187被引导向上游。因此，第二喷射器182和第三喷射器184都相对于轴线186、190和204交叉地喷射流体流，同时也与来自第一喷射器180的流体流反向。如上所述，相比传统的单喷射器气化系统，这样的湍流可使气化器106能够处理更大容量的燃料。应该指出的是，根据本发明的实施例，可在图3的气化器106中包括任何数量的喷射器。例如，在一些实施例中，可存在围绕封罩156的侧壁168而彼此间隔开的多个倾斜喷射器。也就是说，多个喷射器(例如，2至100个、5至50个或10至25个喷射器)可被定向为相对于垂直于出口轴线204的平面215成角度，并且可围绕侧壁168的周边而相对于彼此沿周向偏移(例如，在周向方向154上)。在这样的实施例中，对于多个喷射器中的各个，角度可相同或不同。例如，喷射器的角度可布置成使得进入气化室178的流体流产生增加量的湍流，从而增加室178中的混合。图4是图3所示气化器106的另外的实施例的侧视截面图。如上所述，气化器106包括第一喷射器180、第二喷射器182和第三喷射器184。然而，相比图3的实施例，图4的气化器106还包括第四喷射器226和第五喷射器228。第四喷射器226和第五喷射器228分别具有确定源自第四喷射器226和第五喷射器228的流体流的大致定向的第四喷射轴线230和第五喷射轴线232。如上所述，第一喷射轴线190平行于气化器106的纵向轴线186。在该实施例中，第四喷射轴线230和第五喷射轴线232不垂直于第一喷射轴线190、出口轴线204和纵向轴线186。例如，第四喷射轴线230被定向为相对于平面215成第三角度234，平面215垂直于出口轴线204、第一喷射轴线190和纵向轴线186。类似地，第五喷射轴线232被定向为相对于平面215成第四角度236，平面215垂直于出口轴线204、第一喷射轴线190和纵向轴线186。在一些实施例中，第三角度234、第四角度236或两者在大体沿着朝出口 187的向下方向194 (例如，下游流动方向)的下游方向上可在大约5度至85度、10度至80度、20度至70度、30度至60度、40度至50度、15度至60度、15度至45度或20度至40度之间的范围内。例如，在图4所示实施例中，第三角度234和第四角度236为大约30度，使得第四喷射器226和第五喷射器228被定向在朝出口 187的向下游成角度的方向上。在另外的实施例中，第三角度234和第四角度236可以不相等。例如，第三角度234可以是大约20度，并且第四角度236可以是大约50度，使得来自第五喷射器228的流体流在来自第四喷射器226的流体流冲击气化室178的地方的下游位置处冲击气化室178。上述特征具有在使用期间将从第四喷射器226排出的流体流在大体下游的方向上引导至气化室178中的效果。 然而，源自第四喷射器226的流体流也可如附图标记238所指朝顶壁164和底壁166向外发散(例如，发散喷雾)。同样，来自第五喷射器228的流体流也被定向在朝出口 187的大体下游的方向上，但可以在使用期间如附图标记240所指向外发散(例如，发散喷雾)。在气化器106的运行期间，经由第一喷射器180喷入气化室178的流体流在方向194上朝出口 187向下游流动。来自第一喷射器180的流首先与来自第四喷射器226和第五喷射器228的流(例如交叉流)会聚而产生湍流，该湍流使燃料和空气在气化器106中混合并增加气化反应的效率。当流动流进一步向下游前进时，其与来自第二喷射器182和第三喷射器184的流(例如，交叉流)会聚，形成更多的湍流和更多的混合。因此，当流体流从顶壁164移动至气化器106的出口 187时，流率可由于多个交叉流的会聚而减小，交叉流中的至少一些逆着(例如，背向)朝出口 187的下游流动方向194被引导向上游。该特征可具有增加停留时间且因此维持气化器106中的高碳转化率的效果。在某些实施例中，喷射器180、182、184、226和228可以不同构造喷射燃料、氧(例如空气)或燃料/氧混合物。例如，第一喷射器180可喷射氧(例如空气)，而第二喷射器182、第三喷射器184、第四喷射器226和第五喷射器228则喷射燃料，反之亦然。作为另一示例，第一喷射器180、第二喷射器182和第三喷射器184可喷射氧(例如空气)，而第四喷射器226和第五喷射器228则喷射燃料，反之亦然。作为另一示例，第一喷射器180、第四喷射器226和第五喷射器228可喷射氧(例如空气)，而第二喷射器182和第三喷射器184则喷射燃料，反之亦然。作为另一示例，喷射器180、182、184、226和228均可喷射具有相同或不同比率的燃料/氧混合物。然而，任何合适构造的燃料和氧喷射都在所公开的实施例的范围内。图5是图3所示气化器106的另外的实施例的侧视截面图。在该实施例中，没有位于设置在顶壁164上的顶端部分158中的喷射器。相反，该实施例仅包括分别定向为成角度214和216的侧喷射器182和184。也就是说，在当前构思的实施例中，喷射器可排它地位于气化器106的侧壁168中。在图不实施例中，两个喷射器182和184(或任何数量的喷射器)在距出口 187的距离250处围绕封罩156的侧壁168而彼此沿周向间隔开(例如，在周向方向154上间隔开)。在另外的实施例中，两个以上的喷射器(例如，大约5个、10个、15个或20个喷射器)可在距出口 187的距离250处围绕封罩156的周边而设置。另夕卜，多个喷射器可在距出口 187的其它轴向距离处相对于彼此沿周向偏移(例如，在轴向方向150上偏移)和/或距纵向轴线186的径向距离处相对于彼此沿周向偏移(例如，在径向方向152上偏移)。也就是说，在 其它实施例中，一个或多个环状布置的喷射器可位于距离出口 187的一个或多个轴向位置、径向位置处。图6是沿垂直于气化器106的纵向轴线186的平面215截取的气化器106的实施例的俯视截面图。如图6所示，气化器106包括环状阵列或环形布置的喷射器258，包括四个喷射器，即喷射器260、喷射器262、喷射器264和喷射器266。在某些实施例中，环形布置的喷射器258可位于距出口 187的任何轴向距离处(例如，在轴向方向150上偏移)。如图所示，喷射器260沿着侧壁168的周边相对于喷射器262沿周向偏移距离268。类似地，喷射器264相对于喷射器262沿周向偏移距离270,喷射器266相对于喷射器264沿周向偏移距离272，并且喷射器260相对于喷射器266沿周向偏移距离274。应该指出的是，可使任何数量的喷射器按类似布置围绕气化器106的侧壁168而间隔开。例如，可将附加的喷射器沿侧壁168置于图不喷射器260、262、264和266之间。又如,可将喷射器在喷射器260和喷射器262之间置于为距离268的大约50%的距离处。如上所述，多个喷射器的所公开的实施例将燃料、氧或它们的组合喷射到气化室178中以增加在整个气化室178中的流的混合、停留时间和均匀度，从而提高气化器106的性能(例如，碳转化率和煤处理能力)。在上述实施例中的各个中，各个图示喷射器可包括燃料喷射、氧喷射(例如空气喷射)或它们的组合。而且，各个图示喷射器可包括一个或多个分立的喷射器，例如，I至100个、5至50个或10至25个。大体上，图示喷射器包括交叉地定向和/或相对于纵向轴线186、第一喷射器180的轴线190或出口 187的轴线204向上游成角度的至少一个或多个喷射器。换句话讲，图示喷射器包括在径向方向152上定向的至少一个或多个喷射器，例如，沿着平面215或相对于平面215成角度。例如，图示喷射器可包括多组喷射器，其中各组喷射器以相对于下游流动方向194的交叉流而相对于平面215向上游或下游成角度。这样，喷射器显著改善了气化器106中的燃料(例如，碳给料)的混合和停留时间，从而增加了气化器106的碳转化效率和输出。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种系统，包括 气化器，所述气化器包括 封罩，所述封罩围绕室而设置，其中所述封罩包括顶壁、底壁和在所述顶壁与所述底壁之间的侧壁； 出口，所述出口设置在所述底壁中； 第一喷射器，所述第一喷射器设置在所述顶壁中； 第二喷射器，所述第二喷射器设置在所述侧壁中，其中所述第一和第二喷射器被构造成将燃料、氧或它们的组合喷射到所述室中。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器包括第一喷射轴线，所述第二喷射器包括第二喷射轴线，并且所述出口包括出口轴线，其中所述第二轴线不垂直于所述第一喷射轴线、所述出口轴线或两者。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一喷射轴线平行于所述出口轴线。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二喷射轴线被定向为相对于垂直于所述第一喷射轴线的平面成角度，并且该角度在大约5度至大约80度之间的范围内。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二喷射轴线被定向为相对于垂直于所述第一喷射轴线的平面成角度，并且该角度在大约15度至大约60度之间的范围内。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二喷射器被定向在大体远离所述出口且朝向所述第一喷射器的上游方向上。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二喷射器包括围绕所述侧壁的周边而彼此沿周向间隔开的多个侧喷射器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个侧喷射器包括在直径上彼此相 对的第一对喷射器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个侧喷射器包括在直径上彼此相对的第二对喷射器，其中所述第一对和第二对喷射器围绕所述侧壁的周边而相对于彼此沿周向偏移。
10.一种系统,包括 气化器，所述气化器包括 封罩，所述封罩围绕气化室而设置； 出口，所述出口联接到所述封罩上，其中所述出口包括用于在下游方向上排放的出口轴线；以及 第一喷射器，所述第一喷射器联接到所述封罩上，其中所述第一喷射器包括用于将流体喷射到所述气化室中的第一喷射轴线，所述第一喷射轴线不垂直于所述出口轴线，所述第一喷射器被定向在远离所述出口的上游方向上，并且所述流体包括燃料、氧或它们的组合。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一喷射轴线被定向为相对于垂直于所述出口轴线的平面成角度，并且该角度在大约15度至大约60度之间的范围内。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器包括围绕所述封罩的侧壁而彼此沿周向间隔开的多个侧喷射器。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述多个侧喷射器包括在直径上彼此相对的第一对喷射器。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接到所述封罩上的第二喷射器，其中所述第一和第二喷射器大体朝彼此定向。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二喷射器包括与所述出口轴线对准的第二喷射轴线。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二喷射器包括第二喷射轴线，所述第一喷射轴线被定向为相对于垂直于所述出口轴线的平面成第一角度，所述第二喷射轴线被定向为相对于所述平面成第二角度，所述第一角度被定向在所述上游方向上，并且所述第二角度被定向在所述下游方向上。
17.—种系统,包括 气化器，所述气化器包括 伸长封罩，所述伸长封罩具有第一端部分、与所述第一端部分相对的第二端部分，以及在所述第一和第二端部分之间的中间部分； 第一喷射器，所述第一喷射器联接到所述第一端部分上； 第二喷射器，所述第二喷射器联接到所述中间部分上； 出口，所述出口联接到所述第二端部分上，其中所述出口相对于所述第一喷射器沿纵向偏移第一距离，所述第二喷射器相对于所述第一喷射器沿纵向偏移第二距离，所述第二距离为所述第一距离的大约50%至大约75%。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一和第二喷射器包括燃料喷射器、氧喷射器或燃料/氧喷射器。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器被定向在朝所述出口的下游方向上，并且所述第二喷射器被定向在远离所述出口的上游方向上。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器包括第一多个喷射器，并且所述第二喷射器包括第二多个喷射器。
全文摘要
提供了一种系统，其包括带有围绕室而设置的封罩的气化器，其中封罩包括顶壁、底壁和在顶壁与底壁之间的侧壁。气化器还包括设置在底壁中的出口、设置在顶壁中的第一喷射器，以及设置在侧壁中的第二喷射器，其中第一和第二喷射器被构造成将燃料、氧或它们的组合喷射到室中。
文档编号C10J3/72GK102782097SQ201180012952
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月6日 优先权日2010年1月7日
发明者C.Y.郭 申请人:通用电气公司