用于启动气化器中的气化反应的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于启动气化器中的气化反应的系统。系统包括气化器。气化器包括配置在气化室周围的耐火材料和配置在耐火材料周围的封壳。系统还包括点燃装置，其构造成延伸到气化室中并以小于近似982℃的耐火材料温度启动气化室内的气化反应。
【专利说明】用于启动气化器中的气化反应的系统
【技术领域】
[0001]本文中公开的主题涉及气化器，并且更特别地，涉及用于启动气化器中的气化反应的装置。
【背景技术】
[0002]气化器设计成通过使含碳原料与氧气发生反应而生成合成气体或合成气。在完成气化循环或气化器的跳闸发生之后，可合乎需要的是再起动气化器。然而，用以再起动气化器(例如，在热再起动情况或热交换情况下)的时间段被气化器内的温度限制。在气化器温度下降到再起动气化器所需的温度阈值之下的情况下，需要安装预热燃烧器以将气化器加热到用于利用原料发生的成功气化反应(例如，点火)的阈值之上。由于该延迟，故可损失用于使原料气化的有价值时间，这进而可导致化学品的生产损失、电力的生成损失等。
【发明内容】
[0003]在下面总结与原始要求权利的本发明的范围相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包含可与下面阐述的实施例相似或不同的各种形式。
[0004]根据第一实施例，一种系统包括气化器。气化器包括配置在气化室周围的耐火材料和配置在耐火材料周围的封壳。系统还包括点燃装置，其构造成延伸到气化室中并以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应。
[0005]根据第二实施例，一种系统包括点燃装置，其构造成延伸到气化器的气化室中并启动气化室内的气化反应。点燃装置构造成被电气地加热以启动气化反应。
[0006]根据第三实施例，一种系统包括点燃装置，其构造成延伸到气化器的气化室中并以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应。点燃装置构造成被电气地加热以启动气化反应。
[0007]—种系统，其包括:气化器，其包括:配置在气化室周围的耐火材料；以及配置在耐火材料周围的封壳；以及点燃装置，其构造成延伸到气化室中并以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应。
[0008]优选地，封壳包括至少一个侧壁，其中，点燃装置联接于至少一个侧壁，并且点燃装置的一部分延伸穿过耐火材料到气化室中。
[0009]优选地，系统包括气化燃料喷射器，其中，点燃装置联接于气化燃料喷射器。
[0010]优选地，气化燃料喷射器包括喷射器凸缘和喷射器末端，并且点燃装置与喷射器凸缘集成并延伸至喷射器末端。
[0011]优选地，点燃装置包括延伸到气化室中以启动气化反应的至少一个杆，其中，至少一个杆构造成被电气地加热以启动气化反应。
[0012]优选地，至少一个杆构造成实现至少一个杆的安培数测量。
[0013]优选地，系统包括构造成经由安培数测量监测至少一个杆的健康读数的监测系统。
[0014]优选地，至少一个杆构造成耐受在近似1090° C至2760° C之间的范围内的温度。
[0015]优选地，至少一个杆被电气地加热到982° C至1650° C之间的温度以启动气化反应。
[0016]一种系统，其包括:点燃装置，其构造成延伸到气化器的气化室中并启动气化室内的气化反应，其中，点燃装置构造成被电气地加热以启动气化反应。
[0017]优选地，点燃装置构造成以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应。
[0018]优选地，点燃装置构造成联接于气化器的封壳的侧壁或顶壁，并且点燃装置的一部分构造成延伸穿过气化器的耐火材料到气化室中。
[0019]优选地，点燃装置构造成与气化燃料喷射器的喷射凸缘集成并延伸至气化燃料喷射器的喷射器末端的末端。
[0020]优选地，点燃装置包括至少一个杆，并且至少一个杆构造成耐受在近似1090° C至2760° C之间的范围内的温度。
[0021]优选地，至少一个杆被电气地加热到982° C至1650° C之间的温度以启动气化反应。
[0022]一种系统，其包括:点燃装置，其构造成延伸到气化器的气化室中并以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应，其中，点燃装置构造成被电气地加热以启动气化反应。
[0023]优选地，点燃装置构造成联接于气化器的封壳的侧壁或顶壁，并且点燃装置的一部分构造成延伸穿过气化器的耐火材料到气化室中。
[0024]优选地，点燃装置构造成与气化燃料喷射器的喷射凸缘集成并延伸至气化燃料喷射器的喷射器末端的末端。
[0025]优选地，点燃装置包括至少一个杆，并且至少一个杆构造成耐受在近似1090° C至2760° C之间的范围内的温度。
[0026]优选地，至少一个杆被电气地加热到982° C至1650° C之间的温度以启动气化反应。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]当参考附图阅读下列详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在该附图中，同样的标记遍及附图表示同样的部件，其中:
图1是包括点燃装置的气化器的实施例的截面侧视图；
图2是联接于气化器的封壳的侧 壁的点燃装置的实施例在图1的线2-2内截取的截面侧视图；以及
图3是与气化燃料喷射器集成的点燃装置的实施例在图1的线3-3内截取的截面侧视图。
[0028]部件列表
106气化器108点燃装 置150轴向轴线或方向152径向轴线或方向154周向轴线或方向156封壳
158第一端部部分160第二端部部分162中间部分164顶壁166底壁168侧壁170耐火材料172壁组件174外部176内部178气化室180燃料喷射器186纵向轴线187 出口188距离190喷射轴线194箭头196附图标记204出口轴线206杆
208监测系统210控制器212热面层214隔尚层
216可铸造或纤维绝缘层
218密封件
220绝缘体
222第一部分
224第二部分
226 开口
228 开口
230 开口
232氧气
234末端236第一氧气通路 238燃料 240燃料通路 242第二氧气通路 244室或通道 246喷射器凸缘 248近侧上游端部 250绝缘体。【具体实施方式】
[0029]将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计方案中，必须作出许多实施特定决定以实现开发者的特定目的，诸如服从系统相关和商业相关的约束，其可因实施而异。此外，应当认识到，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言将不过为设计、制作和制造的常规任务。
[0030]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指的是存在元件中的一个或更多个。用语“包含”、“包括”和“具有”意图为包括的，并且指的是可存在除了列出元件之外的附加元件。
[0031]本公开涉及用于以较低的耐火材料温度启动气化器内的气化反应的系统。特别地，系统包括点燃装置，其延伸到气化室中来以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化室内的气化反应(例如，点火)。点燃装置可联接于气化器的封壳的侧壁或顶壁，并且延伸穿过耐火材料到气化器室中。可选地，点燃装置可与气化燃料喷射器的喷射器凸缘集成。联接于侧壁(或顶壁)或与气化燃料喷射器的喷射器凸缘集成的点燃装置可包括一个或更多个杆。这些杆可被电气地加热(例如，到近似982° C至小于近似1650° C之间的温度)来以较低的耐火材料温度启动气化反应。一个或更多个杆的安培数可被测量和监测以确定一个或更多个杆的健康读数。另外，杆可至少部分地绝缘(例如，与侧壁)以阻止气化器的某些构件(例如，侧壁)的加热。通过以较低的耐火材料温度实现气化反应的启动(例如，点火)，点燃装置改进单元的可靠性和可用性。
[0032]现在转向附图，图1是包括点燃装置108的实施例的气化器106的截面侧视图。气化器106和点燃装置108可为气化设备或动力设备(诸如整体煤气化联合循环(IGCC)动力设备)的一部分。然而，公开的实施例不受限于任何特别应用，并且因此公开的实施例可与任何类型的应用一起使用。如在下面详细讨论的，点燃装置108的各种实施例可以以较低的耐火材料温度启动气化反应。特别地，点燃装置108可以以小于982° C(1800° F)的耐火材料温度启动气化反应。
[0033]气化器106可具有轴向轴线或方向150、径向轴线或方向152和周向轴线或方向154。气化器106包括封壳156 (也被称为壳)，其起到用于气化器106的壳体或外壳的作用。封壳156包括第一端部部分158和第二端部部分160。中间部分162由封壳156的轴向地位于第一端部部分158与第二端部部分160之间的区段限定。第一端部部分158和第二端部部分160分别包括穹顶形顶壁164和三角形(例如，锥形)底壁166。平行于轴线150的侧壁168(例如，环形侧壁)配置在顶壁164与底壁166之间的中间部分162中。
[0034]不出的实施例还包括作衬里在同心地配置在封壳156内侧的气化器壁164、166、168的内侧上的耐火材料170。在某些实施例中，耐火材料170可包括多个层。耐火材料170和封壳156形成使气化器106的外部174与气化器106的内部176分离的壁组件172。内部176包括气化室178或燃烧室，其中，热解、燃烧、气化或它们的组合可发生。壁组件172构造成在气化期间阻止传热和气态成分从内部176泄漏至外部174。另外，耐火材料170可由耐火材料(例如，陶瓷)制成，并且设计成充当气化器106内的热保护层。例如，耐火材料170或耐火材料绝缘衬里可由在暴露于高温时维持其预定物理和化学特性的任何材料制成。除了保护封壳156免受高温操作之外，耐火材料170可控制热损失，并且用作用于用来起动气化器106的燃烧过程的热源。实际上，耐火材料170可在气化器106变成能够以气化模式操作之前加热到等于或高于温度阈值的温度。
[0035]在图1中示出的实施例中，燃料喷射器180 (例如，气化燃料喷射器)配置在封壳156的第一端部部分158的顶壁164中。燃料喷射器180与出口 187纵向地偏置距离188，并且包括确定源自燃料喷射器180的流的大体方位的喷射轴线190。燃料喷射器180可构造成将燃料、氧气(例如，空气或任何含氧混合物)或燃料与氧气的混合物喷射到气化室178中。例如，燃料喷射器180可喷射呈含碳原料(诸如煤、石油或生物质)形式的燃料。事实上，燃料喷射器180可喷射适合于经由气化生产合成气体或合成气的任何材料(例如，有机材料，诸如木料或塑料废料)。在某些实施例中，燃料可为干燃料或液态浆料，诸如煤浆。在其它实施例中，燃料喷射器180可单独或与适合的燃料结合喷射受控的量的氧气。在特定实施例中，燃料喷射器180可包括一个或更多个通路。例如，燃料喷射器180可包括用以喷射燃料的一个或更多个燃料通路和用以喷射氧气的一个或更多个氧气通路。
[0036]在示出的实施例中，喷射轴线190平行于轴线150，并且垂直于气化器106的径向轴线152。换言之，喷射轴线190平行于纵向轴线186。这种特征具有如下效果:在使用期间沿如由箭头194指示的大体向下方向(例如，下游流动方向)引导从燃料喷射器180出现的流体流穿过气化室178。在某 些实施例中，喷射轴线190可以以近似O至45度、O至30度、O至20度或O至10度之间的角度远离纵向轴线186被引导。此外，燃料喷射器180的某些实施例可提供发散喷雾，例如，源自燃料喷射器180的流体流可如由附图标记196指示地沿大体向下方向(例如，下游流动方向)朝向侧壁168向外发散。
[0037]在示出的气化器106的实施例中，得到的合成气沿着由出口轴线204大体限定的路径经由出口 187从气化器106出现。就是说，合成气经由气化器106的底壁166中的位置离开气化器106。然而，应当注意，本文中公开的气化器设计可与其中出口未配置在底壁中的各种其它气化系统一起使用。例如，公开的实施例可与气流床气化器结合使用。在这种实施例中，穿过气化室178的流的方向可向上穿过气化器106,即，沿与箭头194相反的方向。在这些系统中，得到的合成气可离开位于气化器106的顶壁164上或附近的出口，而熔渣可通过底壁166离开。再例如，公开的实施例可使用在流化床气化器中。同样地，这种装置中的出口可位于气化器106的顶壁164附近，这是因为流的方向大体向上。
[0038]以上提到的点燃装置108延伸到气化器106的气化室178中。点燃装置108的长度基于点燃装置108相对于燃料喷射器180的气化器几何形状和位置而变化。在某些实施例中，点燃装置108联接于气化器106的侧壁168。在一些实施例中，点燃装置108联接于气化器106的顶壁164。特别地，点燃装置108的一部分延伸穿过耐火材料170到气化室178中。可选地或另外，点燃装置108联接于燃料喷射器180。例如，点燃装置106与喷射器凸缘集成，并且以平行方式延伸到并超过燃料喷射器180的喷射器末端。与燃料喷射器180集成的点燃装置108包括一个或更多个杆206 (例如，辉光杆(glow rod))。杆206被电气地加热以启动气化室178内的气化反应。在某些实施例中，杆206可被加热到近似982。C 至 1650° C、近似 982。C 至 1200° C、近似 1200° C 至 1650° C、近似 1350° C至1400° C以及它们之间的所有子范围之间的温度，以启动气化反应。例如，杆206可被加热到1371° C(2500° F)的温度以启动气化反应。加热的杆206使得能够以在从小于近似990° C至小于970° C的范围内的耐火材料温度启动气化室178内的气化反应。在某些实施例中，加热的杆206使得能够以小于近似982° C(1800° F)的耐火材料温度启动气化室178内的气化反应。在某些实施例中，杆206可部分地绝缘，例如以防止侧壁加热。杆206可由高温金属(例如，钨、钼和/或铱)、合金或陶瓷制成。例如，杆206的材料可耐受在近似1090° C至2760° C、近似1090° C至1800° C、近似1800° C至2760° C的范围和它们之间的任何其它子范围内的温度。提到的范围在下面也适用。
[0039]杆206还使得能够进行安培数测量。特别地，点燃装置108联接于测量或接收杆206的安培数的测量值的监测系统208。这使监测系统208能够监测杆206的健康读数以确定杆206是否在期望的健康读数极限内。监测系统208可包括用以调节杆206的健康寿命的监测以及杆206的电气加热的控制器210。在某些实施例中，控制器210可与监测系统208分离。期望健康读数极限可在每个点燃装置108近似3至5安培的范围内，但是可基于点燃装置108的设计而变化。因此，低于近似3安培的安培数测量值指示杆206需要替换。杆206可为可替换的。另外，杆206可用于多次开动，直到健康读数落在期望极限之外。可选地，杆206可为牺牲的，并且仅在单次开动之后被替换。杆206足够小以确保在它们脱落到气化器106中的情况下没有损坏。通过以较低的耐火材料温度实现气化反应的启动(例如，点火)，点燃装置108的实施例改进单元的可靠性和可用性。
[0040]图2是联接于气化器106的封壳156的侧壁168的点燃装置108的实施例在图1的线2-2内截取的截面侧视图。如描绘的，点燃装置108包括杆206。在某些实施例中，点燃装置108包括一个或更多个杆206。杆206延伸穿过侧壁168和耐火材料170到气化室178中。特别地，杆206沿径向152延伸到气化室178中。耐火材料170包括多个层。特别地，耐火材料170包括与气化室178交界的热面层212、使热面层212与侧壁168隔离的隔离层214和可铸造或纤维绝缘层216。密封件218在侧壁168附近配置在杆206周围。绝缘体220配置在密封件218内，从而使杆206的第一部分222和第二部分224 (例如，加热的部分)分离。绝缘体220可提供电绝缘和热绝缘两者。热绝缘防止侧壁168被杆206加热。杆206延伸穿过侧壁168的开口 226、绝缘体220的开口 228和耐火材料170的开口230。如以上提到的，杆206被电气地加热以启动气化室178内的气化反应。特别地，杆206的第二部分224被电气地加热。杆206可被加热到近似982° C至1650° C、近似982° C至1200° C、近似1200° C至1650° C、近似1350° C至1400° C以及它们之间的所有子范围之间的温度，以启动气化反应。加热的杆206使得能够以小于近似982° C(1800° F)的耐火材料温度启动气化室178内的气化反应。杆206可由高温金属(例如，钨、钼和/或铱)、合金或陶瓷制成。例如，杆206的材料可耐受在近似1090° C至2760° C的范围内的温度。
[0041]如上所述，杆206可联接于监测系统208和/或控制器210。来自监测系统208和/或控制器210的电线联接于杆206的第一部分222。如上所述，电线可实现杆206的第二部分224的加热并监测杆206的安培数测量值。杆206可为可替换的。另外，杆206可用于多次开动。可选地，杆206可为牺牲的，并且仅在单次开动之后被替换。杆206足够小以确保在其脱落到气化器106中的情况下没有损坏。通过以较低的耐火材料温度实现气化反应的启动(例如，点火)，点燃装置108改进单元的可靠性和可用性。
[0042]图3是与燃料喷射器180集成的点燃装置108的实施例在图1的线3_3内截取的截面侧视图。虽然将描述用于燃料喷射器180的通路的一种布置，但是取决于特别燃烧系统的要求，其它布置为可能的。穿过燃料喷射器180的最内部材料为氧气232，其通过第一氧气通路236引导至燃料喷射器180的末端234。第一氧气通路236供应用于燃料喷射器180的末端234下游的燃烧的氧气232。氧气232可包括但不受限于纯氧气、氧气混合物和空气。接下来的最外部材料为燃料238，其通过燃料通路240引导至末端234。因此，燃料通路240以同轴或同心布置包围第一氧气通路236。燃料238可包括干燃料、浆状燃料、液态燃料或它们的任何组合。燃料通路240将燃料238引导至来自第一氧气通路236的氧气232的刚好下游，以增强燃料与氧气的混合。接下来的最外部材料为氧气232，其通过第二氧气通路242引导至燃料喷射器180的末端234。因此，第二氧气通路242以同轴或同心布置包围燃料通路240。第二氧气通路242可将氧气232引导至燃料238与来自第一氧气通路236的氧气232的混合物以产生用于有效燃烧的细喷雾。来自第二氧气通路242的氧气232也可包括但不受限于纯氧气、氧气混合物和空气。如图3所示，室或通道244可在燃料喷射器180的末端234附近形成在第二氧气通路242中。在某些实施例中，通路236、240和242可朝向纵向轴线186会聚或成角度以将材料引导至末端234，并且通道244可在末端234附近配置在通路236、240和242的会聚部分中。
[0043]如示出的，点燃装置108在燃料喷射器180的近侧上游端部248处与喷射器凸缘246集成，并且以平行方式沿轴线方向150延伸到并超过喷射器末端234。如描绘的，点燃装置108包括沿轴线方向150延伸到气化室178中的杆206。杆206经由绝缘体250至少部分地绝缘，以防止其它构件(诸如燃料喷射器180或顶壁164)的加热。每个绝缘体250以同轴或同心布置包围每个杆206的一部分。如以上提到的，杆206被电气地加热以启动气化室178内的气化反应。杆206可被加热到近似982° C至1650° C、近似982° C至1200° C、近似1200° C至1650° C、近似1350° C至1400° C以及它们之间的所有子范围之间的温度，以启动气化反应。加热的杆206使得能够以小于近似982° C(1800° F)的耐火材料温度启动气化室178内的气化反应。杆206可由高温金属(例如，钨)、合金或陶瓷制成。例如，杆206的材料可耐受在近似1093° C至2760° C之间的范围内的温度。
[0044]如上所述，杆206可经由电线联接于监测系统208和/或控制器210，以实现杆206的加热以及杆206的安培数测量值的监测。杆206可为可替换的。另外，杆206可用于多次开动。可选地，杆206可为牺牲的，并且仅在单次开动之后被替换。杆206足够小以确保在它们脱落到气化器106中的情况下没有损坏。通过以较低的耐火材料温度实现气化反应的启动(例如，点火)，点燃装置108改进单元的可靠性和可用性。[0045]公开的实施例的技术效果包括提供用于以较低的耐火材料温度启动气化器106内的气化反应的系统。特别地，系统包括点燃装置108，其延伸到气化室178中来以小于近似1204° C(2200° F)的耐火材料温度启动气化室178内的气化反应(例如，点火)。在某些实施例中，点燃装置108以小于近似982° C的耐火材料温度启动气化反应。点燃装置108可包括与燃料喷射器180的喷射器凸缘246集成的电气加热杆206或延伸穿过耐火材料170到气化室178中的、联接于侧壁169的杆206。通过以较低的耐火材料温度实现气化反应的启动(例如，点火)，点燃装置108改进单元的可靠性和可用性。
[0046]该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域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并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利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实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的 等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种系统，其包括: 气化器，其包括: 配置在气化室周围的耐火材料；以及 配置在所述耐火材料周围的封壳；以及 点燃装置，其构造成延伸到所述气化室中并以小于近似982° C的耐火材料温度启动所述气化室内的气化反应。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封壳包括至少一个侧壁，其中，所述点燃装置联接于所述至少一个侧壁，并且所述点燃装置的一部分延伸穿过所述耐火材料到所述气化室中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括气化燃料喷射器，其中，所述点燃装置联接于所述气化燃料喷射器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气化燃料喷射器包括喷射器凸缘和喷射器末端，并且所述点燃装置与所述喷射器凸缘集成并延伸至所述喷射器末端。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述点燃装置包括延伸到所述气化室中以启动所述气化反应的至少一个杆，其中，所述至少一个杆构造成被电气地加热以启动所述气化反应。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个杆构造成实现所述至少一个杆的安培数测量。
7.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，包括构造成经由所述安培数测量监测所述至少一个杆的健康读数的监`测系统。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个杆构造成耐受在近似1090° C至2760° C之间的范围内的温度。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个杆被电气地加热到982°C至1650° C之间的温度以启动所述气化反应。
10.一种系统,其包括: 点燃装置，其构造成延伸到气化器的气化室中并启动所述气化室内的气化反应，其中，所述点燃装置构造成被电气地加热以启动所述气化反应。
【文档编号】C10J3/00GK103484162SQ201310231819
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】A.马宗达, J.C.施莱赫尔 申请人:通用电气公司