氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)及其組裝方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生合成氣的氣化器。預(yù)熱器分配環(huán)固定地安裝在氣化容器的外殼圓頂內(nèi)，以用于在預(yù)熱操作期間將預(yù)熱燃料和氧化劑選擇性地排放到該容器中，或者用于在正常氣化操作期間將調(diào)節(jié)劑選擇性地排放至該容器中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)及其組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及氣化系統(tǒng)，并且更具體地，涉及包括整體預(yù)熱器燃料和調(diào)節(jié)劑噴射系統(tǒng)的氣化器。這種氣化器能夠集成到整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)或者任何其它的化學(xué)處理系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知的用于發(fā)電的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括集成有至少一個(gè)發(fā)電渦輪機(jī)系統(tǒng)的氣化系統(tǒng)。例如，已知的氣化器將燃料、空氣或氧氣、蒸汽、以及/或者石灰石的混合物轉(zhuǎn)化成部分可燃燒的氣體(有時(shí)被稱(chēng)為“合成氣”)的輸出。所產(chǎn)生的熱的可燃燒氣體被供給至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器，該燃燒器為將電力供給至電網(wǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)提供電力。來(lái)自至少一些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣被引導(dǎo)至余熱蒸汽發(fā)生器，該余熱蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽以用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。由蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力還為電網(wǎng)提供額外的電力。
[0003]氣化器趨向于成為典型的大型裝置，其必須在開(kāi)始實(shí)際氣化過(guò)程之前進(jìn)行預(yù)熱。對(duì)氣化器進(jìn)行預(yù)熱可能花費(fèi)若干小時(shí)，原因是典型氣化器的尺寸和體積。在至少一些已知的氣化器中，預(yù)熱器結(jié)構(gòu)(包括用于燃料和氧化劑的噴射器或噴嘴)是可移除部件，其必須在預(yù)熱之前插入到氣化器外殼中并且隨后在預(yù)熱之后移除。移除部件之后，在實(shí)際氣化過(guò)程能夠開(kāi)始之前，除了其它過(guò)程之外，必須安裝、對(duì)準(zhǔn)、固定和檢查實(shí)際氣化過(guò)程期間所使用的氣化原料進(jìn)給結(jié)構(gòu)以防泄漏。預(yù)熱器結(jié)構(gòu)使用氣體燃料進(jìn)行操作，例如天然氣或丙烷。然而，輸送例如煤粉的燃料的氣化器原料進(jìn)給結(jié)構(gòu)不適于輸送天然氣、丙烷、或者其它的氣體或可霧化液劑。
[0004]移除預(yù)熱器結(jié)構(gòu)、以及隨后安裝氣化進(jìn)給結(jié)構(gòu)可能花費(fèi)若干小時(shí)。在該時(shí)間期間，氣化器的內(nèi)部可能開(kāi)始冷卻。因此，由于在氣化器的內(nèi)部形成襯里的耐火材料在氣化過(guò)程能夠開(kāi)始之前必須處于最低“點(diǎn)火”溫度，所以需要將氣化器的內(nèi)部預(yù)熱至較高的溫度并且/或者需要預(yù)熱較長(zhǎng)的時(shí)間周期，以便適應(yīng)在預(yù)熱器和氣化進(jìn)給設(shè)備轉(zhuǎn)變期間所發(fā)生的熱損失和溫度損失。此外，工廠的工人可能被迫加快工作以便在氣化器過(guò)多冷卻之前完成氣化原料噴射設(shè)備的安裝。用于預(yù)熱器和氣化原料進(jìn)給機(jī)構(gòu)二者中的設(shè)備趨向于大型、沉重、并且繁瑣和難以操縱。因此，預(yù)熱器與氣化結(jié)構(gòu)之間的每次切換都涉及由于被移動(dòng)的設(shè)備的特性而帶來(lái)的安全問(wèn)題，以及執(zhí)行設(shè)備切換的工作人員所意識(shí)到的緊迫感。
[0005]在至少一些已知的其它氣化系統(tǒng)中，預(yù)熱器結(jié)構(gòu)被設(shè)置在永久安裝的氣化器中。然而，這種預(yù)熱器結(jié)構(gòu)連續(xù)操作，包括在實(shí)際氣化期間。這種設(shè)備的連續(xù)操作由于熱循環(huán)而造成預(yù)熱器結(jié)構(gòu)的過(guò)早降級(jí)。因此，將期望提供能夠解決上述的效率、安全和設(shè)備降級(jí)考慮因素的用于對(duì)工廠中的氣化器進(jìn)行預(yù)熱的系統(tǒng)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面中，提供一種氣化器。該氣化器包括容器，該容器包括圓頂，該圓頂具有延伸穿過(guò)其中的縱向軸線。該氣化器還包括初級(jí)噴嘴組件，該初級(jí)噴嘴組件聯(lián)接至圓頂，以用于在正常氣化操作期間將氣化器原料和氧化劑噴射到所述容器中。該氣化器還包括預(yù)熱器組件，該預(yù)熱器組件固定地聯(lián)接至所述容器，所述預(yù)熱器組件被構(gòu)造成將燃料和氧化劑中的至少一種、以及冷卻劑和調(diào)節(jié)劑中的至少一種選擇性地排放至所述容器中，以有利于在正常氣化操作之前對(duì)所述氣化器進(jìn)行預(yù)熱。
[0007]如上所述預(yù)熱器組件還包括:[0008]分配環(huán)；以及
[0009]至少一個(gè)供給線路，所述至少一個(gè)供給線路聯(lián)接至所述分配環(huán)，并且聯(lián)接至燃料源、氧化劑源、冷卻劑源、和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
[0010]如上所述分配環(huán)還包括:
[0011]外部管；以及
[0012]內(nèi)部管，所述內(nèi)部管由所述外部管限定，其中所述外部管選擇性地聯(lián)接至氧化劑源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)，所述內(nèi)部管選擇性地聯(lián)接至燃料源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
[0013]如上所述氣化器還包括:
[0014]多個(gè)第一孔，所述多個(gè)第一孔被限定在所述外部管的下部表面中；以及
[0015]多個(gè)第二孔，所述多個(gè)第二孔被限定在所述內(nèi)部管的下部表面中，其中所述第二孔與所述第一孔基本同心地對(duì)準(zhǔn)。
[0016]如上所述分配環(huán)還包括包圍所述氣化容器的縱向軸線的連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)、以及以環(huán)形取向圍繞所述縱向軸線間隔開(kāi)的至少兩個(gè)分離的環(huán)段中的一種。
[0017]如上所述分配環(huán)包括圓形橫截面和矩形橫截面中的一種。
[0018]如上所述預(yù)熱器組件還包括點(diǎn)火器，所述點(diǎn)火器聯(lián)接至所述分配環(huán)以用于點(diǎn)燃從所述分配環(huán)排放的燃料和氧化劑混合物。
[0019]在另一個(gè)方面中，提供一種組裝氣化器的方法。該方法包括提供容器，該容器包括圓頂，該圓頂具有延伸穿過(guò)其中的縱向軸線。該方法還包括將初級(jí)噴嘴組件聯(lián)接至所述圓頂，以用于在正常氣化操作期間將氣化器原料和氧化劑噴射到所述容器中。該方法還包括將預(yù)熱器組件固定地聯(lián)接至所述容器，所述預(yù)熱器組件被構(gòu)造成將燃料和氧化劑中的至少一種、以及冷卻劑和調(diào)節(jié)劑中的至少一種選擇性地排放至所述容器中，從而有利于在正常氣化操作之前對(duì)所述氣化器進(jìn)行預(yù)熱。
[0020]如上所述方法還包括:
[0021]提供分配環(huán)；以及
[0022]將至少一個(gè)供給線路聯(lián)接至所述分配環(huán)，并且聯(lián)接至燃料源、氧化劑源、冷卻劑源、以及調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
[0023]如上所述方法還包括:
[0024]提供外部管；以及
[0025]提供內(nèi)部管，所述內(nèi)部管由所述外部管限定；
[0026]將所述外部管選擇性地聯(lián)接至氧化劑源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)；以及
[0027]將所述內(nèi)部管選擇性地聯(lián)接至燃料源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。[0028]如上所述方法還包括:
[0029]在所述外部管的下部表面中限定多個(gè)第一孔；
[0030]在所述內(nèi)部管的下部表面中限定多個(gè)第二孔；以及
[0031]使所述第二孔與所述第一孔基本同心地對(duì)準(zhǔn)。
[0032]如上所述方法還包括將所述分配環(huán)構(gòu)造成包圍所述氣化容器的縱向軸線的連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)、以及以環(huán)形取向圍繞所述縱向軸線間隔開(kāi)的至少兩個(gè)分離的環(huán)段中的一種。
[0033]如上所述方法還包括將所述分配環(huán)構(gòu)造成具有環(huán)形橫截面和矩形橫截面中的一種。
[0034]如上所述方法還包括將點(diǎn)火器聯(lián)接至所述分配環(huán)，以用于點(diǎn)燃從所述分配環(huán)排放的燃料和氧化劑混合物。
[0035]在又一個(gè)方面中，提供一種與氣化器一起使用的氣化器預(yù)熱器系統(tǒng)，其中所述氣化器包括容器，該容器包括圓頂，該圓頂具有延伸穿過(guò)其中的縱向軸線。該氣化器預(yù)熱器系統(tǒng)包括初級(jí)噴嘴組件，該初級(jí)噴嘴組件聯(lián)接至所述圓頂，以用于在正常氣化操作期間將氣化器原料和氧化劑噴射到所述容器中。該氣化器預(yù)熱器系統(tǒng)還包括預(yù)熱器組件，該預(yù)熱器組件固定地聯(lián)接至所述容器，所述預(yù)熱器組件被構(gòu)造成將燃料和氧化劑中的至少一種、以及冷卻劑和調(diào)節(jié)劑中的至少 一種選擇性地排放至所述容器中，從而有利于在正常氣化操作之前對(duì)所述氣化器進(jìn)行預(yù)熱。
[0036]如上所述預(yù)熱器組件還包括:
[0037]分配環(huán)；以及
[0038]至少一個(gè)供給線路，所述至少一個(gè)供給線路聯(lián)接至所述分配環(huán)、并且聯(lián)接至燃料源、氧化劑源、冷卻劑源、和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
[0039]如上所述分配環(huán)還包括:
[0040]外部管；以及
[0041]內(nèi)部管，所述內(nèi)部管由所述外部管限定，其中所述外部管選擇性地聯(lián)接至氧化劑源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)，所述內(nèi)部管選擇性地聯(lián)接至燃料源并且聯(lián)接至冷卻源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
[0042]如上所述氣化器預(yù)熱器系統(tǒng)還包括:
[0043]多個(gè)第一孔，所述多個(gè)第一孔被限定在所述外部管的下部表面中；以及
[0044]多個(gè)第二孔，所述多個(gè)第二孔被限定在所述內(nèi)部管的下部表面中，其中所述第二孔與所述第一孔基本同心地對(duì)準(zhǔn)。
[0045]如上所述分配環(huán)還包括包圍所述氣化容器的縱向軸線的連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)、以及以環(huán)形取向圍繞所述縱向軸線間隔開(kāi)的至少兩個(gè)分離的環(huán)段中的一種。
[0046]如上所述分配環(huán)包括圓形橫截面和矩形橫截面中的一種。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1是示例性的已知聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0048]圖2是示例性氣化器的剖面?zhèn)日晥D，該示例性氣化器包括可以用于圖1中所示的系統(tǒng)中的預(yù)熱器燃料和調(diào)節(jié)劑噴射器系統(tǒng)。
[0049]圖2A是圖2中所示的分配環(huán)的一部分的放大圖。[0050]圖3是圖2中所示的氣化器的剖面俯視圖。
[0051]圖4是可以用于圖1中所示的系統(tǒng)中的示例性備選分配環(huán)的剖面?zhèn)日晥D。
[0052]圖5是圖4中所示的備選分配環(huán)的剖面俯視圖。
[0053]圖6是氣化器的剖面?zhèn)日晥D，其中示出了另一個(gè)備選分配環(huán)構(gòu)造。
[0054]圖7是圖6中所示的氣化容器的剖面仰視圖，并且示出了備選的分配環(huán)構(gòu)造。
[0055]圖8是圖6中所示的備選分配環(huán)構(gòu)造的一部分的透視圖并且示出了單個(gè)的環(huán)段。
[0056]圖9是圖8中所示的環(huán)段的頂部透視圖。
[0057]圖10是圖9中所示的環(huán)段的燃料/空氣孔區(qū)域的剖面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0058]圖1是不例性已知的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)50的不意圖。系統(tǒng)50大體包括主空氣壓縮機(jī)52、與主空氣壓縮機(jī)52流動(dòng)連通的空氣分離單元54、與空氣分離單元54流動(dòng)連通的氣化器56，以及與氣化器56流動(dòng)連通的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10。
[0059]在操作中，壓縮機(jī)52對(duì)被引導(dǎo)至空氣分離單元54的環(huán)境空氣進(jìn)行壓縮。在一些實(shí)施例中，除了壓縮機(jī)52之外或者備選地，來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)12的壓縮空氣被供給至空氣分離單元54?？諝夥蛛x單元54使用壓縮空氣來(lái)產(chǎn)生氣化器56所使用的氧氣。更具體地，空氣分離單元54將壓縮空氣分為氧氣(O2)以及氣體副產(chǎn)物(有時(shí)被稱(chēng)為“工藝氣體”或“NPG”)的流。O2流被引導(dǎo)至氣化器56，以用于產(chǎn)生部分燃燒的氣體(在本文中被稱(chēng)為“合成氣”)，從而被燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10用作燃料，如下文更詳細(xì)地描述的。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)64。此外，在一些已知的系統(tǒng)50中，一些NPG流被噴射到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器14內(nèi)的燃燒區(qū)域(未示出)中，以有利于控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的排放物，并且更具體地有利于降低燃燒溫度進(jìn)而減少來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的氮氧排放物。在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括壓縮機(jī)60，以用于在氮工藝氣體流被噴射到燃燒區(qū)域中之前對(duì)其進(jìn)行壓縮。
[0060]氣化系統(tǒng)98包括氣化器56、燃料源55、氧氣(O2)源(來(lái)自空氣分離單元54)、蒸汽源57、以及二氧化碳(CO2)源(未示出)。氣化器56將燃料、由空氣分離單元54供給的02、蒸汽、和/或石灰石(limestone)的混合物轉(zhuǎn)化成可被燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10用作燃料的合成氣的輸出。盡管氣化器56可以使用任何燃料，但是在一些已知的系統(tǒng)50中，氣化器56使用煤(特別是煤粉)、石油焦、殘油、油乳劑、浙青砂、和/或其它類(lèi)似的燃料。在一些已知的系統(tǒng)50中，由氣化器56產(chǎn)生的合成氣包括二氧化碳(C02)。在示例性實(shí)施例中，在將由氣化器56產(chǎn)生的合成氣被引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器14以用于其燃燒之前，在清潔裝置62中對(duì)其進(jìn)行清潔。二氧化碳(CO2)可以在清理期間與合成氣分離，并且在一些已知的系統(tǒng)50中，二氧化碳(CO2)可以被排出至大氣。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10對(duì)向電網(wǎng)(未示出)供給電力的發(fā)電機(jī)64進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的排放氣體被引導(dǎo)至余熱蒸汽發(fā)生器66，該余熱蒸汽發(fā)生器66產(chǎn)生蒸汽以用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)58。由蒸汽渦輪機(jī)58產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)68，該發(fā)電機(jī)68為電網(wǎng)提供電力。在一些已知的系統(tǒng)50中，來(lái)自余熱蒸汽發(fā)生器66的蒸汽被供給至氣化器56以用于產(chǎn)生合成氣。
[0061]圖2和3示出了示例性氣化容器 100，該氣化容器100可以用于氣化系統(tǒng)。具體而言，圖2是氣化容器100的剖面?zhèn)日晥D，并且圖3是圖2中所示的氣化容器100的剖面?zhèn)雀┮晥D。在示例性實(shí)施例中，氣化容器100包括外殼圓頂(dome) 101，該外殼圓頂101具有突起穿過(guò)外殼圓頂101中的孔103的初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件102。初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件102相對(duì)于縱向軸線105基本同心地定向。初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件102包括外部管111，該外部管111限定了噴嘴104。噴嘴104相對(duì)于噴嘴106徑向向外。環(huán)形通道108被限定在共軸布置的噴嘴104與106之間。通過(guò)通道108從源109供給氧化劑(空氣、O2等)。噴嘴106包括被限定在其中的中心通道110，如本文中所描述的，通過(guò)該中心通道110從氣化原料的源107供給氣化原料，以根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的用于產(chǎn)生合成氣的方法與氧化劑發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生合成氣體(或合成氣)。能夠通過(guò)在噴嘴104中增加更多的管來(lái)使用更多的通道，以引入額外的氧化劑、調(diào)節(jié)劑(moderating agent)、或燃料。
[0062]預(yù)熱器組件112使用任何合適的支承結(jié)構(gòu)(未示出)固定地聯(lián)接在外殼圓頂101內(nèi)。在預(yù)熱器操作已結(jié)束之后以及正常氣化操作期間，預(yù)熱器組件112保持在氣化容器100中。在示例性實(shí)施例中，預(yù)熱器組件112包括分配環(huán)114，該分配環(huán)114圍繞外部管111周向地延伸并且圍繞縱向軸線105同心地定向。分配環(huán)114包括基本均勻地間隔開(kāi)的多個(gè)周向間隔開(kāi)的孔116。預(yù)熱器組件112還包括聯(lián)接至燃料(例如，天然氣、丙烷等)的源123和氧化劑的源125、或者分別聯(lián)接至C02、蒸汽、和/或其它的調(diào)節(jié)劑或冷卻劑的源127和129的一個(gè)或多個(gè)供給線路(例如供給線路118和120)。一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火器121鄰近孔116聯(lián)接，以點(diǎn)燃從孔116所排放的燃料/空氣混合物。
[0063]在預(yù)熱操作期間，燃料通過(guò)供給線路118從源123被引導(dǎo)至分配環(huán)114，并且氧化劑(空氣、O2等)通過(guò)供給線路120從源125被引導(dǎo)至分配環(huán)114?？梢栽诼晕⒋笥诃h(huán)境的壓力下供給空氣或氧化劑，例如通過(guò)使用風(fēng)機(jī)(未示出)。如果O2被供給，則也可以導(dǎo)入氮?dú)?N2)以有利于控制火焰和操作溫度。通過(guò)點(diǎn)火器121來(lái)點(diǎn)燃燃料和氧化劑的混合物以開(kāi)始燃燒燃料和氧化劑并且在氣化容器100的內(nèi)部?jī)?nèi)產(chǎn)生熱。燃燒將繼續(xù)，直到在氣化容器100中形成襯里的耐火劑(未示出)已被充分加熱，從而為隨后的氣化過(guò)程期間提供由初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件102供給的 氣化原料和氧化劑的點(diǎn)火。
[0064]在完成預(yù)熱操作之后，停止通過(guò)供給線路118和120供給燃料和氧化劑。可以通過(guò)將原料和氧化劑供給至初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件102并且供給到氣化容器100的內(nèi)部113中來(lái)開(kāi)始?xì)饣^(guò)程。氣化容器100內(nèi)的原料、氧化劑和熱組合以開(kāi)始?xì)饣磻?yīng)從而產(chǎn)生合成氣。在氣化期間，根據(jù)所利用的特定氣化過(guò)程的期望并且/或者根據(jù)需要，一個(gè)或多個(gè)供給線路118和/或120聯(lián)接至CO2源127并且/或者聯(lián)接至蒸汽源129、或者聯(lián)接至其它的冷卻劑和/或調(diào)節(jié)劑的源。通過(guò)能夠進(jìn)一步控制氣化容器100中的溫度和氧/碳(0/C)t匕，提供CO2和/或蒸汽輸送結(jié)構(gòu)，使得能夠在對(duì)分配環(huán)114進(jìn)行冷卻和對(duì)氣化容器100內(nèi)的操作條件進(jìn)行控制方面緩和氣化過(guò)程。
[0065]在備選實(shí)施例(未示出)中，可以在預(yù)熱操作期間為冷卻預(yù)熱器組件112提供機(jī)構(gòu)。對(duì)預(yù)熱器組件112進(jìn)行冷卻能夠有助于預(yù)熱器組件112抵抗由于預(yù)熱和氣化操作期間發(fā)生的熱循環(huán)而造成的結(jié)構(gòu)退化。在一個(gè)備選實(shí)施例中，可以通過(guò)向被供給至預(yù)熱器組件112的空氣流增加冷卻劑，例如CO2或N2、或者H2O (呈蒸汽、飲用水、鍋爐給水、回收利用灰水(recycled grey water)等的形式),來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，可以提供水套以包圍分配環(huán)114。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，分配環(huán)114的外表面可以覆蓋有耐火瓷磚包裝(refractory tile wrapping)、或者類(lèi)似的絕緣或燒蝕材料(ablative material)。在又一個(gè)備選實(shí)施例中，由氧化鋯陶瓷或硬質(zhì)碳化物材料(都具有熱障特性)制成的HVOF (高速氧燃料)涂層可以用于涂覆預(yù)熱器組件112。
[0066]分配環(huán)114可以具有任何合適的平面構(gòu)造，例如圓形(如圖3中所示)、矩形(如圖4和5中所示和下文中所描述的)、或者分段(如圖6至10中所示和下文中所描述的)。此外，分配環(huán)114可以具有任何合適的橫截面形狀，例如圓形(如圖2中所示)、橢圓形、矩形(示于圖4和5中)等?？傮w而言，分配環(huán)114具有與外殼圓頂101的輪廓基本匹配的構(gòu)造。此外，分配環(huán)114被構(gòu)造成以便能夠?qū)彷椛涞綒饣萜?00的耐火劑襯里(未示出)中，但是優(yōu)選地不使氣化容器100的內(nèi)部表面暴露于直接接觸火焰中。在一個(gè)實(shí)施例中，分配環(huán)114定位成非常接近噴嘴104和106的端部，以及外部管111的端部，使得分配環(huán)114、噴嘴104和106、以及外部管111全部相對(duì)于縱向軸線105處于大致相同的位置，并且使得分配環(huán)孔116定向成向下并且遠(yuǎn)離噴嘴104和106、以及外部管111引導(dǎo)流。噴嘴104和106、以及外部管111還定向成沿縱向軸線105引導(dǎo)流。在這種取向中，來(lái)自分配環(huán)114、噴嘴104和106、以及外部管111的排放物均大致沿相同的方向被引向氣化容器100的內(nèi)部。在備選實(shí)施例中，分配環(huán)孔116被徑向引導(dǎo)遠(yuǎn)離縱向軸線105。此外，分配環(huán)114可以定位成接近氣化容器100的外殼圓頂101、更靠近氣化容器100的底部(未示出)、或者處于使得預(yù)熱器組件112能夠如本文中所描述地起作用的沿氣化容器100的高度的任何期望的位置處。在分配環(huán)定位成遠(yuǎn)離外殼圓頂101的備選實(shí)施例(未示出)中，分配環(huán)孔116定位在圍繞分配環(huán)114的任何合適的位置處，包括但不限于徑向向外、向下、或者甚至向上。
[0067]圖2A是分配環(huán)114的一部分的放大圖。在示例性實(shí)施例中，分配環(huán)114包括外部管130和相對(duì)于外部管130徑向向內(nèi)的內(nèi)部管132。供給線路118聯(lián)接至內(nèi)部管132，并且供給線路120聯(lián)接至外部管130?？?16由沿外部管130的底部表面區(qū)域131定位的多個(gè)均勻間隔開(kāi)的孔140以及沿內(nèi)部管132的底部表面區(qū)域133定位的多個(gè)有規(guī)律地間隔開(kāi)的孔142限定?？?42與孔140基本同心地對(duì)準(zhǔn)。在預(yù)熱操作期間，從孔142排放的燃料變?yōu)楸粖A帶于從孔140排放的空氣流中。為了保證保持適當(dāng)?shù)幕鹧嫠俣?，?42的數(shù)量和直徑以及孔140的數(shù)量和直徑都被選擇成保證從孔142排放燃料的速度以及從孔140排放的空氣的速度被保持在期望值。例如，在示例性實(shí)施例中，燃料排放速度處于50至150米每秒(50-150m/s)之間，并且空氣排放速度處于5至40米每秒(5_40m/s)之間。
[0068]在另一個(gè)備選實(shí)施例(未示出)中，分配環(huán)被構(gòu)造成簡(jiǎn)單的空心圓形管。在這種備選實(shí)施例中，用于燃料和氧化劑的供給線路聯(lián)接至調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器定位在分配環(huán)外側(cè)并且聯(lián)接至分配環(huán)。調(diào)節(jié)器以所需的比例混合由供給線路供給的燃料與空氣，以獲得氣化容器的適當(dāng)加熱。分配環(huán)孔可以沿分配環(huán)的底部表面區(qū)域均勻地間隔開(kāi)。備選地，分配環(huán)孔可以徑向向外地定向，或者以任何其它合適的取向被放置。
[0069]圖4示出了可以與氣化容器100 —起使用的分配環(huán)160的備選示例性實(shí)施例，其中分配環(huán)160形成為簡(jiǎn)單的空心矩形管。圖5是備選分配環(huán)160的剖面俯視圖。分配環(huán)160具有矩形平面構(gòu)造，并且還具有矩形橫截面構(gòu)造。多個(gè)分配環(huán)孔170沿分配環(huán)160的外周171定位，以徑向向外引導(dǎo)火焰。備選地，分配環(huán)孔170可以沿底部表面區(qū)域172間隔開(kāi)，以向下引導(dǎo)火焰。備選地，分配環(huán)孔170可以定位在任何合適的位置處，以使得預(yù)熱器組件能夠如本文中所描述地起作用。
[0070]圖6是備選的氣化容器200的示意性側(cè)部正視圖，該氣化容器200包括預(yù)熱器組件212。在預(yù)熱器操作結(jié)束后以及正常氣化操作期間，預(yù)熱器組件212保持在氣化容器200中。氣化容器200包括圓頂外殼201、以及延伸穿過(guò)圓頂外殼201中的孔203的初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件202。初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件202包括內(nèi)部噴嘴和外部噴嘴(未示出)，所述內(nèi)部噴嘴和外部噴嘴以與上文參照氣化容器100 (圖2和3中所示)所描述的類(lèi)似的方式供給燃料和空氣。圖7是氣化容器200的底部剖面圖。預(yù)熱器組件212被安裝在氣化容器200內(nèi)。分配環(huán)214包括多個(gè)環(huán)段215，多個(gè)環(huán)段215中的每一個(gè)都成弓形。盡管示出了四個(gè)環(huán)段215，但是可以使用使得預(yù)熱器組件212能夠如本文中所描述地起作用的任何數(shù)量的環(huán)段215。此外，盡管環(huán)段215在圖6和7中示為圍繞初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件202基本均勻地間隔開(kāi)，但是在備選實(shí)施例中，環(huán)段215可以圍繞初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件202非均勻地間隔開(kāi)。
[0071]預(yù)熱器組件212還包括至少一個(gè)供給管217，所述至少一個(gè)供給管217可以選擇性地聯(lián)接至燃料源225 (例如天然氣或丙烷)和氧化劑(例如空氣或O2)的源223、或者分別聯(lián)接至CO2和/或蒸汽的源227和229 (如圖8所示)。供給管217在圖6至7中示為豎直向上延伸。在備選實(shí)施例中，供給管217可以相對(duì)于與氣化容器200的縱向軸線205平行地定向的豎直軸線Y以角度西塔(Θ )向上延伸，其中Θ大于或等于零度并且小于或等于90。 (O?！?Θ ≤90° )。
[0072]圖8是一個(gè)示例性環(huán)段215和相應(yīng)的供給管217的透視圖。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)環(huán)段215和相應(yīng)的供給管217都具有管中管構(gòu)造。圖9是環(huán)段215和相應(yīng)的供給管217的另一個(gè)透視圖。每個(gè)環(huán)段215都包括外段管230和內(nèi)段管232。每個(gè)供給管217都包括外部供給管234和內(nèi)部供給管236。在示例性實(shí)施例中，外部供給管234選擇性地聯(lián)接至空氣源223并且聯(lián)接至CO2或蒸汽的源227。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)部供給管236選擇性地聯(lián)接至燃料源225并且聯(lián)接至CO2或蒸汽的源229。
[0073]圖10是環(huán)段2 15的一部分的剖面圖。在示例性實(shí)施例中，多個(gè)孔240沿外段管230的下部表面231定位，其中孔240沿外端管230基本均勻地間隔開(kāi)。此外，在示例性實(shí)施例中，孔240成基本圓形。多個(gè)孔242沿內(nèi)段管232的下部表面233基本均勻地間隔開(kāi)，其中孔242與孔240基本同心地對(duì)準(zhǔn)。類(lèi)似地，在示例性實(shí)施例中，孔242成基本圓形。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)部供給管236與外部供給管234基本共軸，并且管236和232分別通過(guò)合適的焊接和/或材料網(wǎng)(未示出)、以及/或者保持管232、234和230的取向的任何其它的聯(lián)接機(jī)構(gòu)，相對(duì)于外部供給管234和外段管230保持一定位置。環(huán)形空間235被限定在外部供給管234與內(nèi)部供給管236之間，并且空間被限定在外段管230與內(nèi)段管232之間。
[0074]在示例性實(shí)施例中，空氣從空氣源223被供給并且被引導(dǎo)通過(guò)環(huán)形空間235(被限定在外部供給管234與內(nèi)部供給管236之間)和空間237 (被限定在外段管230與內(nèi)段管232之間，如圖10所示)、并且從孔240排出。在來(lái)自源225的燃料從孔242被排放之前，來(lái)自源225的燃料被引導(dǎo)通過(guò)內(nèi)部供給管236和內(nèi)段管232、被夾帶在空氣流中、并且隨后被噴射到氣化容器200的內(nèi)部中。點(diǎn)火器250點(diǎn)燃燃料和空氣。預(yù)熱器組件212以與上文參照預(yù)熱器組件112所描述的相同的方式進(jìn)行操作。在預(yù)熱之后，來(lái)自空氣源223和燃料源225的流停止。在氣化操作期間，外部供給管234和內(nèi)部供給管236中的一個(gè)或兩個(gè)聯(lián)接至CO2的源227并且/或者聯(lián)接至蒸汽、或者其它的冷卻劑和/或調(diào)節(jié)劑的源229，以為初級(jí)進(jìn)給噴射器噴嘴組件202提供冷卻并且/或者使得調(diào)節(jié)劑能夠控制氣化過(guò)程。
[0075]使用環(huán)段215而不是環(huán)形環(huán)(例如分配環(huán)114 (示于圖2中))有利于抵抗環(huán)段215的破裂、或者可能由于預(yù)熱器組件212的重復(fù)熱循環(huán)而產(chǎn)生的焊接故障。此外，環(huán)段相比完整的環(huán)形結(jié)構(gòu)更易于制造(包括熱處理)和安裝。此外，類(lèi)似于上文參照預(yù)熱器組件112所描述的，預(yù)熱器組件212可以設(shè)置有冷卻機(jī)構(gòu)(未示出)。
[0076]盡管氣體燃料可以與預(yù)熱器組件112、212 —起使用，但是還能夠構(gòu)想出可以使用液體燃料。液體燃料將在釋放點(diǎn)(例如，孔142、242)處?kù)F化。優(yōu)選地，孔140、142和240、242將被構(gòu)造成使得燃料流(未示出)被夾帶于周?chē)目諝?氧化劑流內(nèi)，以有利于通過(guò)使用適當(dāng)構(gòu)造的噴嘴或孔來(lái)使燃料與空氣混合和/或霧化。優(yōu)選地，如可能是期望的，預(yù)熱器組件112,212將被構(gòu)造成使用多種可能的燃料，例如天然氣、丙烷、合成氣、霧化液體燃料等。此外，為了安全考慮，適當(dāng)?shù)臍饬骰蚧鹧嫣綔y(cè)裝置(未示出)將定位成接近預(yù)熱器組件112、212并且受到適當(dāng)?shù)目刂埔栽邳c(diǎn)燃故障或熄火的情況下切斷燃料流。
[0077]與已知的氣化系統(tǒng)相反，在預(yù)熱操作已停止之后并且在執(zhí)行氣化操作的同時(shí)，如本文中所描述的氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)使得預(yù)熱器組件能夠被安裝在氣化容器中并且保持在氣化容器中。因此，與已知的氣化系統(tǒng)相反，一旦預(yù)熱操作已停止，本文中所描述的氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)就消除了安裝預(yù)熱器噴射噴嘴并且隨后將其移除所需的停機(jī)時(shí)間。此外，本文中所描述的氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)減少或消除了與重復(fù)移除和重新安裝大型、沉重和繁瑣的氣化器部件相關(guān)的安全隱患。此外，本文中所描述的氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)減少了氣化器啟動(dòng)時(shí)間并且還降低或消除了對(duì)設(shè)備交換期間操作者介入的需要。此外，本文中所描述的氣化器預(yù)熱器燃料系統(tǒng)消除了對(duì)用于供給C02、蒸汽以及/或者保護(hù)主氣化器原料和氧化劑噴射器結(jié)構(gòu)或有利于控制氣化過(guò)程所需的其它的冷卻劑或調(diào)節(jié)劑的單獨(dú)專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的需要。
[0078]上文詳細(xì)地描述了氣化器預(yù)熱器燃料和調(diào)節(jié)劑噴射裝置、系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施例。所述裝置、系統(tǒng)和方法不限于本文中所描述的特定實(shí)施例，而是相反，可以與本文中所描述的其它部件和/或 步驟獨(dú)立或單獨(dú)地利用裝置和系統(tǒng)的部件以及/或者方法的步驟。例如，本文中的本裝置、系統(tǒng)和方法可以與需要預(yù)熱階段的其它反應(yīng)器安裝一起使用，并且其中初級(jí)處理步驟中所使用的燃料或原料不與預(yù)熱階段中所使用的燃料兼容。
[0079]盡管本發(fā)明的各實(shí)施例的具體特征可能會(huì)示于一些附圖中而未示于其它附圖中，但這僅僅是為了方便起見(jiàn)。根據(jù)本發(fā)明的原理，一幅附圖中的任何特征都可以結(jié)合任何其它附圖的任何特征進(jìn)行參考以及/或者要求保護(hù)。
[0080]本書(shū)面描述使用例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了公開(kāi)(其中包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專(zhuān)利范圍通過(guò)權(quán)利要求進(jìn)行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它的例子。如果這種其它的例子具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這種其它的例子包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望這種其它的例子落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0081]盡管已根據(jù)各個(gè)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，能夠通過(guò)屬于權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的改型來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生合成氣的氣化器，所述氣化器包括: 容器，所述容器包括圓頂，所述圓頂具有延伸穿過(guò)其中的縱向軸線； 初級(jí)噴嘴組件，所述初級(jí)噴嘴組件聯(lián)接至所述圓頂，以用于在正常氣化操作期間將氣化器原料和氧化劑噴射到所述容器中；以及 預(yù)熱器組件，所述預(yù)熱器組件固定地聯(lián)接至所述容器，所述預(yù)熱器組件被構(gòu)造成將燃料和氧化劑中的至少一種、以及冷卻劑和調(diào)節(jié)劑中的至少一種選擇性排放至所述容器中，以有利于在正常氣化操作之前對(duì)所述氣化器進(jìn)行預(yù)熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，所述預(yù)熱器組件還包括: 分配環(huán)；以及 至少一個(gè)供給線路，所述至少一個(gè)供給線路聯(lián)接至所述分配環(huán)，并且聯(lián)接至燃料源、氧化劑源、冷卻劑源、和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，所述分配環(huán)還包括: 外部管；以及 內(nèi)部管，所述內(nèi)部管由所述外部管限定，其中所述外部管選擇性地聯(lián)接至氧化劑源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)，所述內(nèi)部管選擇性地聯(lián)接至燃料源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器還包括: 多個(gè)第一孔，所述多個(gè)第一孔被限定在所述外部管的下部表面中；以及 多個(gè)第二孔，所述多個(gè)第二孔被限定在所述內(nèi)部管的下部表面中，其中所述第二孔與所述第一孔基本同心地對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，所述分配環(huán)還包括包圍所述容器的縱向軸線的連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)、以及以環(huán)形取向圍繞所述縱向軸線間隔開(kāi)的至少兩個(gè)分離的環(huán)段中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，所述分配環(huán)包括圓形橫截面和矩形橫截面中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，所述預(yù)熱器組件還包括點(diǎn)火器，所述點(diǎn)火器聯(lián)接至所述分配環(huán)以用于點(diǎn)燃從所述分配環(huán)排放的燃料和氧化劑混合物。
8.一種組裝氣化器的方法，所述方法包括: 提供容器，所述容器包括圓頂，所述圓頂具有延伸穿過(guò)其中的縱向軸線； 將初級(jí)噴嘴組件聯(lián)接至所述圓頂，以用于在正常氣化操作期間將氣化器原料和氧化劑噴射到所述容器中；以及 將預(yù)熱器組件固定至所述容器，所述預(yù)熱器組件被構(gòu)造成將燃料和氧化劑中的至少一種、以及冷卻劑和調(diào)節(jié)劑中的至少一種選擇性地排放至所述容器中，從而有利于在正常氣化操作之前對(duì)所述氣化器進(jìn)行預(yù)熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的 方法，其特征在于，所述方法還包括: 提供分配環(huán)；以及 將至少一個(gè)供給線路聯(lián)接至所述分配環(huán)，并且聯(lián)接至燃料源、氧化劑源、冷卻劑源、以及調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:提供外部管；以及 提供內(nèi)部管，所述內(nèi)部管由所述外部管限定； 將所述外部管選擇性地聯(lián)接至氧化劑源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)；以及 將所述內(nèi)部管選擇性地聯(lián)接至燃料源并且聯(lián)接至冷卻劑源和調(diào)節(jié)劑源中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】C10J3/48GK103805285SQ201310552057
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】J.C.威爾遜, J.L.拉米雷斯, J.S.凱恩, S.施, D-C.馮, E.潘 申請(qǐng)人:通用電氣公司