BR102013000570A2

BR102013000570A2 - Sistema

Info

Publication number: BR102013000570A2
Application number: BRBR102013000570-3A
Authority: BR
Inventors: Ali Ergut; Benjamin Campbell Steinhaus; Judith Pauline Oppenheim; Monty Lee Harned; Natesh Chandrashekar; Shashishekara Sitharamarao Talya
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2015-05-19
Also published as: US20130175365A1; US9228744B2; DE102013100225B4; CN103196143B; DE102013100225A1; CN103196143A; ITMI20130005A1

Abstract

Sistema. Trata-se de um sistema que inclui um injetor de combustível de gaseificação. O injetor de combustível de gaseificação inclui um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas para gear uma mistura. O dispositivo de misturação está disposto a montante de uma porção de ponta do injetor de combustível de gaseificação e a mistura é descarregada a partir da porção de ponta.

Description

“SISTEMA” Antecedentes da Invenção A matéria da invenção apresentada no presente documento refere-se a injetores de combustível, e, mais particularmente, a injetores de combustível para gaseificadores.

Uma usina de energia de ciclo combinado de gaseificação integrada (IGCC) inclui um gaseificador com um ou mais injetores de combustível. Os injetores de combustível fornecem um combustível, como uma matéria orgânica, no gaseificador junto com oxigênio e vapor para gerar gás de síntese. Entretanto, injetores de combustível existentes podem ter diversas passagens para o combustível, oxigênio, e outros materiais injetados na câmara de combustão, aumentando, por meio disso, a complexidade e custo dos injetores de combustível. Ademais, injetores de combustível existentes podem ter janelas de operação estreitas e, portanto, podem ser substituídos quando as condições de operação para o sistema de gaseificação mudarem.

Breve Descrição da Invenção Certas realizações comensuráveis, em escopo, com a invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o âmbito da invenção reivindicada, mas, em vez disso, essas realizações são destinadas a fornecer apenas um breve resumo de possíveis formas da invenção. De fato, a invenção pode abranger uma variedade de formas que podem ser similares ou diferentes das realizações apresentadas abaixo.

Em uma primeira realização, um sistema inclui um injetor de combustível de gaseificação. O injetor de combustível de gaseificação inclui um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas, para gerar uma mistura. O dispositivo de misturação é disposto a montante de uma porção de ponta do injetor de combustível de gaseificação, e a mistura é descarregada da porção de ponta.

Em uma segunda realização, um sistema inclui um injetor de combustível. O injetor de combustível inclui um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas, para gerar uma mistura, e uma passagem de mistura acoplada ao dispositivo de misturação. A passagem de mistura é configurada para injetar a mistura em uma direção a jusante. O injetor de combustível também inclui uma passagem de agente oxidante configurada para injetar um agente oxidante na direção a jusante. A passagem de agente oxidante é separada da passagem de mistura.

Em uma terceira realização, um sistema inclui um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação dos mesmos, para formar uma mistura. O sistema também inclui um injetor de combustível acoplado ao dispositivo de misturação. O injetor de combustível inclui uma porção de ponta, uma passagem de mistura configurada para injetar a mistura através da porção de ponta e uma passagem de agente oxidante configurada para injetar um agente oxidante através da porção de ponta. A passagem de agente oxidante é separada da passagem de mistura.

Breve Descrição dos Desenhos Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidas quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos anexos nos quais caracteres similares representam partes similares através dos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama de bloco de uma realização de um sistema de injeção; A Figura 2 é uma seção transversal axial de uma realização de um injetor de combustível acoplado a um dispositivo de misturação; A Figura 3 é uma vista superior de uma realização de um dispositivo de misturação; A Figura 4 é uma vista superior de uma realização de um dispositivo de misturação; A Figura 5 é uma seção transversal axial de uma realização de um dispositivo de misturação; A Figura 6 é uma seção transversal radial de uma realização do dispositivo de misturação das Figuras 5 e 9, tiradas ao longo da linha 6-6; A Figura 7 é uma seção transversal axial de uma realização de um dispositivo de misturação; A Figura 8 é uma seção transversal axial de uma realização do dispositivo de misturação da Figura 7, tirada ao longo da linha 8-8; A Figura 9 é uma seção transversal axial em uma realização de um injetor de combustível e um dispositivo de misturação; A Figura 10 é uma seção transversal axial de uma realização de um injetor de combustível e um dispositivo de misturação; A Figura 11 é uma seção transversal axial de uma realização de um injetor de combustível e um dispositivo de misturação; A Figura 12 é uma seção transversal axial de uma realização de um injetor de combustível e um dispositivo de misturação; e A Figura 13 é uma seção transversal radial de uma realização do dispositivo de misturação da Figura 12, tirada ao longo da linha 13-13.

Descrição Detalhada da Invenção Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todas as características de uma implantação real não podem ser descritas no relatório descritivo. Deve-se constatar que, no desenvolvimento de qualquer tal implantação real, como em qualquer projeto de engenharia ou design, várias decisões específicas de implantação têm que ser feitas para que se alcancem os objetivos específicos dos desenvolvedores, como a conformidade com limitações relacionadas ao sistema e relacionadas à empresa, que podem variar de uma implantação para a outra. Ademais, deve-se constatar que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, de toda forma, uma tarefa rotineira de design, fabricação e produção para aqueles indivíduos de habilidade comum na técnica que têm o benefício dessa descrição.

Ao introduzir elementos de várias realizações da presente invenção, os artigos “um”, “uma”, “o”, “a” e “dito” e “dita” são destinados a significarem que há um ou mais dos elementos. Os termos “compreende” “inclui” e “tem” são destinados a serem inclusivos e significam que pode haver elementos adicionais diferentes dos elementos listados.

Conforme discutido com mais detalhes abaixo, as realizações apresentadas incorporam um injetor de combustível de gaseificação que inclui um dispositivo de misturação configurado para misturar com pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida, uma corrente gasosa ou qualquer combinação das mesmas, para gerar uma mistura. Em certas realizações, o injetor de combustível de gaseificação pode incluir uma porção de ponta a partir da qual a mistura é descarregada. Nessas realizações, o dispositivo de misturação pode ser disposto a montante da porção de ponta. Em realizações adicionais, o injetor de combustível pode incluir uma passagem de mistura acoplada ao dispositivo de misturação. A passagem de mistura pode injetar a mistura em uma direção a jusante a partir do injetor de combustível. O injetor de combustível também pode incluir uma passagem de agente oxidante para injetar um agente oxidante na direção a jusante. Em certas realizações, a passagem de agente oxidante pode ser separada da passagem de mistura. Em outras palavras, a passagem de mistura pode não incluir o agente oxidante. Em realizações adicionais, o injetor de combustível e o dispositivo de misturação podem ser acoplados a uma câmara de reação. O uso das realizações de injetores de combustível e dispositivos de mistura pode oferecer diversos benefícios. Por exemplo, o número de passagens usadas no injetor de combustível pode ser reduzido. Especificamente, em certas realizações, o injetor de combustível pode incluir apenas duas passagens, a saber, a passagem de mistura e a passagem de agente oxidante. Tal injetor de combustível com apenas duas passagens pode ser menos custoso e menos complicado que outros injetores de combustível com mais que duas passagens. Portanto, tais realizações de injetores de combustível e dispositivos de mistura podem ser usadas em uma variedade de câmaras de reação com condições de operação variantes. Ademais, tais realizações de injetores de combustível e dispositivos de mistura podem fornecer misturação aprimorada de correntes sólidas, líquidas ou gasosas que injetores de combustível com diversas passagens diferentes. Em outras palavras, as várias correntes podem ser bem misturadas anteriormente à descarga da porção de ponta de realizações do injetor de combustível e dispositivo de misturação. Ademais, a misturação ocorre próxima a ou no injetor de combustível, reduzindo, por meio disso, o potencial por componentes misturados de separarem anteriormente à reação. Além disso, tais realizações de injetores de combustível e dispositivos de mistura podem ser usadas para combinar ou misturar correntes de três fases, a saber, fases sólida, líquida e gasosa.

Voltando, agora, para os desenhos, a Figura 1 é um diagrama de bloco de uma realização de um sistema de injeção 10 que tem um conjunto de injetor equipado com misturação 11. Na realização ilustrada, o sistema 10 inclui um injetor de combustível 12 que injeta um combustível e outras correntes em um gaseificador 14. O gaseificador 14 é um exemplo de uma câmara de reação que pode usar o injetor de combustível 12, conforme discutido detalhadamente abaixo. O gaseificador 12 pode converter uma matéria prima em um gás de síntese, por exemplo, uma combinação de monóxido de carbono, hidrogênio, metano, e/ou outros produtos. Em outras realizações, o injetor de combustível 12 pode ser disposto em dispositivos similares, como, mas sem limitação, um motor de turbina a gás, um motor de combustão, um sistema de combustão, uma caldeira, um reator, um combustor ou qualquer combinação dos mesmos.

Exemplos de correntes que podem ser alimentadas ao injetor de combustível 12 incluem, mas sem limitação, uma corrente de agente oxidante 16, uma corrente sólida 18, uma corrente líquida 20, uma corrente gasosa 22 ou qualquer combinação das mesmas. Por exemplo, a corrente de agente oxidante 16 pode incluir, mas sem limitação, oxigênio, ar, vapor, misturas de oxigênio ou qualquer combinação dos mesmos. A corrente sólida 18 pode incluir, mas sem limitação, combustível carbonáceo sólido (por exemplo, carvão ou biocombustível), outro combustível sólido, sólidos reciclados, aditivos de escória ou qualquer combinação das mesmas. Em certas realizações, um revestimento pode ser disposto sobre uma superfície interior de um dispositivo de misturação 24 para ajudar a reduzir ou inibir a erosão e/ou corrosão da superfície interior causada pelo fluxo da corrente sólida 18 ou correntes combinadas que incluem a corrente sólida 18. Por exemplo, o revestimento pode ser um revestimento cerâmico. A corrente líquida 20 pode incluir, mas sem limitação, água, moderador líquido, reagente líquido, combustível, uma calda de combustível sólido, sólidos de reciclagem, aditivos de escória ou qualquer combinação dos mesmos com água ou qualquer combinação dos líquidos mencionados acima. A corrente gasosa 22 pode incluir, mas sem limitação, moderador gasoso, reagente gasoso, catalisador gasoso ou qualquer combinação dos mesmos. Exemplos de tais gases incluem, mas sem limitação, nitrogênio, dióxido e carbono, vapor, combustível gasoso, ar e assim por diante.

As linhas e outros equipamentos localizados a montante do dispositivo de misturação 24 que transmitem as correntes 18, 20, e 22 para o dispositivo de misturação 24 podem ser chamadas coletivamente de uma seção de transmissão 25. A seção de transmissão 25 pode transmitir as correntes 18, 20, e 22 separadamente para o dispositivo de misturação 24. Em outras palavras, nenhuma misturação das correntes 18, 20, e 22 pode ocorrer a montante do dispositivo de misturação 24. Em certas realizações, o dispositivo de misturação 24 pode ser usado para misturar três fases, a saber, a corrente sólida 18, a corrente líquida 20, e a corrente gasosa 22. Em outras realizações, o dispositivo de misturação 24 pode ser usado para misturar duas fases. Em realizações adicionais, o dispositivo de misturação 24 pode ser usado para misturar duas ou mais correntes da mesma fase, como duas fases sólidas, duas fases líquidas ou duas fazes gasosas. Em ainda outras realizações, algumas das correntes misturadas pelo dispositivo de misturação 24 podem incluir uma mistura de duas ou mias fases. Conforme mostrado na Figura 1, a corrente de agente oxidante 16 é alimentada diretamente para o injetor de combustível 12. A corrente sólida 18, a corrente líquida 20, e a corrente gasosa 22 são alimentadas para um dispositivo de misturação 24 para gerar uma mistura 26. Conforme mostrado na Figura 1, a mistura 26 é, então, alimentada ao injetor de combustível 12, que descarrega a corrente de agente oxidante 16 e a mistura 26 no gaseificador 14. Embora o dispositivo de misturação 24 seja mostrado separadamente a partir do injetor de combustível 12 na Figura 1, em certas realizações, o dispositivo de misturação 24 pode ser acoplado diretamente ao injetor de combustível 12 ou disposto no (por exemplo, integral a) injetor de combustível 12. A Figura 2 é uma seção transversal axial do injetor de combustível 12 e do dispositivo de místuração 24 (isto é, o conjunto de injetor 11) de acordo com uma realização. Na discussão a seguir, pode-se fazer referência a uma direção radial ou eixo geométrico 40, uma direção axial ou eixo geométrico 42, e uma direção circunferencial ou eixo geométrico 44 (por exemplo, acerca do eixo geométrico 42). O injetor de combustível 12 tem uma lado ou porção a montante 46, a partir do qual a matéria prima, oxigênio, e outros materiais podem originar. O injetor de combustível 12 também tem um lado ou porção a jusante 48, do qual a matéria prima, oxigênio, e outros materiais podem sair. Conforme mostrado na Figura 2, o dispositivo de misturação 24 é diretamente acoplado ao lado a montante 46 do injetor de combustível 12. O dispositivo de misturação 24 pode incluir um primeiro bocal 50, um segundo bocal 52, e um terceiro bocal 54. Em outras realizações, o dispositivo de misturação 24 pode incluir menos ou mais bocais que aqueles mostrados na Figura 2. Cada um dos bocais 50, 52, e 54 pode transmitir correntes diferentes ao injetor de combustível 12. Por exemplo, o primeiro bocal 50 pode transmitir a corrente sólida 18, o segundo bocal 52 pode transmitir a corrente líquida 20, e o terceiro bocal 54 pode transmitir a corrente gasosa 22. Em outras realizações, os bocais 50, 52, e 54 podem transmitir qualquer numero de correntes sólida 18, correntes líquida 20 ou correntes gasosa 22. Por exemplo, bocais 50 e 52 podem transmitir duas correntes líquidas diferentes 20, e bocal 54 pode transmitir a corrente gasosa 22. Em realizações adicionais, o dispositivo de misturação 24 pode incluir menos ou mais bocais que os três mostrados na Figura 2. Ademais, qualquer um dos bocais 50, 52 ou 54 pode transmitir uma mistura de qualquer uma dentre a corrente sólida 18, corrente líquida 20 ou corrente gasosa 22. Por exemplo, qualquer um dos bocais 50, 52 ou 54 pode transmitir um carvão e calda de água ou qualquer outra calda da corrente sólida 18 e da corrente líquida 20. Os comentários precedentes em relação aos bocais 50, 52, e 54 também se aplicam a outras realizações do conjunto de injetor 11 discutido abaixo. Conforme mostrado na Figura 2, cada um dos bocais 50, 52, e 54 pode ser acoplado a uma cabeça 56 do dispositivo de misturação 24. No interior da cabeça 56, o dispositivo de misturação 24 inclui uma câmara de misturação 58 em que as correntes de cada um dos bocais 50, 52, e 54 podem ser combinadas e misturadas umas com as outras. Em outras palavras, as correntes transmitidas pelos bocais 50, 52 ou 54 convergem e colidem umas contra as outras na câmara de misturação 58 para ajudar a fornecer a misturação adequada das correntes. Ademais, a câmara de misturação 58 pode ser configurada de modo que várias correntes misturem efetivamente com queda de pressão mínima enquanto a integridade mecânica da câmara de misturação 58 é protegida, por exemplo, erosão e corrosão são minimizadas.

Conforme mostrado na Figura 2, o dispositivo de misturação 24 pode incluir um primeiro flange 60 que é configurado para combinar com um segundo flange 62 do injetor de combustível 12. Os primeiro e segundo flanges 60 e 62 podem ser acoplados um ao outro de modo removível ou fixado através de parafusos, soldas, brassagem, adesivos, grampos, roscas ou qualquer combinação dos mesmos. Em outras realizações, o dispositivo de misturação 24 e o injetor de combustível 12 podem ser um corpo de peça única, por exemplo, formado integralmente como uma única estrutura contínua. Conforme mostrado na Figura 2, o dispositivo de misturação 24 pode ser acoplado a uma passagem de mistura 64 do injetor de combustível 12. A passagem de mistura 64 pode transmitir a mistura 26 a um lado a jusante 48 e a passagem de mistura 64 pode ser configurada para ajudar a reduzir ou evitar a separação de fase. O injetor de combustível 12 também pode incluir um bocal de agente oxidante 66 e uma passagem de agente oxidante 68. Conforme mostrado na Figura 2, a passagem de agente oxidante 68 pode circundar a passagem de mistura 64. Em certas realizações, a passagem de agente oxidante 68 pode ser concêntrica com a passagem de mistura 64. Em realizações adicionais, a passagem de mistura 64 e a passagem de agente oxidante 68 podem ser passagens anulares. Em ainda outras realizações, a passagem de mistura 64 e a passagem de agente oxidante 68 podem ser dispostas uma ao lado da outra. Conforme mostrado na Figura 2, a passagem de mistura 64 e a passagem de agente oxidante 68 descarregam a mistura 26 e a corrente de agente oxidante 16 em uma porção de ponta 70 do injetor de combustível 12. Portanto, o combustível e agente oxidante podem reagir, queimar ou entrar em combustão a jusante da porção de ponta 70. O uso de um dispositivo de misturação acoplado de modo removível 24 ao injetor de combustível 12 pode oferecer vários benefícios. Por exemplo, a complexidade do injetor de combustível 12 pode ser reduzida se comparado a outros injetores de combustível com muitas passagens. Por exemplo, o injetor de combustível pode incluir apenas duas passagens, a saber, a passagem de mistura 64 e a passagem de agente oxidante 68. Em vez de modificar o injetor de combustível 12 para acomodar mudanças no número, quantidade ou composição dos materiais transmitidos, o dispositivo de misturação 24 pode ser desacoplado a partir do injetor de combustível 12 e substituído por uma dentre várias configurações diferentes de dispositivos de mistura 24 com características específicas para situações diferentes. Ademais, a substituição do injetor de combustível 12 pode ser facilmente realizada em ter que também remover o dispositivo de misturação 24. Portanto, um dispositivo de misturação acoplado de modo removível 24 fornece modularidade e intercambiabilidade ao conjunto de injetor 11. Tal modularidade pode fornecer economias significativas se comparado à substituição ou modificação completa de toda o conjunto de injetor 11.

Na realização ilustrada da Figura 2, um ou mais sensores 72 podem ser dispostos no conjunto de injetor 11 (por exemplo, no dispositivo de misturação 24 e/ou no injetor de combustível 12). Por exemplo, os sensores 72 podem ser dispostos nos bocais 50, 52, e 54 para medir taxas de fluxo do material fluindo através dos bocais. Os sensores 72 podem enviar sinais 74 a um controlador 76, que pode, por sua vez, enviar sinais 74 a um ou mais dispositivos de fluxo 78 dispostos nos bocais 50, 52, e 54 ou ao longo das linhas a montante dos bocais. Em certas realizações, os dispositivos de fluxo 78 podem ser válvulas usadas para ajustar ou controlar taxas de fluxo individuais do material que flui através dos bocais 50, 52, e 54 para otimizar a misturação e características de fluxo da mistura 26, por exemplo. Com base nos sinais 74 recebidos pelo controlador 76 a partir dos sensores 72, o controlador 76 pode direcionar as válvulas 78 para abrir ou fechar, em conformidade. Por exemplo, se um desses sensores 72 indicar que uma taxa de fluxo está abaixo de um limite, o controlador 76 pode direcionar uma das válvulas 78 para abrir adicionalmente. De modo similar, se um dos sensores 72 indicar que uma taxa de fluxo está acima de um limite, o controlador 76 pode direcionar uma das válvulas 78 para fechar adicionalmente. Em realizações adicionais, os dispositivos de fluxo 78 podem ser usados como dispositivos de prevenção de retrofluxo. Especificamente, se um dos sensores 72 indicar fluxo reverso (por exemplo, fluxo negativo, fluxo em direção ao lado a montante 46 ou baixa pressão), o controlador 76 pode enviar um sinal 74 para direcionar a válvula 78 para fechar completamente ou para abrir além disso para gerar um fluxo positivo, dependendo das condições de processo desejadas. Portanto, a válvula 78 pode ajudar a bloquear a misturação indesejada dos materiais que fluem através dos bocais 50, 52, e 54. Em outras realizações, o dispositivo de fluxo 78 pode ser uma válvula de segurança ou outro dispositivo para ajudar a bloquear o retrofluxo através do dispositivo de misturação 24. O controlador 76 e dispositivos de fluxo 78 podem ser usados com qualquer uma das realizações descritas abaixo. Ademais, o controlador 76 pode ser usado para controlar o fluxo durante a operação transiente, por exemplo, iniciação, desativação ou modulação do sistema durante o qual correntes comprimíveis podem ser substituídas por correntes não comprimíveis líquidas para ajudar a evitar o retrofluxo. A Figura 3 é uma vista superior de uma realização do dispositivo de misturação 24 do conjunto de injetor 11. Conforme mostrado na Figura 3, o primeiro bocal 50 e o terceiro bocal 54 são acoplados à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24 próximos à borda da cabeça 56. Portanto, as correntes transmitidas pelos bocais 50, 52, e 54 convergem e impingem umas nas outras para facilitar a misturação das correntes. Por exemplo, tal disposição dos bocais 50, 52, e 54 pode ajudar a romper em agrupamentos nas correntes, por exemplo, agrupamentos com uma corrente líquida 20 ou uma corrente sólida 18. Ademais, tal disposição dos bocais 50, 52, e 54 pode ajudar a fornecer atomização das correntes. O segundo bocal 52 é acoplado próximo ao centro da cabeça 56. Tal disposição linear dos bocais 50, 52, e 54 pode ajudar a absorver menos espaço. Em outras realizações, os primeiro, segundo e terceiro bocais 50, 52, e 54 podem ser acoplados ao dispositivo de misturação 24 em outras disposições. Por exemplo, a Figura 4 mostra uma vista superior do dispositivo de misturação 24 com uma disposição diferente dos primeiro, segundo e terceiro bocais 50, 52, e 54. Específicamente, os bocais 50, 52, e 54 são todos acoplados próximos à borda da cabeça 56 e espaçados aproximadamente equidistantes uns aos outros, por exemplo, a aproximadamente 120 graus uns dos outros acerca do eixo geométrico 42. A disposição dos bocais 50, 52, e 54 mostradas na Figura 4 pode ajudar as correntes transmitidas pelos bocais 50, 52, e 54 a convergirem e colidirem umas contra as outras para facilitar a misturação das correntes. Em certas realizações, os bocais 50, 52, e 54 podem ser dispostos a um ângulo em relação ao eixo geométrico axial 42, que pode conferir um movimento circular à mistura, melhorando, dessa forma, a misturação. Em outras realizações, os bocais 50, 52, e 54 podem ser fixados tangencialmente À cabeça 56, que também pode conferir um movimento circular à mistura. A Figura 5 é uma vista em seção transversal axial de uma realização do dispositivo de misturação 24. O injetor de combustível 12 não é mostrado na Figura 5 para fins de esclarecimento. Entretanto, é compreendido que o dispositivo de misturação 24 mostrado na Figura 5 pode ser diretamente acoplado ao injetor de combustível 12 com o uso do primeiro flange 60 ou pode ser uma peça única com o injetor 12. Conforme mostrado na Figura 5, o primeiro bocal 50 é acoplado a um lado lateral do dispositivo de misturação 24. Portanto, o material que flui através do primeiro bocal 50 pode ser introduzido normal (por exemplo, na direção radial 40) no eixo geométrico axial 42. O segundo bocal 52 pode ser acoplado à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24. Conforme mostrado na Figura 5, o segundo bocal 52 pode se estender pelo menos parcialmente na câmara de misturação 58 do dispositivo de misturação 24, criando, por meio disso, uma zona de turbulência 80 para o material a partir do primeiro bocal 50. A zona de turbulência 80 pode fornecer espaço para componentes do material a partir do primeiro bocal 50 para misturar com outro adicionalmente ou romper blocos sólidos no fluxo. Uma placa perfurada 82 pode ser acoplada à superfície interna do dispositivo de misturação 24 e ao segundo bocal 52 para definir a zona de turbulência 80. Conforme mostrado na Figura 5, a placa perfurada 82 é perpendicular ao eixo geométrico axial 42. Uma pluralidade de aberturas 84 pode ser formada na placa perfurada 82 para permitir que o material do primeiro bocal 50 saia da zona de turbulência 80 para o interior da câmara de misturação 58. Cada uma das aberturas 84 pode ser definida por uma largura ou diâmetro 86, que pode ser selecionado para fornecer uma certa velocidade do material que flui do primeiro bocal 50 para a câmara de misturação 58. Por exemplo, aberturas menores 84 podem aumentar a velocidade do material a partir do primeiro bocal 50. Em certas realizações, as aberturas 84 podem ser dispostas a um ângulo a um eixo geométrico de fluxo do material a partir do primeiro bocal 50, que pode levar o material do primeiro bocal 50 a colidir ou circular contra o material do segundo bocal 52, melhorando, por meio disso, a misturação da mistura. Em outras realizações, as aberturas podem ser dispostas a um ângulo a um eixo geométrico de fluxo de qualquer uma das correntes. Conforme o material do primeiro bocal 50 sai pelas aberturas 84, o material pode combinar e misturar com o material do segundo bocal 52 e entrar no injetor de combustível 12 como a mistura 26. Ademais, a expansão repentina do material do primeiro bocal 50 na câmara de misturação 58 pode acentuar a misturação. Uma distância 88 do segundo bocal 52 para o primeiro flange 60 do dispositivo de misturação 24 pode ser selecionada para fornecer espaço o suficiente para a misturação anteriormente à mistura 26 que entra no injetor de combustível 12. A Figura 6 é uma vista em seção transversal radial do dispositivo de misturação 24 ao longo da linha marcada como 6-6 na Figura 5. Especificamente, a vista em seção transversal da Figura 6 passa através da placa perfurada 82. Na realização ilustrada, as aberturas 84 têm formatos circulares e estão dispostas em um anel acerca da placa perfurada 82. Em outras realizações, as aberturas 84 podem ser dispostas em um ou mais anéis, um em volta do outro. Em realizações adicionais, as aberturas 84 podem ter outros formatos transversais, como, mas sem limitação, quadrado, oval, triangular, poligonal ou outros formatos transversais. Ademais, as aberturas 84 podem ser dispostas em outros padrões em realizações adicionais. Ademais, nem todas as aberturas 84 podem ser iguais. Por exemplo, as aberturas 84 podem ter formatos e/ou tamanhos diferentes uns dos outros. A Figura 7 é uma vista em seção transversal axial do dispositivo de misturação 24. O primeiro bocal 50 é acoplado ao dispositivo de misturação tangencialmente, o que pode ser mais aparente na Figura 8, conforme discutido com mais detalhes abaixo. Portanto, o material introduzido no dispositivo de misturação 24 pelo primeiro bocal 50 pode fluir através do dispositivo de misturação 24 com um movimento circular acerca do eixo geométrico 42. Ademais, conforme mostrado na Figura 7, a cabeça 56 do dispositivo de misturação 24 tem um primeiro diâmetro 100 maior que um segundo diâmetro 102 do dispositivo de misturação 24 próximo ao primeiro flange 60. O primeiro diâmetro 100 da cabeça 56 maior pode permitir que o material do primeiro bocal 50 adquira mais de um movimento circular anteriormente à ser combinado ao material do segundo bocal 52 na câmara de misturação 58. Em certas realizações, o dispositivo de misturação 24 pode ter uma parede cônica 104 que une as porções do dispositivo de misturação 24 com os primeiro e segundo diâmetros 100 e 102. A parede cônica 104 pode direcionar o material em movimento circular do primeiro bocal 50 em direção ao material do segundo bocal 52, ajudando, por meio disso, a fornecer a misturação adequada dos materiais. Ademais, a área de fluxo que converge ou diminui gradualmente, da passagem abrangida pela parede cônica 104 pode aumentar a velocidade do material que flui para o interior da câmara de misturação 58, fornecendo, por meio disso, misturação adicional. Portanto, o efeito combinado do movimento circular e velocidade de fluxo aumentada pode aumentar a misturação dos materiais dos primeiro e segundo bocais 50 e 52. A Figura 8 é uma vista em seção transversal radial do dispositivo de misturação 24 ao longo da linha marcada como 8-8 na Figura 7. Especificamente, a vista em seção transversal é através da porção do dispositivo de misturação 24 com o primeiro diâmetro 100. Conforme mostrado na Figura 8, o primeiro bocal 50 é acoplado ao dispositivo de misturação 24 tangencialmente. Portanto, a disposição tangencial do primeiro bocal 50 confere um movimento circular (na direção circunferencial 44) ao material que flui através do primeiro bocal 50. Esse movimento circular do material do primeiro bocal 50 pode fornecer uma melhor misturação dos materiais no dispositivo de misturação 24. Em realizações adicionais, o dispositivo de misturação 24 pode incluir dois ou mais bocais tangenciais para misturar correntes adicionais. Os bocais tangenciais podem produzir movimento circular nas mesmas direções ou em direções opostas para fornecer ainda mais misturação dos materiais. A Figura 9 é uma vista em seção transversal axial do conjunto de injetor 11 que tem o dispositivo de misturação 24 disposto no interior do injetor de combustível 12. Em outras palavras, o dispositivo de misturação 24 é parte do (ou integrado a) o injetor de combustível 12. Especificamente, o primeiro e segundo bocais 50 e 52 são acoplados à passagem de mistura 64. O primeiro bocal 50 transmite material para o interior da zona de turbulência 80 adjacente à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24. A placa perfurada 82 pode estar disposta no interior da passagem de mistura 64 e acoplada à passagem de mistura 64 e à passagem de agente oxidante 68. Conforme mostrado na Figura 9, a placa perfurada 82 é perpendicular ao eixo geométrico axial 42. A placa perfurada 82 permite que o material do primeiro bocal 50 flua através da abertura 84 para o interior da câmara de misturação 58. O material do segundo bocal 52 entra na câmara de misturação 58 e mistura com o material a partir do primeiro bocal 50 enquanto a mistura 26 flui na direção a jusante 48 através da passagem de mistura 64 em direção à ponta 70 do injetor de combustível 12. Ademais, a expansão imediata do material a partir do primeiro bocal 50 para o interior da câmara de misturação 58 pode acentuar a misturação. Em uma realização, a corrente sólida 18 pode fluir através do primeiro bocal 50 e a corrente líquida 20 através do segundo bocal 52. A placa perfurada 82 pode ajudar a romper quaisquer blocos na corrente sólida 18 anteriormente à misturação com a corrente líquida 20. Ademais, o bocal de agente oxidante 66 pode ser acoplado à cabeça 56 permitindo que a passagem de agente oxidante 68 passe através do meio do injetor de combustível 12 e termine próximo à ponta 70. Portanto, a mistura 26 e o agente oxidante misturam na ponta 70. Em outras palavras, o agente oxidante é mantido separado dos materiais do primeiro e segundo bocais 50 e 52 até que alcancem a ponta 70, ajudando, por meio disso, a bloquear qualquer reação indesejável no interior do injetor de combustível 12. Em outras realizações, a passagem de agente oxidante 68 pode, pelo menos parcialmente, ser retrátil para fornecer misturação adicional próximo à ponta 70. A Figura 10 é uma vista em seção transversal axial do conjunto de injetor 11 com o dispositivo de misturação 24 disposto no interior do injetor de combustível 12. Na realização ilustrada, os primeiro, segundo e terceiro bocais 50, 52, e 54 passam através da passagem de agente oxidante 68 para serem acoplados à passagem de mistura 64. Especificamente, o primeiro bocal 50 passa axialmente através de um topo da passagem de agente oxidante 68 e os segundo e terceiro bocais 52 e 54 passam radialmente através de um lado da passagem de agente oxidante 68. O primeiro e segundo bocais 50 e 52 portam o material para uma primeira zona de misturação 120 (ou câmara de expansão) disposta próxima à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24. Os fluxos dos primeiro e segundo bocais 50 e 52 podem convergir ou colidir um contra o outro para acentuar a mistura. O terceiro bocal 54 porta material par o interior de uma segunda zona de misturação 122 (ou câmara de expansão) disposta a jusante da primeira zona de misturação 120. Novamente, os fluxos da primeira zona de misturação 120 e do bocal 54 podem convergir ou colidir um contra o outro para acentuar a mistura. O primeiro diâmetro 100 da primeira zona de misturação 120 pode ser menor que o segundo diâmetro 102 da segunda zona de misturação 122. O maior segundo diâmetro 102 pode permitir que a velocidade da maior quantidade de material fluindo através da segunda zona de misturação 122 seja aproximadamente igual à velocidade da menor quantidade de material fluindo através da primeira zona de misturação 120. Os primeiro e segundo diâmetros 100 e 102 também podem ser ajustados para controlar a velocidade de fluxo através do dispositivo de misturação 24 de outras formas. Ademais, a expansão na segunda zona de misturação 122 e a introdução de material adicional pode ajudar a acentuar a mistura. Em realizações adicionais, um ou ambos os bocais 52 e 54 pode acoplar tangencialmente ao dispositivo de misturação 24 para conferir movimento circular na mesma direção ou em direções opostas aos materiais. Após os materiais que fluem através da passagem de mistura 64 serem misturados intensamente, a mistura 26 pode ser ejetada próxima à ponta 70 do injetor de combustível 12 e combinada com a corrente de agente oxidante 16 que fluem através da passagem de agente oxidante 68.

A Figura 11 é uma vista em seção transversal axial de uma realização do conjunto de injetor 11 com uma porção do dispositivo de misturação 24 disposta no interior do injetor de combustível 12. O segundo bocal 52 pode portar material radialmente para o interior da zona de turbulência 80 disposta próxima à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24. Em certas realizações, o segundo bocal 52 pode ser acoplado tangencialmente ao dispositivo de misturação 24 para conferir movimento circular aos materiais. Ademais, o material do segundo bocal 52 pode passar através de aberturas 84 da placa perfurada 82, que está configurada como um tubo cilíndrico perfurado ou cano anular. O material do primeiro bocal 50 pode ser combinado com o material do segundo bocal 52 na câmara de misturação 58. Na realização ilustrada, a placa perfurada 82 é orientada paralelamente ao eixo geométrico axial 42 do injetor de combustível 12. Em outras palavras, o material que flui do segundo bocal 52 flui na direção radial 40 através das aberturas 84 para combinar com o material que flui do primeiro bocal 50 na direção axial 42. O movimento dos materiais dos primeiro e segundo bocais 50 e 52 transversal (por exemplo, perpendicular) pode ajudar a melhorar a misturação da mistura 26. A mistura 26 dos materiais do primeiro e segundo bocais 50 e 52 pode ser descarregada da passagem de misturação 64 próxima à ponta 70 para ser combinada com a corrente de agente oxidante 16 que flui através da passagem de agente oxidante 68. Ademais, se o material que flui do primeiro bocal 50 for um líquido e o material que flui do segundo bocal 52 for um gás, a misturação na câmara de misturação 58 pode causar instabilidades no fluxo de líquido e pode melhorar a atomização do líquido mais a jusante, por exemplo, quando a mistura de líquido-gás misturar com a corrente de agente oxidante 16 próximo à porção de ponta 70. A Figura 12 é uma vista em seção transversal axial de uma realização do conjunto de injetor 11 com o dispositivo de misturação 24 disposto no interior do injetor de combustível 12. Especificamente, a passagem de mistura 64 circunda a passagem de agente oxidante 68 em uma disposição coaxial. Os primeiro e segundo bocais 50 e 52 são acoplados à cabeça 56 do dispositivo de misturação 24 em uma disposição tangencial, o que pode ser mais aparente na Figura 13. Os materiais que fluem através do primeiro e segundo bocais 50 e 52 são combinados na câmara de misturação 58 com movimento circular e são combinados com a corrente de agente oxidante 16 da passagem de agente oxidante 68 antes de serem descarregados da porção de ponta 70 do injetor de combustível 12. Conforme mostrado na Figura 12, o primeiro diâmetro 100 da passagem de misturação 64 é maior que o segundo diâmetro 102 da passagem de mistura 64. O maior primeiro diâmetro 100 pode fornecer espaço adicional para os materiais do primeiro e segundo bocais 50 e 52 para que se misturem para formar a mistura 26 anteriormente à combinação com a corrente de agente oxidante 16. Ademais, a velocidade de fluxo dos materiais pode aumentar com o movimento ao convergir ou diminuir a área de fluxo abrangida pela parede cônica 104, acentuando, por meio disso, a misturação. A Figura 13 é uma vista em seção transversal radial do conjunto de injetor 11 ao longo da linha marcada como 13-13 na Figura 12. Conforme mostrado na Figura 13, os primeiro e segundo bocais 50 e 52 são acoplados à cabeça 56 tangencialmente. Portanto, a disposição dos primeiro e segundo bocais 50 e 52 pode conferir um movimento circular na direção circunferencial 44 aos materiais que fluem através da passagem de mistura 64. Tal movimento circular pode melhorar improve a misturação dos materiais dos primeiro e segundo bocais 50 e 52 anteriormente à misturação com a corrente de agente oxidante 16 da passagem de agente oxidante 68. Em outras realizações, os primeiro e segundo bocais 50 e 52 podem ser dispostos pra conferir movimento contracircular aos materiais. Em outras palavras, a disposição dos bocais 50 e 52 pode levar os materiais a circularem em direções opostas uns dos outros.

Conforme descrito acima, certas realizações do injetor de combustível 12 podem incluir o dispositivo de misturação 24 para misturar pelo menos duas dentre a corrente sólida 18, a corrente líquida 20, a corrente gasosa 22 ou uma combinação das mesmas, para gerar a mistura 26. O dispositivo de misturação 24 pode ser disposto a montante da ponta 70 do injetor de combustível 12 e a mistura 26 pode ser descarregada a partir da ponta 70. Em certas realizações, a passagem de mistura 64 pode ser acoplada ao dispositivo de misturação 24 e a passagem de mistura 64 pode injetar a mistura 26 na direção a jusante 48. Ademais, o injetor de combustível 12 pode incluir a passagem de agente oxidante 68 para injetar a corrente de agente oxidante 16 na direção a jusante 48. Em várias realizações, a passagem de agente oxidante 68 é separada da passagem de mistura 64. Em outras palavras, a corrente de agente oxidante 16 pode não misturar ou combinar com a mistura 26 anteriormente à ponta 70. Em realizações adicionais, o injetor de combustível 12 que inclui o dispositivo de misturação 24 pode ser acoplado ao gaseificador 14 para injetar a mistura 26 e a corrente de agente oxidante 16 para serem reagidos no interior do gaseificador 14. Ao usar o dispositivo de misturação 24, o injetor de combustível 12 pode ser simplificado. Especificamente, o dispositivo de misturação 24 pode ser usado para combinar os vários materiais injetados pelo injetor de combustível sem o uso de passagens separadas no interior do injetor de combustível 12. Ademais, o dispositivo de misturação 24 pode fornecer uma misturação melhor dos materiais não oxidantes, fornecendo, por meio disso, uma reação mais homogênea no gaseificador 14. Além disso, em certas realizações, o dispositivo de misturação 24 pode ser usado para combinar duas ou três fases, especificamente, a corrente sólida 18, a corrente líquida 20, e a corrente gasosa 22. Além disso, na realização na qual o dispositivo de misturação 24 é acoplado ao injetor de combustível 12, o dispositivo de misturação 24 pode ser facilmente removido para a manutenção ou reparo com o uso dos primeiro e segundo flanges 60 e 62.

Essa descrição escrita usa exemplos para apresentar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica coloque em prática a invenção, incluindo a produção e o uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a realização de quaisquer métodos incorporados. O âmbito patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estarem no âmbito das reivindicações, se tiverem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou se incluírem elementos estruturais equivalentes às diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims

1. SISTEMA, que compreende: um injetor de combustível de gaseificação que compreende: um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas, para gerar uma mistura, em que o dispositivo de misturação está disposto a montante de uma porção de ponta do injetor de combustível de gaseificação, e a mistura é descarregada da porção de ponta.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de misturação está disposto no injetor de combustível de gaseificação.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de misturação é acoplado a uma porção do injetor de combustível de gaseificação a montante.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de misturação compreende: um primeiro bocal configurado para transmitir uma primeira corrente, em que a primeira corrente compreende pelo menos uma dentre a corrente sólida, a corrente líquida ou a corrente gasosa ou uma combinação das mesmas; e um segundo bocal configurado para transmitir uma segunda corrente, em que a segunda corrente compreende pelo menos uma dentre a corrente sólida, a corrente líquida ou a corrente gasosa ou uma combinação dos mesmos.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, em que o dispositivo de misturação compreende uma câmara de misturação acoplada ao primeiro bocal e ao segundo bocal, em que a câmara de misturação é configurada para misturar a primeira corrente e a segunda corrente.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, em que pelo menos um dentre o primeiro bocal ou o segundo bocal é acoplado à câmara de misturação tangencialmente para induzir um fluxo circular de pelo menos uma dentre a primeira corrente ou a segunda corrente.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, em que a câmara de misturação compreende uma primeira porção com um primeiro diâmetro e uma segunda porção com um segundo diâmetro diferente do primeiro diâmetro, sendo que o primeiro bocal é acoplado à primeira porção e o segundo bocal é acoplado à segunda porção.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, em que o dispositivo de misturação compreende uma placa de misturação perfurada que compreende uma pluralidade de orifícios configurados para induzir a misturação da primeira corrente e da segunda corrente.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 8, em que a placa de misturação perfurada é paralela a um eixo geométrico axial do injetor de combustível de gaseificação ou a placa de misturação perfurada é transversal a um eixo geométrico axial do injetor de combustível de gaseificação.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 8, em que a pluralidade de orifícios é configurada a um ângulo em relação a um primeiro eixo geométrico de fluxo da primeira corrente ou um segundo eixo geométrico de fluxo da segunda corrente para induzir um fluxo circular de pelo menos uma dentre a primeira corrente ou a segunda corrente.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de misturação é configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas, com o uso de pelo menos um dentre fluxos convergentes, fluxos que colidem, fluxos transversais ou uma câmara de expansão ou uma combinação dos mesmos.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, que compreende um dispositivo de fluxo acoplado ao dispositivo de misturação, em que o dispositivo de fluxo é configurado para bloquear o retrofluxo na corrente sólida, na corrente líquida, na corrente gasosa ou uma combinação das mesmas, fora do dispositivo de misturação ou para ajustar taxas de fluxo individuais da corrente sólida, da corrente líquida, da corrente gasosa ou uma combinação das mesmas.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 12, em que o dispositivo de fluxo compreende pelo menos uma dentre uma válvula de segurança ou uma válvula de controle ou uma combinação das mesmas.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, que compreende um revestimento disposto sobre uma superfície interior do dispositivo de misturação, em que o revestimento é configurado para reduzir pelo menos uma dentre erosão ou corrosão da superfície interior.

15. SISTEMA, que compreende: um injetor de combustível que compreende: um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas para gerar uma mistura; uma passagem de mistura acoplada ao dispositivo de misturação, em que a passagem de mistura é configurada para injetar uma mistura em uma direção a jusante; e uma passagem de agente oxidante configurada para injetar um agente oxidante na direção a jusante, em que a passagem de agente oxidante está separada da passagem de mistura.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, em que o dispositivo de misturação está disposto no injetor de combustível ou o dispositivo de misturação está acoplado a uma porção do injetor e combustível a montante.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, em que o dispositivo de misturação está disposto a jusante de uma seção de transmissão, sendo que a seção de transmissão é configurada para transmitir a corrente sólida, a corrente líquida ou a corrente gasosa pelo menos parcialmente separadamente para o injetor de combustível.

18. SISTEMA, que compreende: um dispositivo de misturação configurado para misturar pelo menos duas dentre uma corrente sólida, uma corrente líquida ou uma corrente gasosa ou uma combinação das mesmas para formar uma mistura; e um injetor de combustível acoplado ao dispositivo de misturação, em que o injetor de combustível compreende: uma porção de ponta; uma passagem de mistura configurada para injetar uma mistura através da porção de ponta; e uma passagem de agente oxidante configurada para injetar um agente oxidante através da porção de ponta, em que a passagem de agente oxidante é separada da passagem de mistura.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, que compreende um dispositivo de fluxo acoplado ao dispositivo de misturação, em que o dispositivo de fluxo é configurado para bloquear retrofluxo na corrente sólida, na corrente líquida, na corrente gasosa ou uma combinação das mesmas fora do dispositivo de misturação ou para ajustar as taxas de fluxo individuais da corrente sólida, da corrente líquida, da corrente gasosa ou uma combinação das mesmas.

20. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, em que o dispositivo de misturação é configurado para misturar pelo menos três dentre a corrente sólida, a corrente líquida ou a corrente gasosa para gerar a mistura.