CN102362119B - 改进的给料喷射器系统 - Google Patents

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Abstract

一种给料喷射器系统(50)包括：可移动的中心构件(52)；第一构件(56)，其基本上与该中心构件同心以限定用于输送第一流体氧化剂流的第一通道；第二构件(58)，其基本上与该第一构件同心以限定用于输送燃料给料的第二通道；以及第三构件(60)，其基本上与该第二构件同心以限定用于输送第二流体氧化剂蒸汽的第三通道。第一构件与第二构件被配置成增强从第二通道发出的燃料给料的不稳定性。

Description

改进的给料喷射器系统
技术领域
本文所公开的主题大体而言涉及整体气化联合循环(IGCC)发电系统，且更特定而言涉及用于向气化器内喷射给料的改进的给料喷射器系统。
背景技术
某些气化器将燃料和氧气的混合物转换成部分氧化的气体的输出，其有时被称作“合成气”。合成气典型地被供应到燃气轮机发动机的燃烧器，该燃气轮机发动机向发电机提供动力，发电机向电网供应电力。来自燃气轮机发动机的排气可被供应到热回收蒸汽发生器，其生成蒸汽以用于驱动蒸汽轮机。由蒸汽轮机生成的动力可用于例如驱动向电网提供额外的电力的发电机。
氧气和燃料以特定比例通过给料喷射器而喷射到气化器内。合乎需要的是喷射到气化器内的燃料中的最大百分比的碳转换成合成气。转换成合成气的碳的百分比通常被称作“碳转换率”。碳转换率取决于若干因素，诸如在气化器中的温度场和燃料微粒在该温度场中的驻留时间。
给料喷射器操纵氧气和燃料被喷射到气化器内的方式，以及因此操纵燃料被雾化的方式，从而控制燃料微粒在气化器的温度场中的驻留时间。诸如图1所示的当前的给料喷射器可能不会有效地使燃料雾化。而且，给料喷射器可能不能在百分之五十调低(turndown)条件下运行。
因此，存在对有效地雾化燃料且维持调低条件下的性能的需要。
发明内容
根据本文所公开的一个实施例，一种给料喷射器系统包括：可移动的中心构件；第一构件，其基本上与该中心构件同心以限定用于输送第一流体氧化剂流的第一通道；第二构件，其基本上与该第一构件同心以限定用于输送燃料给料的第二通道；以及第三构件，其基本上与该第二构件同心以限定用于输送第二流体氧化剂流的第三通道。第一构件与第二构件被配置成增强从第二通道发出的燃料给料的不稳定性。
根据本文所公开的另一实施例，一种给料喷射器系统包括：可移动的中心构件，其包括用于输送流体流的通路；第一构件，其基本上与该中心构件同心以限定用于输送第一流体氧化剂流的第一通道；第二构件，其基本上与该第一构件同心以限定用于输送燃料给料的第二通道；第三构件，其基本上与该第二构件同心以限定用于输送第二流体氧化剂流的第三通道，以及流动分离器。第一构件与第二构件被配置成增强发出的燃料给料的不稳定性。
附图说明
当参看附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相似的符号在所有图中表示相似的部件，其中：
图1示出了现有的先进的给料喷射器的剖视图。
图2示出了根据本文所公开的方面的先进的给料喷射器系统的一实施例。
图3示出了根据本文所公开的方面的第一构件与第二构件的排放端的一实施例。
图4示出了根据本文所公开的方面的第一构件与第二构件的排放端的另一实施例。
图5示出了根据本文所公开的方面的图3的先进的给料喷射器系统的底视图。
图6示出了根据本文所公开的方面的穿孔板。
图7示出了根据本文所公开的方面的带弹簧和螺钉系统的先进的给料喷射器系统的一实施例。
具体实施方式
本文所公开的实施例包括给料喷射器系统。这种给料喷射器系统包括：具有通路的中心构件；与中心构件同心的第一构件；与第一构件同心的第二构件；以及与第二构件同心的第三构件。该中心构件和第一构件限定第一通道。中心构件可相对于第一构件轴向地移动以更改第一通道的排放端的面积。该第一构件和第二构件限定第二通道。该第二构件和第三构件限定第三通道。
图1示出了现有的先进的给料喷射器10的剖视图。该给料喷射器包括中心构件12、第一构件14、第二构件16和第三构件18。中心构件12的排放端20包括邻接锥形轮廓24的仿形(contoured)轮廓22。第一构件14与中心构件12同心，直到仿形轮廓，以限定第一通道26。第二构件16与第一构件14同心以限定第二通道28。第一通道26和第二通道28的端部远离喷射器10的轴线30发散。第三构件18与第二构件16同心以限定第三通道32。第三通道32的端部朝向喷射器10的轴线30会聚。
第一流体氧化剂流34典型地通过第一通道26输送。第二流体氧化剂流36典型地通过第三通道32输送。典型地，空气或氧气用于第一流体氧化剂流和第二流体氧化剂流。燃料给料38通过第二通道28输送。燃料给料38可包括例如煤浆。在从第二通道28发出的燃料与第一氧化剂流和第二氧化剂流相互作用时发生燃料雾化。所发出的燃料的不稳定性对于燃料的有效雾化是至关重要的。
第三构件18的排放端40包括冷却布置，诸如用于喷射器10的冷却盘管42。冷却盘管42形成倒角44。倒角44使第二氧化剂流36扩散。因此，存在第二氧化剂流36的显著动能损失。由于动能损失，第二流体氧化剂流36不能被有效地利用。燃料雾化也取决于流体氧化剂流与燃料给料之间的动量交换和相互作用。因此，氧化剂流的动能和发出的燃料给料中的不稳定性对于使燃料有效地雾化起着至关重要的作用。
燃料和氧化剂流从喷射器10作为连续的同心薄片发出。因此，在中心构件12下方的区域并不向气化器中的氛围暴露且低压区形成于中心构件12下方。低压造成燃料给料和氧化剂流在喷射器的中心构件12下方的再循环。在图1中以虚线圆象征性地示出再循环区46。
图2示出一种先进的给料喷射器系统50的一实施例的剖视图。该给料喷射器系统包括：具有通路54的中心构件52；第一构件56；第二构件58；第三构件60；以及流动分离器62。第一构件56与中心构件52同心，以限定用于输送第一流体氧化剂流34到气化器(未图示)内的第一通道64。第二构件58与第一构件54同心，以限定用于输送燃料给料38到气化器内的第二通道66。第一通道64的排放端65和第二通道66的排放端67远离给料喷射器系统50的轴线68发散。第三构件60与第二构件58同心以限定用于输送第二流体氧化剂流36到气化器内的第三通道70。第三通道70的排放端71朝向给料喷射器系统50的轴线68会聚。
通路54沿着给料喷射器系统50的轴线68在中心构件52的中心。在一实施例中，中心构件52的排放端72包括倒置的漏斗状轮廓。通路54用于输送流体流73。
给料喷射器系统50主要包括优于现有给料喷射器的四个先进的方面。第一方面关于第二流体氧化剂流的有效利用。第二方面集中于消除燃料和氧化剂流的再循环。第三方面关于增强所发出的燃料给料的不稳定性。第四方面是维持喷射器系统在调低条件下的性能的能力。
为了有效地利用第二流体氧化剂流，第三构件60的排放端74设有基本直角的肩部76，使得喷射器50可用于无需冷却盘管的冷却系统。如先前所讨论，由冷却盘管形成的倒角使第二氧化剂流扩散且使第二氧化剂流损失动能。给料喷射器系统50无需冷却盘管，从而消除了由于倒角所致的第二流体氧化剂流36的动能损失。因此，第二流体氧化剂流36以提高的效率被输送。
在没有流动分离器62的情况下，氧化剂流和燃料给料作为连续同心薄片从喷射器发出。在有流动分离器62的情况下，流体氧化剂流和燃料给料作为离散薄片发出。因此，在气化器中在给料喷射器系统50周围的高压向中心构件52下方的区域暴露。如先前所讨论，在中心构件52下方的低压区造成燃料给料和氧化剂流在中心构件52下方再循环。使低压区向气化器中的高压暴露避免了燃料给料和氧化剂流在中心构件下方再循环。
参看图3和图4，第一构件56的排放端78和第二构件58的排放端80设有不稳定性增强特征82。该不稳定性增强特征82增强了所发出的燃料给料中的不稳定性以使得燃料有效地雾化。不稳定性增强特征82在通过第二通道66输送的燃料给料的路径中。在图3的实施例中，不稳定性增强特征82包括在第一构件56上的凹口84和在第二构件58上的顺滑融合部86。凹口84为第一构件56的排放端上的下凹表面。诸如图1所示的现有给料喷射器的第一构件的排放端和第二构件的排放端并不具有这种下凹的表面和顺滑融合部来增强所发出的燃料给料的不稳定性。在图4所示的另一实施例中，不稳定性增强特征82包括在第一构件56和第二构件58两者上的凹口84。在另一实施例中(未图示)，不稳定性增强特征82包括在第一构件56和第二构件58两者上的顺滑融合部。
图5示出了给料喷射器系统的底视图。给料喷射器系统50设有流动分离器62，且中心构件52的排放端72设有穿孔88，流体流通过该穿孔88而输送。流动分离器62设置于第一通道62、第二通道66和第三通道70中以使得燃料给料、第一流体氧化剂流和第二流体氧化剂流的流动分流。在图5所示的实施例中，流动分离器62在通道中均等地间隔开且彼此成一行。但是，流动分离器62可以各种布置来设置于通道中以分离通道内的燃料给料和氧化剂流的流动，使得燃料给料和氧化剂流作为离散薄片而发出。在一实施例中，可在中心构件52的排放端72处使用图6中所示的穿孔板90来提供穿孔88。
还通过输送流体流经过中心构件中的通路来避免在中心构件52下方的再循环。在一实施例中，二氧化碳用作通过该通路输送的流体流。穿孔88使得该流体流在更宽区域中扩散，从而避免了燃料给料和氧化剂流在中心构件52下方再循环。
参看图7，中心构件52可相对于第一构件轴向地移动以更改第一通道64的排放端65的面积。在一实施例中，螺钉92和弹簧94系统可与中心构件相关联以移动该中心构件。弹簧94中的张力保持中心构件的位置。可转动螺钉92以沿着轴线68移动中心构件52来更改第一通道的排放端65的面积。通过更改第一通道的排放端65的面积，可控制第一氧化剂流34的流量。
为了在调低条件下维持喷射器系统50的性能，中心构件52移动以减小第一通道的排放端65的面积且因此减小通过第一通道64输送的第一氧化剂流34的流量。典型地，第一流体氧化剂流34和第二流体氧化剂流36以相同的流率输送。除了减小第一通道64的排放端65的面积，可更改第一流体氧化剂流的流率和第二流体氧化剂流的流率来维持性能。作为一实例，在百分之五十的调低条件下，第一通道的排放端65的面积减小到一半且第一流体氧化剂流34的流率减小百分之七十，而第二流体氧化剂流36的流率减小百分之三十。
给料喷射器系统50适合于各种燃料给料，诸如但不限于煤浆、干给料、油、液态烃或其组合。空气或氧气可用于第一流体氧化剂流和第二流体氧化剂流。二氧化碳可用作通过该中心构件中的通路输送的流体流。
上文所述的给料喷射器系统50的各种实施例因此提供了有效地雾化燃料和维持在调低条件下的性能的方法。给料喷射器系统增强了燃料给料的不稳定性，维持流体氧化剂流的动能且避免再循环。给料喷射器系统50具有可移动的中心构件以维持在调低条件下的性能。
要了解，可能不必根据任何特定实施例来实现上文所述的所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到可以这样的方式实施或执行本文所述的系统和技术：即，实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点而未必实现可能在本文中教导或提出的其它目的或优点。
虽然仅在本文中示出和描述了本发明的某些特征，本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，要了解所附的权利要求意图涵盖属于本发明的真实精神的所有这样的修改和变化。

Claims (21)

1.一种给料喷射器系统，包括：
中心构件；
第一构件，其基本上与所述中心构件同心以限定用于输送第一流体氧化剂流的第一通道，
第二构件，其基本上与所述第一构件同心以限定用于输送燃料给料的第二通道，
所述第一构件与所述第二构件被配置成增强从所述第二通道发出的燃料给料中的不稳定性；
第三构件，其基本上与所述第二构件同心以限定用于输送第二流体氧化剂流的第三通道；以及
间隔开的多个流动分离器，所述多个流动分离器设置于所述第一通道，所述第二通道和所述第三通道中，其中每个所述流动分离器使得离散的流体在通道各自的排放端排放。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中心构件包括用于输送流体流的通路。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述中心构件的排放端包括穿孔，所述流体流通过所述穿孔输送。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述中心构件适于控制所述第一流体氧化剂流的流动。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中心构件可相对于所述第一构件轴向地移动以更改所述第一通道的排放端的面积。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一构件的排放端和所述第二构件的排放端包括不稳定性增强特征，以增强所述发出的燃料给料中的不稳定性。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三构件的排放端包括基本直角的肩部。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于其中所述流体分离器设置于所述第一通道，第二通道和第三通道的排放端。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体流包括二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料给料包括浆、干给料、油、液态烃或它们的组合。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料给料包括煤浆。
12.一种给料喷射器系统，包括：
中心构件，其包括用于输送流体流的通路，
第一构件，其基本上与所述中心构件同心以限定用于输送第一流体氧化剂流的第一通道，
第二构件，其基本上与所述第一构件同心以限定用于输送燃料给料的第二通道，
所述第一构件与第二构件被配置成增强发出的燃料给料中的不稳定性；
第三构件，其基本上与所述第二构件同心以限定用于输送第二流体氧化剂流的第三通道；以及
间隔开的多个流动分离器，所述多个流动分离器设置于所述第一通道，所述第二通道和所述第三通道中，其中每个所述流动分离器使得离散的流体在通道各自的排放端排放。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述中心构件的排放端包括穿孔，所述流体流通过所述穿孔输送。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述中心构件适于控制所述第一流体氧化剂流的流动。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述中心构件可相对于所述第一构件轴向地移动，以更改所述第一通道的排放端的面积。
16.根据权利要求12所述的系统，所述第一构件的排放端和所述第二构件的排放端包括不稳定性增强特征，以增强所发出的燃料给料中的不稳定性。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第三构件的排放端包括基本直角的肩部。
18.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，其中所述流体分离器设置于所述第一通道，第二通道和第三通道的排放端。
19.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述流体流包括二氧化碳。
20.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述燃料给料包括浆、干给料、油、液态烃或它们的组合。
21.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述燃料给料包括煤浆。
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