CN102818279B - 喷射器尖端组件和燃料喷射的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷射器尖端组件和燃料喷射的方法。用于喷嘴的喷射器尖端(10)包括中心本体(12)，其具有构造成将燃料流(32)喷射到燃烧器的燃烧区(34)中在远端(18)处的多个中心本体开口(16)。一个或多个燃料通路(20，22，24)配置在中心本体(12)周围并且构造成将燃料泥喷射到燃烧区(34)中。一个或多个氧气通路(20，22，24)配置在中心本体(12)周围并且构造成将氧气流(36)喷射到燃烧区(34)中。

Description

喷射器尖端组件和燃料喷射的方法
技术领域
本文中公开的主题涉及气化和燃烧器。更特别地，主题公开涉及用于气化的喷射器喷嘴。
背景技术
许多已知的整体气化联合循环(IGCC)设备包括与至少一个动力产生涡轮系统一体的气化系统。例如，至少一些已知的气化系统将燃料、空气或氧气、蒸汽和/或CO2的混合物转化成合成气体或“合成气”。合成气引导到燃气涡轮发动机的燃烧器，其为将电力供应到电力网的发电机提供动力。来自至少一些已知的燃气涡轮发动机的废气供应到产生用于驱动蒸汽涡轮机的蒸汽的热回收蒸汽发生器(HRSG)。由蒸汽涡轮机产生的动力也驱动为电力网提供电力的发电机。
至少一些气化系统包括喷射系统，其为气化器反应器供应过程流体以促进至少一个放热反应。一些气化系统使用多种燃料以驱动气化过程。例如，煤气化设备主要将煤泥用作燃料以驱动使煤中的碳转化成气态燃料以产生电的气化。然而，当气化器起动时，气化室下游的系统构件仍未处于设计点操作压力，所以缺乏过程有效性。因此，煤泥的气化产生诸如硫和/或NOx的更大量的不需要排放物直到下游构件达到压力。
为了减轻这些排放物问题，诸如天然气的更清洁的燃烧燃料经常代替煤泥在启动期间引入到气化室中。天然气经由与煤泥的喷嘴分开的专用喷嘴喷射到气化器中。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于气化器燃烧器喷嘴的喷射器尖端包括中心本体，其具有构造成将燃料流喷射到燃烧器的燃烧区中在远端处的多个中心本体开口。一个或多个燃料通路配置在中心本体周围并且构造成将燃料泥喷射到燃烧区中。一个或多个氧气通路配置在中心本体周围并且构造成将氧气流喷射到燃烧区中。
根据本发明的另一个方面，喷射燃料到燃烧器中的方法包括通过在喷射器尖端的中心本体的远端中的多个中心本体开口将燃料流的第一部分喷射到燃烧器的燃烧区中。燃料流的第二部分经由配置在中心本体周围的一个或多个燃料通路喷射到燃烧区中。燃料流的第二部分的喷射暂停，并且燃料泥经由一个或多个燃料通路喷射到燃烧区中。
这些和其他的优点和特征从结合附图进行的下列描述中将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题被特别地指出并且在说明书的结尾处的权利要求中清楚地主张权利。本发明的前述和其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中：
图1是用于气化器喷嘴的喷射器尖端的实施例的示意性截面图；
图2是在启动操作期间用于气化器喷嘴的喷射器尖端的实施例的操作的示意图；和
图3是在煤泥操作期间用于气化器喷嘴的喷射器尖端的实施例的操作的示意图。
详细的描述参照附图经由实例说明本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
10 喷嘴尖端
12 本体
14 轴线
16 开口
18 远端
20 内通路
22 中间通路
24 外通路
26 内通路端
28 中间通路端
30 外通路端
32 燃料流
34 燃烧区
36 初次氧
38 二次氧
40 煤泥
42 流体。
具体实施方式
在图1中示出用于气化器的喷射喷嘴尖端10的实施例。图1的实施例的喷嘴尖端10包括用于材料流的穿过喷嘴尖端10的流动的四个分开且不同的通道。首先，喷嘴尖端10包括中心本体12，在一些实施例中，中心本体12位于喷嘴尖端10的中心轴线14处。中心本体12包括位于中心本体12的远端18处的多个中心本体开口16。
多个燃料通路或喷管(lance)配置在中心本体12周围。内通路20位于中心本体12周围，并且在一些实施例中，与中心本体12同心。中间通路22在内通路20外侧位于中心本体12周围，并且在一些实施例中，与中心本体12和/或内通路20同心。如图1所示，外通路24在中间通路22外侧位于中心本体12周围，并且在一些实施例中，与中心本体12、内通路20和/或中间通路22同心。在一些实施例中，内通路端26、中间通路端28和/或外通路端30与中心本体12的远端18齐平。
如图2所示，在气化器启动时，例如诸如天然气的低硫燃料的燃料流32经由中心本体开口16通过中心本体12喷射到喷嘴尖端10下游的燃烧区34中。低硫燃料的燃料流32还通过中间通路22喷射到燃烧区34中。初次氧36的流动通过外通路24提供给燃烧区34。初次氧36在燃烧区34中与燃料流32混合并且在其中燃烧。在一些实施例中，二次氧38的流动可通过内通路20喷射到燃烧区34中以提供进一步的氧气用于与燃料流32进行燃烧。
现在参照图3，在气化器的煤泥模式操作期间，中间通路22用于将诸如煤泥40的气化器燃料的流动运送到燃烧区34中。初次氧36和二次氧38分别通过外通路24和内通路20提供。因为在正常操作期间煤泥40的流动驱动气化过程，所以穿过中心本体12的燃料流32停止，并且诸如二氧化碳(可以重复利用)、氮、蒸汽或水的不同流体42的流动流过中心本体开口16。流体42可以是净化气体、缓和剂气体或冷却液体。流体42为中心本体12提供冷却，并且还防止中心本体开口16由来自煤泥40的燃烧的颗粒堵塞。此外，流体42防止中心本体12中的回燃(burnback)—燃烧产物穿过中心本体开口16返回上游。
在从例如启动操作和煤泥模式操作的操作过渡期间，燃料流32和煤泥40可喷射到燃烧区34中，其中，燃料流32喷射穿过中心本体开口16，并且煤泥40喷射穿过中间通路22。随着从启动(全部为燃料流32)过渡到煤泥模式(全部为煤泥40)，每个流动的量可逐渐地改变以提供在两种模式之间的平滑过渡。例如，随着操作从启动移动到煤泥模式，喷射穿过中心本体开口16的燃料流32的量逐渐地减小，而喷射穿过中间通路22的煤泥40的量逐渐地增大。此外，因为喷嘴尖端10具有经由分开的中心本体12和中间通路22喷射任一种或两种燃料的能力，所以煤泥模式和等待模式之间的切换可迅速地发生，在该等待模式中，煤泥40的流动停止，并且燃料流32的喷射重新开始。
在一些实施例中，内尖端26、中间通路端28和/或外通路端30与中心本体12的远端18齐平。使端部都彼此齐平防止燃料与初次氧预混合，该预混合对气化器的性能可能是有害的。此外，齐平端部构造防止在煤泥模式操作期间的回燃。
虽然已经仅结合受限制数量的实施例详细地描述本发明，但是应当容易地理解，本发明不受限于这些公开的实施例。相反地，本发明可修改成并入迄今为止未描述但是与本发明的精神和范围相称的、任何数量的变化、改变、替换或等同配置。另外，虽然已经描述本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明不被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (14)

1.一种用于气化器的喷嘴的喷射器尖端，其包括：
中心本体，其具有构造成将燃料流喷射到燃烧器的燃烧区中在远端处的多个中心本体开口；
围绕所述中心本体布置的多个环形通路，包括：
内部通路，其布置成完全径向地位于所述中心本体外侧，构造成将初次氧气流喷射到所述燃烧区中；
中间通路，其径向地位于所述内部通路外侧，并且构造成在所述气化器的不同操作期间将燃料泥，燃料流和/或燃料流与燃料泥的混合物喷射到所述燃烧区中；和
外部通路，其完全径向地位于所述中间通路外侧，以将二次氧气流喷射到所述燃烧区中。
2.如权利要求1所述的喷射器尖端，其特征在于，所述内部通路、所述中间通路和所述外部通路中的至少一个与所述中心本体同心。
3.如权利要求1所述的喷射器尖端，其特征在于，所述多个通路中的至少一个与所述中心本体的远端大致齐平。
4.如权利要求1所述的喷射器尖端，其特征在于，所述中心本体还构造成将净化流体喷射到所述燃烧区中。
5.如权利要求4所述的喷射器尖端，其特征在于，所述净化流体是蒸汽、水、氮气或CO2的至少其中一种。
6.如权利要求5所述的喷射器尖端，其特征在于，所述净化流体是回收的CO2。
7.如权利要求1所述的喷射器尖端，其特征在于，所述燃料流包括低硫、气态燃料。
8.如权利要求7所述的喷射器尖端，其特征在于，所述燃料流包括天然气。
9.如权利要求1所述的喷射器尖端，其特征在于，所述燃料泥包括煤泥。
10.一种喷射燃料到燃烧器中的方法，其包括：
通过在喷射器尖端的中心本体的远端中的多个中心本体开口将燃料流的第一部分喷射到所述燃烧器的燃烧区中；
经由配置在所述中心本体周围的环形中间通路将所述燃料流的第二部分喷射到所述燃烧区中；
经由完全径向地配置在所述中心本体外侧和径向地在所述中间通路内侧的环形内部通路将初次氧气流喷射到所述燃烧区中；
经由完全径向地配置在所述燃料通路外侧的环形外部通路将二次氧气流喷射到所述燃烧区中；
使所述燃料流的第二部分的喷射暂停；和
经由所述燃料通路将燃料泥喷射到所述燃烧区中；
其中，喷射所述燃料流的第二部分和喷射所述燃料泥包括，在经由所述燃料通道仅将燃料泥喷射到所述燃烧区中之前经由所述中间通路同时将所述燃料流的第二部分和将所述燃料泥喷射到所述燃烧区中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
使所述燃料流的第一部分的喷射暂停；和
经由所述多个中心本体开口将流体喷射到所述燃烧区中。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，喷射所述燃料泥包括喷射煤泥。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，喷射所述燃料流包括喷射低硫气态燃料。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述中间通路与所述中心本体同心。
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