CN102918328A

CN102918328A - 用于给料喷射的系统和方法

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Publication number: CN102918328A
Application number: CN2011800279762A
Authority: CN
Inventors: B.C.施泰因豪斯
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: US20110239658A1; WO2011126675A2; CN102918328B; WO2011126675A3; US8739549B2

Abstract

包括一种用于喷射给料的系统和方法。在一个实施例中，系统包括固体燃料喷射器。固体燃料喷射器包括固体燃料通道、第一气体通道和第二气体通道。固体燃料通道构造成通过燃料出口沿燃料方向喷射固体燃料。第一气体通道构造成通过第一气体出口沿第一气体方向喷射第一气体。第二气体通道构造成通过第二气体出口沿第二气体方向喷射第二气体。第一气体方向相对于燃料方向定向成第一角度。第二气体方向相对于燃料方向定向成第二角度，并且第一角度和第二角度彼此不同。

Description

用于给料喷射的系统和方法

技术领域

本文公开的主题涉及用于喷射给料的系统和方法。更具体而言，本文公开的主题涉及喷射用于气化操作的给料。

背景技术

一些动力装置(例如整体气化联合循环(IGCC)动力装置)利用含碳燃料来产生典型地呈电功率的形式的能量。含碳燃料(例如煤)可由燃料制备单元处理，并且喷射到气化器中进行气化。气化包括使含碳燃料和氧在非常高的温度下反应，以产生合成气，即，包含一氧化碳和氢的燃料，该合成气燃烧起来比处于其原始状态的燃料更高效和清洁。合成气可馈送到IGCC动力装置的燃气涡轮的燃烧器中，并且点燃，以对燃气涡轮提供功率，燃气涡轮可驱动负载，诸如发电机。典型的气化器燃料喷射器可能无法最佳地喷射含碳燃料来提高燃料效率和燃烧特性。因此，需要一种可提高含碳燃料喷射到气化器中的效率的系统和方法。

发明内容

下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的多种形式。

在第一实施例中，一种系统包括固体燃料喷射器。该固体燃料喷射器包括固体燃料通道、第一气体通道和第二气体通道。固体燃料通道构造成通过燃料出口沿燃料方向喷射固体燃料。第一气体通道构造成通过第一气体出口沿第一气体方向喷射第一气体。第二气体通道构造成通过第二气体出口沿第二气体方向喷射第二气体。第一气体方向相对于燃料方向定向成第一角度。第二气体方向相对于燃料方向定向成第二角度，并且第一角度和第二角度彼此不同。

在第二实施例中，一种系统包括固体燃料喷射控制器和固体燃料喷射器。固体燃料喷射控制器构造成控制在燃料方向上来自固体燃料喷射器的固体燃料的固体燃料流率、在第一气体方向上来自固体燃料喷射器的第一气体的第一气体流率，以及在第二气体方向上来自固体燃料喷射器的第二气体的第二气体流率。

在第三实施例中，一种方法包括控制在燃料方向上来自固体燃料喷射器的固体燃料的固体燃料流率，控制在第一气体方向上来自固体燃料喷射器的第一气体的第一气体流率，以及控制在第二气体方向上来自固体燃料喷射器的第二气体的第二气体流率。第一气体方向相对于燃料方向定向成第一角度。第二气体方向相对于燃料方向定向成第二角度，并且第一角度和第二角度彼此不同。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：

图1描绘了包括气化器的整体气化联合循环(IGCC)动力装置的实施例的框图；

图2描绘了图1中描绘的气化器的实施例的示意图；

图3描绘了气化燃料喷射器的实施例的横截面侧视图；

图4描绘了气化燃料喷射器的实施例的如通过图3的线4所描绘的那样的简化横截面图；

图5了描绘了气化燃料喷射器的实施例的另一个简化横截面图；以及

图6描绘了用于喷射给料和气体的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。

当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该要素的意思。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。

气化动力装置(诸如在下面关于图1更加详细地描述的 IGCC动力装置)能够气化含碳燃料，以产生合成气。含碳燃料(例如煤)可由燃料制备单元处理，并且通过使用燃料喷射器将含碳燃料喷射到气化器中。通过控制给料的圆锥形喷雾的多种属性，诸如圆锥形喷雾的开度角和大小，在下面更加详细地描述的燃料喷射器实施例能够较高效地喷射燃料。例如通过使用气化控制器来改变通过包括在燃料喷射器中的多种燃料和气体通道的气体和给料的流率，可控制开度角和大小。可控制圆锥形喷雾，以实现对气化性能的改进，以及/或者增加IGCC构件的寿命。实际上，本文描述的燃料喷射器实施例能够提高气化过程的燃料效率和燃烧特性。

考虑到前述，图1描绘了可产生和燃烧合成气体(即，合成气)的IGCC动力装置100的实施例。IGCC动力装置100的元件可包括可用作IGCC动力装置100的能源的燃料源102，诸如固体进料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物量、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉气和沥青，或其它含碳物。

燃料源102的固体燃料可传送到给料制备单元104。通过对燃料源102进行剁碎、磨碎、切碎、粉碎、压块或堆垛，给料制备单元104例如可重新设置燃料源102的大小和形状，以产生给料。另外，可将水或其它适当的液体添加到给料制备单元104中的燃料源102，以产生浆料给料。在某些实施例中，未对燃料源添加液体，从而产生干的给料。给料可运送到气化器106中供气化操作中使用。

在某些实施例中，如下面参照图2更加详细地描述的那样，气化器106包括气化控制器107能够在线控制给料(即，燃料)和气体的喷射，以供气化操作中使用。气化控制器107可控制一个或多个燃料喷射器，以便产生由气化器106使用给料的圆锥形喷雾或喷雾圆锥。给料的圆锥形喷雾或喷雾圆锥的特性(诸如圆锥形喷雾或喷雾圆锥的喷雾大小和开度角)在气化器106的运行期间可有所改变，例如，以较高效地燃烧多种不同的燃料和燃料混合物。气化器106可将给料喷雾转化成合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。可通过使给料在升高的压力(例如，大约400磅每平方英寸表压(PSIG)-1500 PSIG)和升高的温度(例如，大约2200℉-2700℉)下经受受控制的量的任何缓和剂和有限的氧来完成这个转化，压力和温度取决于所使用的给料的类型。给料在热解过程期间的加热可产生固体(例如炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢和氮)。

然后可在气化器106中发生燃烧过程。燃烧可包括将氧引入炭和残余气体。炭和残余气体可与氧反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这对随后的气化反应提供热。在燃烧过程期间的温度可在大约2200 ℉至大约2700 ℉的范围中。另外，蒸汽可引入到气化器106中。气化器106利用蒸汽和有限的氧，以允许一些给料燃烧而产生一氧化碳和能量，这可推动第二反应，第二反应将另外的给料转化成氢和额外的二氧化碳。

照这样，产生的气体由气化器106制造出来。这个产生的气体可包含大约85%的成等比例的一氧化碳和氢，以及CH₄、HCl、HF、COS、NH₃、HCN和H₂S(基于给料的硫含量)。这个产生的气体可称为未经处理的合成气，因为它包括例如H₂S。气化器106还可产生废料，例如渣料108，废料可为湿灰材料。可从气化器106中移除这个渣料108，并且例如作为路基或作为另一种建筑材料进行处理。为了处理未经处理的合成气，可利用气体净化单元110。在一个实施例中，气体处理单元110可为水煤气转换反应器。气体净化单元110可洗涤未经处理的合成气，以从未经处理的合成气中移除HCl、HF、COS、HCN和H₂S，这可包括在硫处理器112中通过例如在硫处理器112中的酸性气体移除过程而分离出硫111。另外，气体处理单元110可通过水处理单元114从未经处理的合成气中分离出盐113，水处理单元114可利用水纯化技术来从未经处理的合成气中产生可使用的盐113。随后，来自气体净化单元110的气体可包含具有痕量的其它化学物质(例如NH₃(氨)和CH₄(甲烷))的经处理的合成气(例如已经从合成气中移除硫111)。

可利用气体处理器115来从经处理的合成气中移除额外的残余气体成分116，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余的化学物质。但是，从经处理的合成气中移除残余气体成分是可选的，因为即使在包含残余气体成分(例如尾气)时也可将经处理的合成气用作燃料。在这时，经处理的合成气可包含大约3%的CO、大约55%的H₂，以及大约40%的CO₂，并且基本脱去了H₂S。

继续合成气处理，一旦从合成气中捕捉CO₂，经处理的合成气然后可传输到燃气涡轮发动机142的燃烧器140(例如燃烧室)作为可燃燃料。IGCC系统100可进一步包括空气分离单元(ASU)144。ASU 144可用来通过例如蒸馏技术来将空气分离成成分气体。ASU 144可从补充空气压缩机146对其供应的空气中分离出氧，并且ASU 144可将分离出的氧传送到气化器106。另外，ASU 144可将分离出的氮传输到稀释氮(DGAN)压缩机148。

DGAN压缩机148可将接收自ASU 144的氮压缩到至少等于燃烧器140中的压力水平的压力水平，以便不干扰合成气的恰当燃烧。因而，一旦DGAN压缩机148已经将氮充分地压缩到恰当的水平，则DGAN压缩机148可将压缩氮传输到燃气涡轮发动机142的燃烧器140。氮可用作稀释剂，以例如有利于控制排放。

如之前所描述的那样，压缩氮可从DGAN压缩机148传输到燃气涡轮发动机142的燃烧器140。燃气涡轮发动机142可包括涡轮150、传动轴152和压缩机154，以及燃烧器140。燃烧器140可接收燃料，例如合成气，可在压力下从燃料喷嘴中喷射出燃料。此燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机148的压缩氮混合，并且在燃烧器140内燃烧。这个燃烧可产生热的加压排气。

燃烧器140可将排气引导向涡轮150的排气出口。在来自燃烧器140的排气传送通过涡轮150时，排气迫使涡轮150中的涡轮叶片沿着燃气涡轮发动机142的轴线旋转传动轴152。如所示出的那样，传动轴152连接到燃气涡轮发动机142的多种构件上，包括压缩机154。

传动轴152可将涡轮150连接到压缩机154上而形成转子。压缩机154可包括联接到传动轴152上的叶片。因而，在涡轮150中的涡轮叶片的旋转可致使将涡轮150连接到压缩机154上的传动轴152旋转压缩机154内的叶片。在压缩机154中的叶片的这个旋转使压缩机154压缩通过压缩机154中的进气口而接收到的空气。然后压缩空气可被馈送到燃烧器140，并且与燃料和压缩氮混合，以允许有较高效率的燃烧。传动轴152还可连接到例如动力装置中的负载156(其可为固定负载)上，诸如用于产生电功率的发电机。实际上，负载156可为由燃气涡轮发动机142的旋转输出提供动力的任何适当的装置。

IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机158和热回收蒸汽发生(HRSG)系统160。蒸汽涡轮发动机158可驱动第二负载162。第二负载162也可为用于产生电功率的发电机。但是，第一负载156和第二负载162两者均可为能够被燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158可如示出的实施例中显示的那样驱动单独的负载156和162，但也可一前一后地利用燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158，以通过单个轴来驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机158以及燃气涡轮发动机142的具体构造可为实现专有的，并且可包括任何区段组合。

IGCC动力装置100还可包括HRSG 160。来自燃气涡轮发动机142的经加热的排气可被输送到HRSG 160中，并且可用来加热水，以及产生用于对蒸汽涡轮发动机158提供动力的蒸汽。来自例如蒸汽涡轮发动机158的低压区段的排气可被引导到冷凝器164中。冷凝器164可利用冷却塔168来将经加热的水交换成冷却水。冷却塔168用来对冷凝器164提供冷却水，以协助使从蒸汽涡轮发动机158传输到冷凝器164的蒸汽冷凝。来自冷凝器164的冷凝物进而可被引导到HRSG 160中。再次，来自燃气涡轮发动机142的排气也可被引导到HRSG 160中，以加热来自冷凝器164的水，以及产生蒸汽。

在诸如IGCC系统100的联合循环动力装置中，热的排气可从燃气涡轮发动机142流出且传送到HRSG 160，在HRSG 160中，可使用热的排气来产生高压、高温的蒸汽。由HRSG 160产生的蒸汽然后可传送通过蒸汽涡轮发动机158，以产生动力。另外，也可将产生的蒸汽供应给其中可使用蒸汽的任何其它过程，例如供应给气化器106。燃气涡轮发动机142发生循环常常被称为“至顶循环”，而蒸汽涡轮发动机158发生循环则常常被称为“及底循环”。通过如图1中示出的那样联合这两个循环，IGCC动力装置100可在两个循环中产生较高的效率。具体而言，来自至顶循环的排气热可被捕捉，并且可用来产生用于在及底循环中使用的蒸汽。

图2描绘了联接到气化控制器107的实施例上的气化器106的实施例的示意图。更具体而言，气化控制器107通信联接到用于在燃料喷射中使用的一组阀170、172和进料泵174上。阀170、172可用来调节(例如增加或减少)流到气化器106的气化燃料喷射器178中的气体176，诸如氧。另外，进料泵174可用来调节从燃料源102到燃料喷射器178中的给料流。虽然气化器106的描绘的实施例包括单个气化燃料喷射器178，但气化器106的其它实施例可包括多个气化燃料喷射器178。

如上面关于图1所提到的那样，气化器106用来将给料转化成合成气。在某些实施例中，给料可为夹带在运载气体(例如氮或CO₂)中的固体给料。例如，固体给料可包括煤粒、生物量微粒和夹带在运载气体中的其它给料微粒，因此，可使被气体夹带的给料像流体一样流动。在其它实施例中，给料可为浆料给料。控制器107可调节进料泵174，以便使来自燃料源102的给料转向到气化燃料喷射器178中。另外，控制器107可调节阀170和172，以便使气体(诸如氧)转向到气化燃料喷射器178中。气化燃料喷射器178后续可通过结合给料流与氧流来在气化器106的燃烧室180中产生给料的喷雾，如下面关于图3更加详细地描述的那样。如所示出的那样，喷雾能够使给料雾化成给料颗粒的喷雾圆锥182。给料的雾化帮助在气化器106的燃烧室中混合和扩散燃料和气体，从而帮助改进气化。给料颗粒的喷雾圆锥182包括开度角θ 183。开度角θ 183是通过三维圆锥的顶点(即，圆锥的顶部)和基部(即，底部)的中心的横截面所作出的二维顶点角度。

控制器107可改变喷雾圆锥182的开度角θ183和大小(例如高度、宽度)，以便最佳地控制气化器106的燃烧特性和燃料效率。控制器还可最佳地控制燃料的分散和/或扩散。因此，控制器可通信联接到多个传感器184上，传感器184能够感测来自气化器106的内部和外部的多种位置的气化度量，诸如温度、压力、湿度、缓和剂流率、火焰特性、喷雾圆锥特性等。另外，控制器107可接收来自IGCC装置100构件(诸如空气分离构件、合成气处理构件、硫处理构件等)的其它反馈186。因此，控制器107能够处理传感器184信息和其它反馈186，以便高效地控制开度角θ183和/或喷雾圆锥182大小，如下面关于图3更加详细地描述的那样。

图3是气化燃料喷射器178的实施例的横截面侧视图。在描绘的实施例中，气化燃料喷射器178是齐平安装式气化燃料喷射器178。也就是说，气化燃料喷射器178的底部部分188安装成与一平面(诸如平面190)齐平，以便不横穿平面190。在描绘的实施例中，平面190表示气化器106的燃烧室180的下表面。因此，气化燃料喷射器178不横穿平面190而进入燃烧室180中。在其它实施例中，气化燃料喷射器178可不以齐平的方式安装，而是可横穿平面190而进入气化器106的燃烧室180中。

气化燃料喷射器178能够将从燃料源102中转向出的燃料192和氧化气体(诸如氧)喷射到将气化器106的燃烧室180中。因此，气化燃料喷射器178包括燃料通道194和两个环形气体通道196、198。燃料通道194可用来通过燃料出口195将燃料流192(诸如被气体夹带的给料)向外喷射到气化器106中。第一环形气体通道196可用来通过第一气体出口197将第一氧流200向外引导到气化器106中。第二环形气体通道198可用来通过第二气体出口199将第二氧流202向外引导到气化器106中。出口195、197和199可如示出的那样设置在共同平面190上。通过控制通过两个通道194和198的流量比率，气化燃料喷射器178能够最佳地限定给料颗粒的喷雾圆锥182。实际上，气化燃料喷射器178能够如下面描述的那样限定任何数量的喷雾圆锥182大小和开度角θ 183。

如以下那样，可通过结合流过燃料通道194的给料192的喷射与流过两个环形气体通道196、198的第一气体流200和/或第二气体流202来产生给料颗粒的喷雾圆锥182。可引导给料颗粒沿轴向方向204流到气化器106的燃烧室180中。然后给料颗粒可遇到第一气体流200和/或第二气体流202。第一气体流200可相对于方向轴线204以角度α 206进入燃烧室180。第二气体流202可相对于方向轴线204以角度β 208进入燃烧室180。因此，第一气体流200可相对于轴线212由流向量210表示，而第二气体流202可相对于轴线216由流向量214表示。在某些实施例中，诸如描绘的实施例，轴线204、212和216平行于彼此。因此，流向量210的角度α206是比流向量214的角度β 208更小的角度。在某些实施例中，角度α206可介于大约0o和70o之间，并且角度β 208可介于0o和5o、0o 和15o、0o 和30o、0o 和45o或0o 和75o之间。在某些实施例中，角度β 208可比角度α 206大大约5o至75o。

由流向量210表示的第一气体流200能够冲击燃料流192，从而在燃料流192中引起剪切应力。剪切应力能够将燃料流192雾化成细小颗粒物质，从而产生颗粒物质的喷雾圆锥182。增大第一气体流200的流率和/或压力将引起额外的剪切应力，并且从而增大燃料流192的雾化量，以及喷雾圆锥182的高度、宽度和开度角θ 183。因而，扩大的喷雾圆锥182可使燃料192的微粒变得较均匀且较广泛地分布在燃烧室180的内部。较宽的喷雾圆锥180分布对于分离燃料192的微粒以及使燃料192的较多微粒暴露于气化反应可为有用。因此，可产生较好的燃料分布以及增加的反应和较高的气化产量。但是，产生过宽的喷雾圆锥182可导致气化效率低，因为例如气化器106的内部的温度和/或压力高。因此，由流向量210表示的第二气体流202可用来减小以及/或者改进喷雾圆锥182。

第二气体流202能够以比第一气体流200的角度α 206更大的角度β 208冲击燃料流192。另外，第二气体流202可在第二出口199处离开燃料喷射器178，第二出口199比第一气体流200的第一出口197具有更大的直径。在描绘的实施例中，将第二出口199布置成同心地包围第一出口197。因此，通过形成周向气体包络且使其包围喷雾圆锥182，第二气体流202能够减小喷雾圆锥182的开度角θ 183。第二气体流202可包住燃料流192，以及沿周向将燃料流192压缩成较小的喷雾圆锥182。可通过增大或减小第二气体流202的流率和/或压力来调节气体包络的大小。增大第二气体流202的流率和/或压力可引起较高的压缩，较高的压缩进而产生喷雾圆锥182的较小的开度角θ 183。减小第二气体流202的流率和/或压力可引起较低的压缩，较低的压缩进而产生喷雾圆锥182的较大的开度角θ 183。因此，可调节第一气体通道196的流率和第二气体通道198的流率之间的最佳流量比率，以便优化气化操作。

高流量比率(即，通过第一气体通道196的较高流率和通过第二气体通道198的较低流率)可产生较宽的开度角θ 183。低流量比率(即，通过第一气体通道196的较低流率和通过第二气体通道198的较高流率)可产生较小的开度角θ 183。减小喷雾圆锥182的开度角θ 183可允许增加气化器106构件(诸如耐燃衬垫、燃料喷射器178、缓和剂喷射器等)的寿命，因为前述构件所经历的温度和压力对应地降低。实际上，气化控制器107能够密切地监测气化数据，以及控制喷雾圆锥182的开度角θ 183和大小，以便最大程度地提高气化效率，以及最大程度地降低构件磨损，如下面描述的那样。

气化控制器107可接收多个度量，例如温度、压力、湿度、缓和剂流率、火焰特性、合成气成分等。气化控制器107然后可使用度量来优化喷雾圆锥182，以及使用在气化操作中使用的燃料192的量。例如，如果产生了太少合成气，则控制器107可添加燃料192，以及/或者通过调节通过两个气体通道196、198的氧流的流量比率来产生较宽的喷雾圆锥182。如果在气化器106中检测到升高的温度和/或压力，则控制器107可减少燃料192的量，以及/或者产生较窄的喷雾圆锥182。实际上，控制器107能够通过控制燃料流率，以及通过产生任何数量的给料喷雾圆锥182，来高效地优化气化操作。

图4是通过图3的燃料喷射器178的实施例的线4的简化横截面图。也就是说，图4描绘了通过图3的线4所限定的平面的横截面切片，其示出了通道194、196和198的同心和/或同轴布置的实施例。在描绘的实施例中，通道194、196和198可围绕共同轴线(诸如轴线204(在图3中显示))同心和/或同轴地布置，共同轴线以平行于z平面的方式延伸。在其它实施例中，通道194、196和198可不共用共同轴线，而是可布置成相对于彼此偏离中心。燃料通道194是置于燃料喷射器178的中心的圆形燃料通道，如所描绘的那样。第一气体通道196是布置成沿周向包围燃料通道194的环形或喇叭口形(即，具有空心的中心的圆形)气体通道196。因此，第一气体通道196协助雾化燃料192。圆形壁218分开通道194和196。第二气体通道198也是环形或喇叭口形气体通道198，并且布置成沿周向包围第一气体通道196。因此，第二气体通道198协助产生能够包住雾化燃料192的气体流。圆形壁220分开通道196和198。外部圆形壁222使第二气体通道198与燃料喷射器178的其余部分分开。在某些实施例中，对应于通道194、196和198的离开出口195、197和199(在图3中显示)也可包括类似的同心和/或同轴布置，使得燃料出口197置于大致中心，其中，气体出口197、199同心和/或同轴地包围燃料出口197。

图5是燃料喷射器178的另一个实施例的简化横截面正视图，其中，显示了与图4的那个在同一平面中的横截面。在描绘的实施例中，燃料喷射器178包括多个离散的出口端口，出口端口可用作用于第一气体流和第二气体流的运输管道和/或出口。因此，通过多个离散的出口端口224，第一气体流200可转向到气化器108中。离散的出口端口224可等距布置，以便沿周向包围燃料通道195。在描绘的实施例中，各个离散的出口端口224与各个其它离散的出口端口224具有相同的直径。在其它实施例中，各个离散的出口端口224可与其它离散的出口端口224具有不同的直径。圆形壁226使燃料通道195与离散的出口端口224分开。通过多个离散的出口端口228，第二气体流202可转向到气化器108中。离散的出口端口228也可等距布置，以便沿周向包围离散的出口端口224。在描绘的实施例中，各个离散的出口端口228与各个其它离散的出口端口228具有相同的直径。在其它实施例中，各个离散的出口端口228可与其它离散的出口端口228具有不同的直径。圆形壁230使离散的出口端口224与离散的出口端口228分开，并且外部圆形壁232使离散的出口端口228与燃料喷射器178的其余部分分开。要理解的是，虽然描绘的实施例示出了六个离散的出口端口224和十二个离散的出口端口228、但其它实施例可具有更多或更少的离散的出口端口224、228。

图6是控制逻辑234的实施例的流程图，在气化操作期间，例如，气化控制器107可使用控制逻辑234来调节喷雾圆锥182的大小和开度角θ 183。因此，逻辑234的各个框可包括可由控制器107执行的机器可读代码或计算机指令。逻辑234首先可收集气化度量和其它反馈(框236)。如上面提到的那样，控制器107可接收来自气化器106活动以及来自其它IGGC装置100活动的多个传感器184度量和其它反馈186。然后控制器107可使用收集到的数据来确定增大喷雾圆锥182的现有开度角θ 183是否将是有益的(决策238)。例如，如果气化器106正以比期望更低的温度或比期望更低的气化压力运行，则增大开度角θ 183可为有益的。因此，可通过增大第一气体流200的流率，减小第二气体流202的流率，以及/或者增大给料的流率，来扩大喷雾圆锥182的开度角θ 183 (框240)。

如果控制器107确定增大喷雾圆锥182的现有开度角θ 183将是无益的，则控制器可确定减小喷雾圆锥182的现有开度角θ 183是否有益(决定242)。例如，如果气化器106正以比期望更高的温度或者比期望更高的气化压力运行，则减小喷雾圆锥182的现有开度角θ 183可为有益的。因此，可通过减小第一气体流200的流率，增大第二气体流202的流率，以及/或者减小给料的流率，来减小喷雾圆锥182的开度角θ 183 (框244)。

在某些运行程式中，增大喷雾圆锥182的大小的同时将开度角θ 183保持在大致相同的角度处可为有益的。例如，较长的喷雾圆锥182可使气化产量增加的同时，将紧邻喷雾圆锥182的耐热衬垫所经历的温度保持停留在大约相同的温度处。类似地，具有低发热值(即，燃料中的内能的度量)的不同的燃料可受益于较长的喷雾圆锥182，以便较高效地燃烧燃料。因此，控制器107可确定在增大喷雾圆锥182的大小的同时将开度角θ 183保持在大约相同的角度处是否将是有益的(决定246)。如果控制器107确定扩大的喷雾圆锥将是有益的；则控制器107可增大给料的流率，增大第一气体流的流率，以及/或者增大第二气体流的流率(框248)。产生的较长的喷雾圆锥182可与之前的较短的喷雾圆锥182处于大约相同的开度角θ 183。

在其它运行程式中，在减小喷雾圆锥182的大小的同时将开度角θ 183保持在大约相同的角度处可为有益的。例如，不同的燃料类型可包含较高的发热值，并且从而可受益于较短的喷雾圆锥182，以便优化燃料的燃烧特性。因此，控制器107可确定在减小喷雾圆锥182的大小的同时将开度角θ 183保持在大约相同的角度处是否将是有益的(决定250)。如果控制器107确定减小的喷雾圆锥将是有益的；则控制器107可减小给料的流率，减小第一气体流200的流率，以及/或者减小第二气体流202的流率(框252)。产生的减小的喷雾圆锥182可与之前的较大的喷雾圆锥182处于大约相同的开度角θ 183处。控制器107可反复地确定最佳开度角θ 183和喷雾圆锥182大小。因此，描绘的实施例示出了随着控制器107持续地反复进行逻辑234而返回到收集传感器度量和其它反馈(框236)。实际上，通过反复地控制给料和两种气体的流率，控制器107能够产生处于任何数量的角度θ 183的任何数量的喷雾圆锥182。这样的能力允许针对多种各样的燃料类型、气化器类型和气化操作来高效地优化气化过程。实际上，在装置100运行的所有阶段中，从气化器106的装置启动状况到稳态状况再到装置关闭状况，控制器107可不断地改变固体燃料流率、第一气体流率和第二气体流率。

本发明的技术效果包括具有多个燃料和气体通道的燃料喷射器，以及能够改变燃料和气体的流率来控制给料的喷雾圆锥的大小和开度角的气化控制器。喷雾圆锥大小和开度角可有所变化，以便在任何数量的气化操作中最佳地气化任何数量的燃料类型。气化控制器能够在线控制给料的喷雾圆锥的大小和开度角。因而燃料喷射器和气化控制器能够提高气化燃料喷射操作在广范的状况中的柔性。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何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，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种系统，包括：

固体燃料喷射器，其包括：

　　构造成通过燃料出口沿燃料方向喷射固体燃料的固体燃料通道；

　　构造成通过第一气体出口沿第一气体方向喷射第一气体的第一气体通道，其中，所述第一气体方向相对于所述燃料方向定向成第一角度；以及

　　构造成通过第二气体出口沿第二气体方向喷射第二气体的第二气体通道，其中，所述第二气体方向相对于所述燃料方向定向成第二角度，并且所述第一角度和所述第二角度彼此不同。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成调节所述第一气体的第一气体流率和所述第二气体的第二气体流率的控制器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成调节所述第一气体流率和所述第二气体流率之间的比率，以调节所述固体燃料的喷雾角度。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成相对于所述第一气体流率、所述第二气体流率或它们的组合来调节所述固体燃料的燃料流率。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成响应于来自燃烧室的反馈来调节所述燃料流率、所述第一气体流率或所述第二气体流率。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反馈包括来自气化器的燃烧室的气化器反馈。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接到所述固体燃料喷射器上的气化器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一气体通道设置在所述固体燃料通道周围，并且所述第二气体通道设置在所述第一气体通道周围。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一气体通道是第一环形通道，并且所述第二气体通道是第二环形通道。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料出口、所述第一气体出口和所述第二气体出口设置在共同平面上。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体燃料通道是煤通道，所述第一气体通道是第一氧通道，并且所述第二气体通道是第二氧通道。

12.一种系统，包括：

固体燃料喷射控制器，其构造成控制在燃料方向上来自固体燃料喷射器的固体燃料的固体燃料流率、在第一气体方向上来自所述固体燃料喷射器的第一气体的第一气体流率，以及在第二气体方向上来自所述固体燃料喷射器的第二气体的第二气体流率。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述固体燃料喷射控制器构造成调节所述第一气体流率和所述第二气体流率之间的比率，以调节从所述固体燃料喷射器离开的所述固体燃料的喷雾角度。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述固体燃料喷射控制器构造成相对于所述第一气体流率或所述第二气体流率来调节所述固体燃料流率，以控制所述固体燃料的分散。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述固体燃料喷射控制器构造成响应于至少来自整体气化联合循环(IGCC)系统的构件的反馈来调节所述固体燃料流率、所述第一气体流率或所述第二气体流率。

16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述固体燃料流率是煤流率，所述第一气体流率是第一氧流率，并且所述第二气体流率是第二氧流率，其中，所述第一气体方向相对于所述燃料方向定向成第一角度，所述第二气体方向相对于所述燃料方向定向成第二角度，并且所述第二角度比所述第一角度大至少大约5°。

17.一种方法，包括：

　　控制在燃料方向上来自固体燃料喷射器的固体燃料的固体燃料流率；

　　控制在第一气体方向上来自所述固体燃料喷射器的第一气体的第一气体流率，其中，所述第一气体方向相对于所述燃料方向定向成第一角度；以及

　　控制在第二气体方向上来自所述固体燃料喷射器的第二气体的第二气体流率，其中，所述第二气体方向相对于所述燃料方向定向成第二角度，并且所述第一角度和所述第二角度彼此不同。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括气化来自所述固体燃料喷射器的所述固体燃料的喷雾。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括调节所述固体燃料流率和所述第一气体流率之间的第一比率以控制所述固体燃料的分散，以及调节所述第一气体流率和所述第二气体流率之间的第二比率，以调节从所述固体燃料喷射器离开的所述固体燃料的喷雾角度。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括从气化器的启动状况到稳态状况再到关闭状况，改变所述固体燃料流率、所述第一气体流率和所述第二气体流率。