CN110055101A - 气化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开公开一种系统，所述系统包括气化器。所述气化器包括炉室、第一喷嘴和第二喷嘴。所述第一喷嘴配置用于输出第一燃料和第一氧化剂，以产生在所述炉腔的燃烧还原区域中燃烧的混合物。所述第二喷嘴配置用于将还原助剂输出到所述燃烧还原区域中，以还原所述炉腔的所述燃烧还原区域中的燃烧产物。

Description

气化系统和方法
技术领域
本公开涉及气化器，更具体地，涉及用于提高气化器效率和可操作性的系统和方法。
背景技术
气化器将含碳材料转换成一氧化碳和氢气的热混合物，称为合成气体或合成气。合成气将通过管道输送到一个或多个下游应用，例如发电系统或化工生产系统。遗憾的是，合成气的成分可能对下游应用不适用或者不理想。
发明内容
在范围上与最初提出权利要求的发明匹配的特定实施例总结如下。这些实施例并不用于限定本公开的范围，相反，这些实施例仅用于提供本公开可能形式的简述。实际上，本公开可以包括各种形式，这些形式可能与下文提出的实施例类似或不同。
在第一实施例中，本公开提供一种系统，所述系统包括气化器。所述气化器包括炉室、第一喷嘴和第二喷嘴。所述第一喷嘴配置用于输出第一燃料和第一氧化剂，以产生在炉腔的燃烧还原区域中燃烧的混合物。所述第二喷嘴配置用于将还原助剂输出到所述燃烧还原区域中，以还原炉腔的燃烧还原区域中的燃烧产物。
在第二实施例中，本公开提供一种系统，所述系统包括气化控制器。所述气化控制器配置用于控制进入气化器炉腔的燃烧还原区域中的第一输出和第二输出。所述第一输出物包括来自第一喷嘴的第一燃料和第一氧化剂，所述第一喷嘴配置用于产生在燃烧还原区域中燃烧的混合物。所述第二输出物包括来自第二喷嘴的还原助剂，所述第二喷嘴配置用于还原所述燃烧还原区域中的燃烧产物。
在第三实施例中，本公开提供一种方法，所述方法包括控制进入气化器炉腔的燃烧还原区域中的第一输出物和第二输出物。所述第一输出物包括来自第一喷嘴的第一燃料和第一氧化剂，以产生在燃烧还原区域中燃烧的混合物。所述第二输出物包括来自第二喷嘴的还原助剂，以还原所述燃烧还原区域中的燃烧产物。
在第四实施例中，本公开提供一种系统，所述系统包括气化器，所述气化器具有炉腔。所述气化器具有喷嘴，所述喷嘴配置用于将物质输出到气化器中，其中所述喷嘴具有进入气化器炉腔中的可调整深度，所述可调整深度包括相对于气化器内壁的突起位置、齐平位置以及凹进位置。
本公开技术方案1提供一种系统，包括：气化器，所述气化器具有包括燃烧还原区域的炉腔；沿着所述气化器的中央轴线设置的第一喷嘴，所述第一喷嘴配置用于输出第一燃料和第一氧化剂以产生在所述炉腔的所述燃烧还原区域中燃烧的混合物，并且其中所述混合物配置为氧化以在所述燃烧还原区域中产生火焰；以及第二喷嘴，其设置为偏离所述气化器的所述中央轴线，其中所述第二喷嘴配置用于将还原助剂输出到所述燃烧还原区域中，其中所述还原助剂配置为减少在所述燃烧还原区域中的燃烧产物；以及控制器，其配置为控制通过所述第二喷嘴进入到所述气化器的所述还原助剂的流动，通过响应于感测到的一个或多个参数化学地减少从所述第一燃料生成的燃烧产物来提高甲烷的产生；其中，所述燃烧产物包括合成气，所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示所述火焰的温度，所述控制器配置为控制所述第一燃料和所述还原助剂的比率，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
技术方案2：根据技术方案1所述的系统，其中所述燃烧还原区域配置用于将所述混合物燃烧成所述燃烧产物，并且大体上同时还原所述燃烧产物。
技术方案3：根据技术方案1所述的系统，其中所述第二喷嘴配置为直接朝向所述火焰输出所述还原助剂。
技术方案4：根据技术方案1所述的系统，其中所述第二喷嘴配置用于以旋流的形式周向围绕所述火焰区域输出所述助剂。
技术方案5：根据技术方案1所述的系统，其中所述还原助剂包括第二燃料、蒸汽或者其组合。
技术方案6：根据技术方案1所述的系统，其中所述第一喷嘴和第二喷嘴设置在所述气化器的上圆顶部分中。
技术方案7：根据技术方案1所述的系统，其中所述第一喷嘴设置在所述气化器的上圆顶部分中，并且所述第二喷嘴设置在所述气化器的中间部分中。
技术方案8：根据技术方案1所述的系统，其中所述第一喷嘴配置用于沿第一方向输出所述第一燃料和所述第一氧化剂，以在火焰区域内产生所述火焰，并且所述第二喷嘴配置用于沿第二方向将所述还原助剂输出到所述火焰区域中，以便对所述火焰区域进行淬火。
技术方案9：根据技术方案8所述的系统，其中所述第一方向和第二方向向彼此会聚。
技术方案10：根据技术方案9所述的系统，其中所述第一方向和第二方向以约90度的角度向彼此会聚。
技术11：方案根据技术方案9所述的系统，其中所述第一方向和第二方向以锐角向彼此会聚。
技术方案12：根据技术方案1所述的系统，其中所述第二燃料喷嘴选择性地在相对于所述气化器的内壁的突起位置、齐平位置与凹进位置之间移动。
本公开技术方案13提供一种方法，包括：通过控制器来控制通过喷嘴进入到气化器的还原助剂的流动，以响应于感测到的一个或多个参数来化学地减少从燃料生成的燃烧产物从而提高甲烷的产生；其中所述燃烧产物包括合成气，其中所述燃烧产物在所述气化器的燃烧还原区域里生成，其中所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示火焰的温度；以及通过所述控制器来控制所述燃料和所述还原助剂的比率，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
技术方案14：根据技术方案13所述的方法，包括通过所述控制器来控制所述燃料和氧化剂进入到所述气化器内的流动以形成在所述气化器的所述燃烧还原区域中燃烧的混合物，从而形成所述火焰。
技术方案15：根据技术方案14所述的方法，包括将所述混合物燃烧成所述燃烧产物，并同时减少所述燃料产物。
本公开技术方案16提供一种系统，包括：气化控制器，所述气化控制器配置用于控制通过喷嘴进入到气化器的还原助剂的流动，通过响应于感测到的一个或多个参数化学地减少从燃料生成的燃烧产物来提高甲烷的产生；其中所述燃烧产物包括合成气，其中所述燃烧产物在所述气化器的燃烧还原区域里生成，所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示由所述燃料在所述气化器的所述燃烧还原区域里生成的火焰的温度，其中所述控制器配置为控制所述燃料和所述还原助剂的比率、并控制所述火焰的温度，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
技术方案17：根据技术方案16所述的系统，其中所述气化器具有喷嘴。
附图说明
在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：
图1是包括气化器的气化系统的一项实施例的示意图；
图2是图1所示气化器的一项实施例的图解，其中示出了主喷嘴和辅助喷嘴，所述喷嘴配置用于将一个或多个进料输出到气化器的燃烧还原区域中；
图3是图2所示气化器的一项实施例的图解，其中示出了位于气化器的上圆顶部分中的主喷嘴，以及位于气化器的中间部分中的多个辅助喷嘴；
图4是图2所示气化器的一项实施例的图解，其中示出了位于气化器的上圆顶部分中的主喷嘴和辅助喷嘴；
图5是图1所示气化器的一项实施例的局部截面图，其中示出了周向位于气化器周围且具有不同轴向位置的多个辅助喷嘴；
图6是图1所示气化器的一项实施例的局部截面图，其中示出了多个辅助喷嘴，这些辅助喷嘴的定位使得进入气化器燃烧还原区域中的输出物中有漩涡；
图7是图2所示气化器的一项实施例的局部截面图，其中示出了从气化器内壁突起到燃烧还原区域中的喷嘴；
图8是图2所示气化器的一项实施例的局部截面图，其中示出了与气化器内壁齐平的喷嘴；
图9是图2所示气化器的一项实施例的局部截面图，其中示出了从气化器内壁向背离燃烧还原区域方向凹进的喷嘴；
图10是控制系统的一项实施例的示意图，所述控制系统用于调整气化器的可调整喷嘴的位置；以及
图11是图10所示可调整喷嘴的一项实施例的图解。
具体实施方式
下文将介绍本公开的一项或多项具体实施例。为了简要描述这些实施例，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何对受益于本揭示案的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
在介绍本公开各实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个该元件。术语“包含”、“包括”以及“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。
本公开涉及用于调整气化器产物方案(例如，甲烷产品或合成气合成物)的系统和方法。具体来说，所述气化器包括主喷嘴，用于将含碳原料和氧化剂输出到气化器中，以便燃烧产生火焰。该火焰通常在气化器内形成火焰区域。本说明书中所用的术语“燃料”和燃烧是指反应物的完全和/或部分燃烧(即，反应物的氧化)。例如，燃料和氧气可以燃烧(例如，部分燃烧通过伴随后续氧化的高温分解进行)，产生一氧化碳和氢气。具体来说，合成气的一部分与氧化剂反应，以产生火焰和高温区域。含碳原料的一部分从火焰中吸热并且与氧化剂反应。例如，氧化反应可以包括以下反应1到3：
CO+0.5O2→CO2 (反应1)
H2+0.5O2→H2O (反应2)
C+0.5O2→CO (反应3)
含碳原料内的脱水木炭将同火焰区域内的蒸汽反应，以通过还原反应产生合成气。例如，还原反应可以包括以下反应4到6：
C+H2O→CO+H2 (反应4)
CnHm+n H2O→n CO+(n+m/2)H2 (反应5)
C+CO2→2CO (反应6)
因此，氧化和还原可以在燃烧还原区域内同时发生。换言之，原料的一部分将氧化以产生火焰，而另一部分将还原为合成气。
气化器的辅助喷嘴将类似或不同的含碳原料输出到火焰区域中，从而对火焰区域进行淬火。应认识到，对火焰区域进行淬火将产生有利于甲烷生成的强还原环境。本说明书中所用的术语“还原”应指在气化器内发生的还原反应。例如，可以使用还原助剂将合成气还原成甲烷。可对主喷嘴和辅助喷嘴输出的原料量进行控制，以便调整火焰区域内的甲烷生产。通常，火焰区域形成气化器的燃烧还原区域，其中同时发生燃烧反应(例如，合成气生产)和还原反应(例如，甲烷生产)。同步的反应能够提高气化器的效率。具体来说，所公开的实施例基本上同时促进公共区域或空间中的燃烧和还原反应，即，一步燃烧还原过程，而不是允许燃烧反应作为第一阶段在第一时间和位置进行，然后还原反应作为第二阶段在第二时间和地点进行。因此，燃烧还原过程合并为单一阶段可能显著提高气化器的效率、性能和总输出量(例如，甲烷生产)。
现在转向附图，图1示出了具有气化器12的气化系统10的一项实施例，所述气化器配置用于产生用于一个或多个下游应用的合成气和甲烷。例如，下游应用可以是发电系统14、化工生产系统16或另一应用18。在特定实施例中，发电系统14可以燃烧合成气并使用涡轮机从燃烧产物中提取做功，或者化工生产系统16可以使合成气反应以形成额外的甲烷(例如，甲烷转化器)。
如图所示，气化器12从进料系统20接收反应物。进料系统20包括氧化剂22(例如，氧气和/或空气)、原料24(例如，煤、泥浆、油、气体)，以及可选的减速剂26(例如，蒸汽)。氧化剂22、原料24和减速剂26以合适的比例进入气化器12中，以便进行合成气生产和/或甲烷生产。如图2所示，进料系统20可以将氧化剂22、原料24和减速剂26供应到气化器12内的多个位置。如下所述，进料系统20的实施例可以包括用于注入氧化剂22、原料24和减速剂26的注射器，同时还具有用于注入原料24和/或减速剂26的辅助注射器，以便促进单个阶段中的燃烧还原反应。
图2示出了气化器12的实施例，所述气化器具有多个喷嘴(例如，主喷嘴28和辅助喷嘴30)，以便将反应物输出到气化器12的炉腔31中。炉腔31通常由气化器12的耐火衬里33界定。尽管图示的实施例中包括单个主喷嘴28和六个辅助喷嘴30，但是喷嘴的数量可以变化。例如，气化器可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个主喷嘴28以及1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个辅助喷嘴30。
主喷嘴28连接到进料系统32(例如，20)。进料系统32可以与图1所示的进料系统20类似或不同。例如，主喷嘴28的进料系统32可以将氧化剂22、原料24和减速剂26输出到气化器12中。或者，进料系统32可以不包括减速剂26。通常情况下，主喷嘴28输出氧化剂22与原料24的混合物，所述混合物将燃烧，从而在气化器12内形成燃烧产物并产生火焰36。
通过类似的方式，辅助喷嘴30各自连接到进料系统34(例如，20)。进料系统34可以与图1所示的进料系统20类似或不同。但在特定实施例中，进料系统34可以不包括氧化剂22。例如，辅助喷嘴30可以将还原助剂(例如，原料24和/或减速剂26)输出到火焰区域38中，以将燃烧产物还原成甲烷。此外，辅助喷嘴30可以输出与主喷嘴28类似或不同的原料24。例如，主喷嘴28可以输出煤或胶泥浆，而辅助喷嘴30可以输出油或其他干原料。在特定实施例中，主喷嘴28可以将总原料中的约50％至80％或者60％至70％输出到炉腔31中，而辅助喷嘴30将总原料中的约20％至50％或者30％至40％输出到炉腔31中。
值得注意的是，每个辅助喷嘴30均对准火焰区域38(例如，对准火焰36)以帮助熄灭火焰36，从而使燃烧反应形成的产物在火焰36附近迅速经历还原反应。如下文进一步所述，火焰区域38包括火焰36，并且大体界定气化器12的燃烧还原区域。也就是说，气化器12的火焰区域38(例如，燃烧还原区域)内同时发生燃烧和还原反应。例如，火焰区域38可以包括火焰36以及极接近火焰和/或在火焰36附近的空间。形成燃烧产物后，这些产品将在火焰区域38内迅速(例如，在几秒内或者几分之一秒内)还原为甲烷。燃烧和还原反应同时发生能够提高气化器12的效率。
火焰区域38的几何结构可以随实施例而所有不同。例如，火焰36沿轴41延伸长度40到气化器12中，以主喷嘴28到火焰36的尖端42衡量。火焰区域38可以被界定为炉腔31中从气化器12的上圆顶44延伸到火焰尖端42的部分。或者，火焰区域38的几何结构可以由火焰36的长度40的一定百分比界定。例如，火焰区域38从圆顶44延伸的距离可以约为火焰36的长度40的50％至400％，100％至300％，或者150％至200％，以及两者之间的所有子范围。
附加地或替代地，火焰区域38可以由从火焰36的径向距离39界定，以从火焰36的尖端42或中心46衡量。例如，气化器12的炉腔31具有半径48。火焰区域38可以被界定为炉腔31的一部分，所述部分在火焰36的半径48的一定百分比内。例如，火焰区域38可以从火焰36的中心46沿相对的径向延伸径向距离39，所述径向距离约为炉腔31的半径48的20％至150％，50％至120％，或者80％至100％，以及两者之间的所有子范围。应注意，上述几何结构仅用于示例，并不具有限定性。例如，火焰区域38的几何结构可以有额外的或者替代的因素限定，例如火焰36的温度或压力，炉腔31内的温度梯度，通过主喷嘴32的原料24的量，以及类似因素。
应认识到，火焰区域38的几何结构可以基于主喷嘴28和辅助喷嘴30输出的反应物的量而更改。例如，如果氧化剂22和原料24的量增加，则火焰36的长度40也增加，这可能对火焰区域38产生相应影响，如上所述。火焰区域38的几何结构影响甲烷生产和合成气的成分(例如，一氧化碳与氢气的比例)。因此，需要调整主喷嘴28和辅助喷嘴30的输出，以增加或减少甲烷和/或合成气生产。为此，阀50设置于进料系统32和34(例如，20)与其各自的喷嘴28和30之间。
控制器52以可连通地212329531连接到阀50(例如，控制阀)。在特定实施例中，控制器52包括处理器51、存储器55，以及存储在存储器55上并且能够由处理器51执行的代码或指令，以便实现本说明书中所述的各种监视和控制功能。也就是说，存储器55是有形、非瞬时性且机器可读的介质。控制器52可以基于传感器53的读数执行指令使阀50节流，以调整主喷嘴28和辅助喷嘴30的输出。应认识到，传感器53可以执行指令，以检测气化器12的各种操作参数，例如温度、压力、火焰颜色、火焰温度和/或气化产物的成分，以及进料系统、下游系统(例如，气体处理系统)的操作参数，或者其任何组合。例如，控制器52可以执行指令以响应于原料24的变化而使阀50节流。原料24的平均分子重量可以减小，致使火焰36的温度降低。传感器53可以检测火焰温度的降低，并且控制器52可以相应地使阀50节流，从而减少由辅助喷嘴30输出的还原助剂的量。还原助剂的减少(例如，通过辅助喷嘴30的原料24减少)将减轻火焰区域38的淬火，从而确保火焰区域38的温度适中。
此外，可能需要控制火焰区域38的温度，以增加或减少合成气和/或甲烷的生产。具体来说，火焰区域38的温度受主喷嘴28所输出的原料24与辅助喷嘴30所输出的原料24的比例(例如，燃料比例)影响。例如，增加通过辅助喷嘴30的原料24的量将进一步对火焰区域30淬火，从而降低火焰区域38的温度。控制器52可以执行指令以基于传感器53所检测到的火焰区域38的温度而控制燃料比例。在特定实施例中，燃料比例可以控制在约0.5至5，1至4，或者1.5至2.3，以及两者之间的所有子范围。
火焰区域38的几何结构还可以受主喷嘴28和辅助喷嘴30在气化器12内的位置影响。图3至7示出了喷嘴28和30的各种位置。应注意，图3至7所示的实施例仅用于示例，并不具有限定性。例如，图3至图7中喷嘴的图示位置和取向可以彼此组合。也就是说，气化器12的实施例可以包括与图4至7所示喷嘴完整或部分组合的图3所示喷嘴。换言之，图1至7所示特征旨在与各种配置一起使用，并且并不互相排斥。
图3示出了气化器12的一个实施例，所述气化器具有轴向交错的辅助喷嘴30。如图所示，主喷嘴28设置在上圆顶部分44中。辅助喷嘴54、56、58和60(例如，30个)设置在气化器12的中间部分62内。辅助喷嘴54、56、58和60具有相对于主喷嘴28的对应高度64、66、68和70。高度64、66、68和70彼此不同，界定辅助喷嘴54、56、58和60的轴向交错配置。轴向交错的配置使辅助喷嘴54、56、58和60能够以各种高度将还原助剂(例如，原料24和/或减速剂26)输出到火焰区域38中，从而可能导致火焰区域38内的温度更为均匀(例如，区域38内的淬火以及还原反应催化更为均匀)。
此外，辅助喷嘴54、56、58和60可以相对于火焰36的轴41的正确角度71(例如，90度)输出还原助剂。也就是说，主喷嘴28以第一方向输出可燃混合物(例如，沿着或者平行于轴41)，辅助喷嘴30以与第一方向交叉(例如，垂直)的第二方向输出还原助剂。在特定实施例中，火焰36的方向以及还原助剂的方向可以不同的角度会聚，如下文相对于图4所述。
图4示出了气化器12的一项实施例，其中主喷嘴28和辅助喷嘴72、74、76和78(例如，30)设置在气化器12的上圆顶44中。此外，辅助喷嘴80和81(例如，30)设置在气化器12的中间部分62中。如图所示，辅助喷嘴72、74、76、78、80和81以相对于火焰36的轴41的锐角82、84和86输出还原助剂。例如，锐角82、84和86可以在约0度至89度，10度至80度、20度至70度，30度至60度，40度至50度之间，或者任何合适的角度，以便将还原助剂导入火焰区域38中。例如，锐角82和84可为在下游方向上相对于火焰36的约0度至45度，5度至40度，或者10度至30度，而角度86可为在朝向圆顶44上游方向上相对于火焰36的约20度至70度，30度至60度，或者40度至50度。锐角82、84、86可以在辅助喷嘴72、74、76、78、80和81之间变动，如图所示。以锐角82、84和86输出还原助剂可以缩短在气化器12内的停留时间，从而提高气化器12的效率或者可操作性。此外，在相对于火焰的上游、下游、横向和/或平行方向上将助剂对准火焰36可以促进火焰区域38内同时发生燃烧还原反应。
图5示出了气化器12的一项实施例，所述气化器具有围绕轴41周向布置的辅助喷嘴30。如图所示，辅助喷嘴30的子集共享一个公共高度，如实线喷嘴88所示。辅助喷嘴30的另一个子集共享一个不同的高度(例如，沿轴41的轴向位置)，如虚线喷嘴90所示。辅助喷嘴88和90均以各自的高度直接向轴41(即，与轴41径向会聚)和火焰36输出还原助剂。如上所述，喷嘴88和90以各种高度输出还原助剂，从而使火焰36的温度更均匀(例如，还原反应的淬火和催化)，并且增强对合成气和/或甲烷生产的控制。
图6示出了气化器12的一项实施例，所述气化器具有辅助喷嘴30，所述辅助喷嘴经定位以在围绕火焰36的区域38中形成还原助剂的旋流。再次指出，实线喷嘴92共享一个公共高度(例如，沿轴41的轴向位置)，并且虚线喷嘴94共享一个不同的高度(例如，沿轴41的轴向位置)。如图所示，实线喷嘴92成一定角度，以便以相对于火焰36的轴41的偏移量96导入还原助剂。因此，实线喷嘴92在输出还原助剂的同时产生围绕轴41和火焰36的周向逆时针旋流98。通过类似的方式，虚线喷嘴94以偏移量98导入还原助剂，以在区域38内产生围绕火焰36的逆时针旋流100。相对的旋流方向98和100可以使还原助剂的分布更均匀，从而提高火焰区域38内的动力。
图7至9分别示出了辅助喷嘴30相对于气化器12的内壁(例如，耐火衬里33)的突起、齐平和凹进位置。如图所示，辅助喷嘴30通过凸缘102连接到气化器12。耐火衬里33延伸深度103到气化器12内。此外，图7所示突起的辅助喷嘴101(例如，30)径向延伸深度105到气化器12内。辅助喷嘴101的深度105与耐火衬里33的深度103之间的差构成突起部分104，所述突起部分径向延伸过耐火衬里33。突起部分104减小了燃料与耐火衬里33接触的可能性，并提高了向火焰区域38内的燃料渗透，同时保护喷嘴101不受沿衬里33流动的炉渣流损害。
图8示出了齐平的辅助喷嘴107(例如，30)，所述辅助喷嘴径向延伸深度109到气化器12内。辅助喷嘴107的深度109与耐火衬里33的深度103大致相等，从而在耐火衬里33与喷嘴107的交界面处形成大体平滑的表面106(或者齐平的交界面)。平滑表面106减小了辅助喷嘴107受侵蚀的可能性，从而提高喷嘴107的可操作性和/或寿命。此外，深度109可以进行选择，以有助于助剂渗入区域38中的合适位置，从而促进燃烧还原过程。
类似地，图9示出了凹进的辅助喷嘴110(例如，30)，所述辅助喷嘴径向延伸深度112到气化器12内。如图所示，辅助喷嘴110的深度112小于耐火衬里的深度103，从而在耐火衬里33中形成开口或凹口108。开口108保护辅助喷嘴110不受火焰区域38的高温的损害，从而提高辅助喷嘴110的可操作性并改进燃烧还原过程。
如下文进一步所述，在气化器12操作期间，需要在突起、齐平和凹进位置之间调整辅助喷嘴30的深度。例如，在气化器12的启动操作期间，辅助喷嘴30可以输出液体原料24。增加辅助喷嘴30的深度可能形成突起配置(例如，突起的辅助喷嘴101)，从而降低液体原料24与耐火衬里接触的可能性。一旦气化器12达到操作温度，可以将辅助喷嘴30的深度减小为凹进配置(例如，凹进的辅助喷嘴110)，从而保护辅助喷嘴30不受火焰区域38的高温损害，以及/或者保护喷嘴30不受炉渣流的损害。
图10示出了控制系统114的一项实施例，所述控制系统具有可执行的指令，以便选择性地调整气化器12的可调整辅助喷嘴116(例如，30个)的深度115。例如，可以分别沿箭头118和120增加或减小深度115，从而形成突起配置(例如，突起的辅助喷嘴101)、齐平配置(齐平的辅助喷嘴107)或者凹进配置(例如，凹进的辅助喷嘴110)。再次指出，控制系统114包括控制器52，所述控制器包括处理器51和存储器55。指令存储在存储器55上，并且可以由处理器51执行，从而实现本说明书中所述的各种监视和控制功能。
如图所述，控制器52连接到驱动器120。驱动器120在突起、齐平和凹进配置之间移动可调整的辅助喷嘴116。控制器52可以执行指令，以基于由反馈126指示的传感器122和124的输入而控制驱动器120的操作。传感器122检测辅助喷嘴116的可调整位置，控制器52可以基于所检测的位置调整驱动器120。通过类似方式，传感器124检测耐火衬里33的温度。控制器52可以执行指令以监视传感器122和124、从传感器122和124接收信号，以及处理信号(例如，通过应用过滤器等)，以便提供驱动器120的适当控制，从而调整喷嘴116的位置。
图11示出了可调整辅助喷嘴116的一项实施例，所述辅助喷嘴具有螺纹128和O形环130，以调整喷嘴116的深度115。例如，带螺纹的联轴器132可以沿箭头134和136旋转，以分别沿箭头118和120增加或减小深度115。O形环130在带螺纹的联轴器132与喷嘴116之间形成密封接头。可调整的喷嘴116可以手动致动或者由图10所示的驱动器120自动致动。
所公开的实施例的技术效果包括可调整的喷嘴(例如，116)在气化器12的火焰区域38内同时或者接近同时驱动燃烧和还原反应。同时的反应能够提高气化器12的效率。此外，调整气化器12的主喷嘴28与辅助喷嘴30之间的燃料比例能够调整气化器12内的合成气生产和/或甲烷生产。
本说明书使用了各种实例来披露本公开，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本公开的保护范围由权利要求书界定，并可包含所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
气化器，所述气化器具有包括燃烧还原区域的炉腔；
沿着所述气化器的中央轴线设置的第一喷嘴，所述第一喷嘴配置用于输出第一燃料和第一氧化剂以产生在所述炉腔的所述燃烧还原区域中燃烧的混合物，并且其中所述混合物配置为氧化以在所述燃烧还原区域中产生火焰；以及
第二喷嘴，其设置为偏离所述气化器的所述中央轴线，其中所述第二喷嘴配置用于将还原助剂输出到所述燃烧还原区域中，其中所述还原助剂配置为减少在所述燃烧还原区域中的燃烧产物；以及
控制器，其配置为控制通过所述第二喷嘴进入到所述气化器的所述还原助剂的流动，通过响应于感测到的一个或多个参数化学地减少从所述第一燃料生成的燃烧产物来提高甲烷的产生；
其中，所述燃烧产物包括合成气，所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示所述火焰的温度，所述控制器配置为控制所述第一燃料和所述还原助剂的比率，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃烧还原区域配置用于将所述混合物燃烧成所述燃烧产物，并且大体上同时还原所述燃烧产物。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二喷嘴配置为直接朝向所述火焰输出所述还原助剂。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二喷嘴配置用于以旋流的形式周向围绕所述火焰区域输出所述助剂。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述还原助剂包括第二燃料、蒸汽或者其组合。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一喷嘴和第二喷嘴设置在所述气化器的上圆顶部分中。
7.一种方法，包括：
通过控制器来控制通过喷嘴进入到气化器的还原助剂的流动，以响应于感测到的一个或多个参数来化学地减少从燃料生成的燃烧产物从而提高甲烷的产生；其中所述燃烧产物包括合成气，其中所述燃烧产物在所述气化器的燃烧还原区域里生成，其中所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示火焰的温度；以及
通过所述控制器来控制所述燃料和所述还原助剂的比率，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
8.根据权利要求7所述的方法，包括通过所述控制器来控制所述燃料和氧化剂进入到所述气化器内的流动以形成在所述气化器的所述燃烧还原区域中燃烧的混合物，从而形成所述火焰。
9.根据权利要求8所述的方法，包括将所述混合物燃烧成所述燃烧产物，并同时减少所述燃料产物。
10.一种系统，包括：
气化控制器，所述气化控制器配置用于控制通过喷嘴进入到气化器的还原助剂的流动，通过响应于感测到的一个或多个参数化学地减少从燃料生成的燃烧产物来提高甲烷的产生；其中所述燃烧产物包括合成气，其中所述燃烧产物在所述气化器的燃烧还原区域里生成，所述感测到的一个或多个参数中的至少一个参数指示由所述燃料在所述气化器的所述燃烧还原区域里生成的火焰的温度，其中所述控制器配置为控制所述燃料和所述还原助剂的比率、并控制所述火焰的温度，并且其中所述控制器配置为至少部分地基于所述火焰的温度来控制所述比率。
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