JP2012255436A - 噴射器チップ組立体及び燃料噴射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化用の噴射器ノズルを提供する。
【解決手段】ノズル用の噴射器チップは、燃焼器の燃焼帯３４に燃料流３２を噴射するように構成された複数の中央本体開口部１６を先端部に有する中央本体１２を含む。１つ以上の燃料通路２０，２２，２４は、中央本体１２の周囲に配設され、燃焼帯３４に燃料スラリーを噴射するように構成される。１つ以上の酸素通路２０，２２，２４は、中央本体１２の周囲に配設され、燃焼帯３４に酸素流３６を噴射するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス化及び燃焼器に関する。より詳細には、本発明はガス化用の噴射器ノズルに関する。

多くの公知の統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）プラントは、少なくとも１つの発電タービンシステムと統合されるガス化システムを含む。例えば、少なくとも一部の公知のガス化システムは、燃料、空気又は酸素、蒸気、及び／又はＣＯ₂の混合気を合成ガス、即ち「シンガス」に転化する。シンガスは、ガスタービンエンジンの燃焼器に送られて、発電機に動力を供給し、発電機は電力網に電力を供給する。少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンからの排気は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給され、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生する。蒸気タービンにより発生した動力もまた、発電機を駆動し、電力網に電力を提供する。

少なくとも一部のガス化システムは、ガス化装置の炉にプロセス流体を供給して少なくとも１つの発熱反応を促進する噴射システムを含む。一部のガス化システムは、複数のタイプの燃料を使用してガス化プロセスを駆動する。例えば、石炭ガス化プラントは、主に燃料として石炭スラリーを利用してガス化を推進し、石炭中の炭素をガス燃料に転化して電気を生産する。しかしながら、ガス化装置が起動された時、ガス化室の下流のシステム構成要素はまだ設計点作動圧力ではないので、プロセス効率が不足する。従って、石炭スラリーのガス化は、下流の構成要素の圧力が上昇するまでに、硫黄及び／又はＮＯ_x等の望ましくない排出物を大量に生じさせる。

これらの排出物問題を軽減するために、始動中は石炭スラリーの代わりに天然ガス等のよりクリーンな燃焼の燃料がガス化室に導入されることが多い。天然ガスは、石炭スラリーのものとは別個の専用ノズルを介してガス化装置に噴射される。

本発明の一態様によれば、ガス化装置の燃焼器ノズル用の噴射器チップは、燃焼器の燃焼帯に燃料流を噴射するように構成された複数の中央本体開口部を先端部に有する中央本体を含む。１つ以上の燃料通路は、中央本体の周囲に配設され、燃焼帯に燃料スラリーを噴射するように構成される。１つ以上の酸素通路は、中央本体の周囲に配設され、燃焼帯に酸素流を噴射するように構成される。

本発明の別の態様によれば、燃焼器への燃料噴射方法は、噴射器チップの中央本体の先端部の複数の中央本体開口部を通して燃焼器の燃焼帯に燃料流の第１部分を噴射するステップを含む。燃料流の第２部分は、中央本体の周囲に配設された１つ以上の燃料通路を介して燃焼帯に噴射される。燃料流の第２部分の噴射は中断され、燃料スラリーが１つ以上の燃料通路を介して燃焼帯に噴射される。

これら及びその他の利点及び特徴は、図面に関連してなされる以下の説明からより明らかになるであろう。

ガス化装置ノズル用の噴射器チップの一実施形態の概略断面図である。 始動運転中のガス化装置ノズル用の噴射器チップの一実施形態の動作概略図である。 石炭スラリー運転中のガス化装置ノズル用の噴射器チップの一実施形態の動作概略図である。

本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの部分の特許請求の範囲において具体的に指摘され明確に請求されている。本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかである。

詳細な説明は、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

ガス化装置用の噴射器ノズルチップ１０の一実施形態を図１に示す。図１の実施形態のノズルチップ１０は、ノズルチップ１０を通る４つの別個の異なる物質流の流路を含む。まず、ノズルチップ１０は、一部の実施形態では、ノズルチップ１０の中心軸１４に位置付けられた中央本体１２を含む。中央本体１２は、中央本体１２の先端部１８に位置付けられた複数の中央本体開口部１６を含む。

複数の燃料通路、又はランスは、中央本体１２を取り囲んで配設される。内側通路２０は中央本体１２の周囲に位置付けられており、一部の実施形態では、中央本体１２と同心である。中間通路２２は、内側通路２０の外側寄りの中央本体１２の周囲に位置付けられており、一部の実施形態では、中央本体１２及び／又は内側通路２０と同心である。図１に示すように、外側通路２４は、中間通路２２の外側寄りの中央本体１２の周囲に位置決めされており、一部の実施形態では、中央本体１２、内側通路２０、及び／又は中間通路２２と同心である。一部の実施形態では、内側通路端部２６、中間通路端部２８、及び／又は外側通路端部３０は、中央本体１２の先端部１８と同一平面である。

ガス化装置の始動時、図２に示すように、燃料流３２、例えば、天然ガス等の低硫黄燃料は、中央本体開口部１６を介して中央本体１２を通してノズルチップ１０の下流の燃焼帯３４に噴射される。低硫黄燃料の燃料流３２はまた、中間通路２２を通して燃焼帯３４に噴射される。一次酸素流３６は、外側通路２４を通して燃焼帯３４に供給される。一次酸素３６は、燃焼帯３４内で燃料流３２と混合されて、そこで燃焼される。一部の実施形態では、二次酸素流３８を内側通路２０を通して燃焼帯３４に噴射し、更なる酸素を供給して燃料流３２と燃焼させてもよい。

次に図３を参照すると、ガス化装置の石炭スラリーモード運転中、中間通路２２は、石炭スラリー４０等のガス化装置燃料流を燃焼帯３４へ運ぶために利用される。一次酸素３６及び二次酸素３８は、それぞれ、外側通路２４及び内側通路２０を通して供給される。通常運転中は、石炭スラリー流４０がガス化プロセスを駆動するので、中央本体１２を通る燃料流３２は停止され、二酸化炭素（再循環させてもよい）、窒素、蒸気、又は水等の異なる流体流４２が中央本体開口部１６を通して流される。流体４２は、パージガス、モデレータガス又は冷却液であってもよい。流体４２は中央本体１２に対する冷却を行なって、更に石炭スラリー４０の燃焼粒子による中央本体開口部１６の詰まりを防止する。更に、流体４２は、中央本体１２内で燃焼生成物が中央本体開口部１６を通って上流に戻る燃焼逆流（ｂｕｒｎｂａｃｋ）を防止する。

例えば、始動運転及び石炭スラリーモード運転から動作が移行する間は、燃料流３２及び石炭スラリー４０の両方を燃焼帯３４に噴射してもよく、燃料流３２は中央本体開口部１６を通して噴射され、石炭スラリー４０は中間通路２２を通して噴射される。始動モード（全て燃料流３２）から石炭スラリーモード（全て石炭スラリー４０）への移行が起こると、各々の流量を徐々に変化させて２つのモード間でスムーズな移行を行なうことができる。例えば、動作が始動モードから石炭スラリーモードへ移行すると、中央本体開口部１６を通して噴射される燃料流３２の量が徐々に減らされる一方、中間通路２２を通して噴射される石炭スラリー４０の量は徐々に増やされる。更に、ノズルチップ１０は別々の中央本体１２と中間通路２２とを介して片方又は両方のタイプの燃料を噴射する機能があるので、石炭スラリー流４０が停止されて燃料流３２の噴射が再開される、石炭スラリーモードと待機モードとの間の切り換えを素早く起こすことができる。

一部の実施形態では、内側通路端部２６、中間通路端部２８、及び／又は外側通路端部３０は、中央本体１２の先端部１８と同一平面である。端部を全て互いに同一平面にすることによって、ガス化装置の性能に害を及ぼす可能性がある、燃料と一次酸素との予混合を防止する。更に、同一平面端部構成によって、石炭スラリーモード運転中の燃焼逆流が防止される。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換又は同等の構成を組み込むように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ ノズルチップ
１２ 本体
１４ 軸
１６ 開口部
１８ 先端部
２０ 内側通路
２２ 中間通路
２４ 外側通路
２６ 内側通路端部
２８ 中間通路端部
３０ 外側通路端部
３２ 燃料流
３４ 燃焼帯
３６ 一次酸素
３８ 二次酸素
４０ 石炭スラリー
４２ 流体

Claims (10)

1. 燃焼器の燃焼帯（３４）に燃料流（３２）を噴射するように構成された複数の中央本体開口部（１６）を先端部（１８）に有する中央本体（１２）と、
   前記中央本体（１２）の周囲に配設され、前記燃焼帯（３４）に燃料スラリーを噴射するように構成された１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）と、
   前記中央本体（１２）の周囲に配設され、前記燃焼帯（３４）に酸素流を噴射するように構成された１つ以上の酸素通路（２０，２２，２４）とを備える、
   ノズル用の噴射器チップ（１０）。
2. 前記１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）の少なくとも１つ又は前記１つ以上の酸素通路（２０，２２，２４）の少なくとも１つは、前記中央本体（１２）と実質的に同心である、請求項１に記載の噴射器チップ（１０）。
3. 前記１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）の少なくとも１つ又は前記１つ以上の酸素通路（２０，２２，２４）の少なくとも１つは、前記中央本体（１２）の前記先端部（１８）と実質的に同一平面である、請求項１に記載の噴射器チップ（１０）。
4. 前記中央本体（１２）は、前記燃焼帯（３４）にパージ流体を噴射するように更に構成される、請求項１に記載の噴射器チップ（１０）。
5. 前記１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）は、前記燃焼帯（３４）に燃料流（３２）及び／又は燃料流（３２）と燃料スラリーの混合物を噴射するように更に構成される、請求項１に記載の噴射器チップ（１０）。
6. 燃焼器への燃料噴射方法であって、
   噴射器チップ（１０）の中央本体（１２）の先端部（１８）の複数の中央本体開口部（１６）を通して前記燃焼器の燃焼帯（３４）に燃料流（３２）の第１部分を噴射するステップと、
   前記中央本体（１２）の周囲に配設された１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）を介して前記燃焼帯（３４）に前記燃料流（３２）の第２部分を噴射するステップと、
   前記燃料流（３２）の前記第２部分の噴射を中断するステップと、
   １つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）を介して前記燃焼帯（３４）に燃料スラリーを噴射するステップとを含む、方法。
7. 前記燃料流（３２）の前記第１部分の噴射を中断するステップと、
   前記複数の中央本体開口部（１６）を介して前記燃焼帯（３４）に燃料を噴射するステップとを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記燃料流（３２）の前記第２部分を噴射するステップ及び前記燃料スラリーを噴射するステップは、前記１つ以上の燃料通路（２０，２２，２４）を介して前記燃焼帯（３４）に前記燃料流（３２）の前記第２部分の噴射と前記燃料スラリーの噴射とを同時に行なうステップである、請求項６に記載の方法。
9. 前記燃料スラリーを噴射するステップは、石炭スラリー（４０）を噴射するステップである、請求項６に記載の方法。
10. 前記中央本体（１２）の周囲に配設された１つ以上の酸素通路を介して前記燃焼帯（３４）に酸素流を噴射するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。