KR20120083233A - 연료 분사기에서의 유동 제어를 위한 시스템 - Google Patents

연료 분사기에서의 유동 제어를 위한 시스템 Download PDF

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KR20120083233A
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주데쓰 브래논 코리
폴 스티븐 다이마스시오
더글러스 에스 바이어드
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

시스템은 기화 연료 분사기(104)를 포함한다. 이 기화 연료 분사기(104)는 팁 부분(206)을 갖는 몸체, 이 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 1 도관 (208), 상기 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 2 도관 (210), 및 상기 팁 부분(206)의 상류에서 상기 제 1 도관(208) 안에 배치되는 유동 제어 장치(216)를 포함한다. 상기 유동 제어 장치(216)는 제 1 도관(208)을 통과하는 제 1 유동(204)을 제한하도록 되어 있다.

Description

연료 분사기에서의 유동 제어를 위한 시스템{SYSTEM FOR FLOW CONTROL IN FUEL INJECTORS}
본 발명은 연료 분사기, 보다 구체적으로는 연료 분사기에서의 유동 제어에 관한 것이다.
다양한 연소 시스템은 연소실 안으로 연료를 분사하기 위해 연료 분사기를 사용한다. 예컨대, 통합 가스 복합 사이클(IGCC) 발전소는 하나 이상의 연료 분사기를 갖는 기화기를 포함한다. 연료 분사기는 유기 공급원료와 같은 연료를 산소 및 증기와 함께 기화기 안으로 공급하여 합성 가스를 발생시키게 된다. 연료 분사기는 연료, 산소 및/또는 증기를 위한 하나 이상의 도관을 포함할 수 있다. 추가로, 제어 밸브가 연료 분사기로부터 상류에 위치되어 연료, 산소 및/또는 증기의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제어 밸브는 사용자가 도관을 통과하는 각 흐름의 유량을 독립적으로 변화시킬 수 있게 해준다. 그러나, 유량의 독립적인 제어로 인해 연료 분사기의 성능이 나빠질 수 있다. 예컨대, 사용자는 한 도관에 있는 산소용 제어 밸브를 열되 다른 도관에서의 유동은 적절히 조절하지 않을 수 있는데, 그래서 바람직하지 않은 연료 분사기 성능이 나타나게 된다. 불행하게도, 기존의 외부 제어 기술은 연료 분사기에 대한 제어 밸브의 모든 바람직하지 않은 배치를 방지할 수 있는 것은 아니며, 그래서 연료 분사기의 성능이 저하된다.
범위에 있어서 원래 청구된 발명과 동등한 어떤 실시 형태들이 이하에 요약되어 있다. 이들 실시 형태는 청구된 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니며, 본 발명의 가능한 형태의 간단한 요약만 제공하기 위한 것이다. 사실, 본 발명은 아래에 제시된 실시 형태들과 유사하거나 상이할 수 있는 다양한 형태도 포함할 수 있다.
제 1 실시 형태에서, 시스템은 기화 연료 분사기를 포함한다. 이 기화 연료 분사기는 팁 부분을 갖는 몸체, 이 몸체를 통해 팁 부분 쪽으로 연장되어 있는 제 1 도관, 상기 몸체를 통해 팁 부분 쪽으로 연장되어 있는 제 2 도관, 및 상기 팁 부분의 상류에서 상기 제 1 도관 안에 배치되는 유동 제어 장치를 포함한다. 이 유동 제어 장치는 제 1 도관을 통과하는 제 1 유동을 제한하도록 되어 있다.
제 2 실시 형태에서, 시스템은 연료 분사기를 포함한다. 이 연료 분사기는 팁 부분을 갖는 몸체, 이 몸체를 통해 팁 부분 쪽으로 연장되어 있는 제 1 도관, 및 이 제 1 도관 안에 배치되는 제거가능한 삽입물을 포함한다. 상기 제거가능한 삽입물은 상기 제 1 도관을 통과하는 유동을 소정의 범위로 제한하는 유동 제어 요소를 포함한다.
제 3 실시 형태에서, 시스템은 연료 분사기를 포함한다. 이 연료 분사기는 제 1 유체를 분사하도록 되어 있는 제 1 도관 및 상기 제 1 유체와는 다른 제 2 유체를 분사하도록 되어 있는 제 2 도관을 포함한다. 상기 제 1 도관과 제 2 도관은 서로 동축이다. 상기 연료 분사기는 또한 제 1 도관 안에 배치되는 유동 제어 장치를 포함한다. 이 유동 제어 장치는 수축부를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점들은 첨부 도면(유사한 부호는 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타냄)을 참조하여 이하의 상세한 설명을 보면 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 연료 분사기를 포함하는 IGCC 발전소의 블럭 선도이다.
도 2는 벤튜리부를 갖는 연료 분사기의 일 실시 형태의 축방향 단면도이다.
도 3은 벤튜리부를 갖는 연료 분사기의 일 실시 형태의 반경방향 단면도이다.
도 4는 제한 오리피스를 갖는 연료 분사기의 일 실시 형태의 축방향 단면도이다.
도 5는 연료 분사기의 하나 이상의 도관에 제거가능하게 결합될 수 있는 유동 제어 장치의 다양한 실시 형태를 나타내는 개략적인 분해도이다.
이하, 본 발명의 하나 이상의 특정 실시 형태를 설명한다. 이들 실시 형태의 간명한 설명을 제공하기 위해, 실제 실시의 모든 요소들이 명세서에 기재되어 있지는 않을 수도 있다. 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같은 이러한 실제 실시의 개발시에, 실시마다 변할 수 있는 개발자의 특정 목표(시스템 관련 또는 사업 관련 구속 요건에의 부합과 같은)를 이루기 위해 많은 실시 특정의 결정이 내려져야 한다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소비적인 것일 수 있는데, 하지만 그럼에도 본 개시의 이익을 얻는 통상적인 기술을 가진 사람들에게는 설계하고 제작하며 제조하는 것은 일상적인 것이 될 것임을 알아야 한다.
본 발명의 다양한 실시 형태의 요소를 소개할 때, "단수" 표현, "그" 및 "상기" 라는 표현은 그 요소가 하나 이상 있음을 의미하는 것이다. "포함한다" 및 "갖는다" 라는 표현은 포괄적인 것으로, 열거된 요소 외의 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미한다.
아래에서 자세히 설명하는 바와 같이, 개시된 실시 형태는 연료 분사기의 하나 이상의 유체 통로에서 제한 오리피스 또는 벤튜리부와 같은 유동 제어 장치를 포함한다. 이 유동 제어 장치는 유체 통로를 통과하는 유동을 조정 또는 제한하여, 소정 범위내의 유동을 보장하여 밸브 위치의 변경에도 불구하고 성능을 유지하도록 구성되어 있다. 용어 "유체"는 액체, 가스, 고형물을 동반하는 액체나 가스 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 유체는 연료(예컨대, 가스, 액체 또는 슬러리), 공기, 산소, 이산화탄소(CO2), 질소, 증기 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, IGCC 발전소는 하나 이상의 기화 연료 분사기를 포함하는 기화기를 가질 수 있다. 각각의 기화 연료 분사기는 연료 및 다른 유체를 분사하도록 구성된 하나 이상의 도관 또는 통로를 포함할 수 있다. 외부 제어 밸브를 사용하여, 연료 분사기로 가는 연료 및 다른 유체의 유량을 제어할 수 있다. 따라서, 사용자는 연료 및 다른 유체의 유량을 독립적으로 변화시킬 수 있다. 예컨대, 사용자는 다른 유체의 유량을 적절히 조정함이 없이 연료의 유량을 증가시킬 수 있다. 또한, 제어 밸브는 마모 또는 손상 때문에 시간이 지남에 따라 부정확한 크기로 되거나 다른 유량을 통과시킬 수도 있다. 그러나, 연료 분사기는 다른 유체에 대한 연료의 특정 범위내에서 가장 효율적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 각각의 유동 제어 장치는 특정의 통로를 통과하는 유동을 조정 또는 제한하도록 구성되며, 따라서 밸브와 관련된 사용자의 실수, 마모나 손상에도 불구하고 효율적인 작동 범위가 얻어진다.
아래에서 설명하는 다양한 실시 형태에서, 기화 연료 분사기는 연료 분사기의 팁 부분의 상류에서 그 연료 분사기의 도관에 있는 유동 제어 장치를 포함한다. 이 유동 제어 장치는 제한 오리피스나 벤튜리부를 지나 도관을 통과하는 유동을 제한도록 구성될 수 있다. 유동 제어 장치는 유체의 종류, 밸브, 연소 시스템 등에 특별하게 맞춰질 수 있다. 또한, 유동 제어 장치는 다수의 유동 제어 장치 중에서 선택될 수 있으며, 각각의 유동 제어 장치는 상이한 유동 제어 특성을 갖는다. 예컨대, 각각의 유동 제어 장치는 유체용 제어 밸브의 위치에 상관 없이 유량을 다른 범위로 제한할 수 있다. 따라서, 연료 분사기의 성능은 제어 밸브의 부정확한 위치에도 불구하고 유지될 수 있다. 또한, 유동 제어 장치는 제거가능한 삽입물(insert)일 수 있다. 따라서, 특정의 사용 요건에 따라 다수의 제거가능한 유동 제어 장치가 선택적으로 설치되고 연료 분사기에서 제거될 수 있다. 다음의 설명은 예시적인 용도로서 IGCC 시스템과 관련한 유동 제어 장치를 나타내지만, 개시된 유동 제어 장치는 어떠한 연료 분사기에도 사용될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 합성 가스를 생성하고 연소시킬 수 있는 IGCC 시스템(100)의 일 실시 형태의 선도이다. 아래에서 자세히 설명하겠지만, IGCC 시스템(100)은 적어도 하나의 도관에 배치되어 이 도관을 통과하는 유동을 제한하도록 되어 있는 유동 제어 장치를 포함하는 기화 연료 분사기의 실시 형태를 포함할 수 있다. IGCC 시스템(100)의 다른 요소는 IGCC 시스템의 에너지원으로 이용될 수 있는 연료원(101)(고체 또는 액체일 수 있음)을 포함할 수 있다. 이 연료원(101)은 석탄, 석유 코크스, 오일, 바이오매스(biomass), 목재계 재료, 농업 폐기물, 타르, 코크스 오븐 가스 및 아스팔트 또는 탄소를 함유하는 다른 것을 포함할 수 있다.
상기 연료원(101)의 연료는 공급원료 준비부(102)에 전달될 수 있다. 이 공급원료 준비부(102)는 공급원료를 만들기 위해 연료원(101)을 잘게 자르고, 분쇄하고, 갈기갈기 찢으며, 가루로 만들고, 가압 성형하여 작은 덩어리로 만들거나 팰릿화하여 예컨대 연료원(101)의 크기 또는 형상을 다시 잡을 수 있다. 추가로, 슬러리 공급원료를 만들기 위해 물이나 다른 적절한 액체를 공급원료 준비부(102)에 있는 연료원(101)에 추가할 수도 있다. 다른 실시 형태에서는 액체가 연료원에 추가되지 않아, 건식 공급원료가 얻어진다. 일부 실시 형태에서는, 연료원(101)이 액체이면 공급원료 준비부(102)가 생략될 수도 있다. 어떤 실시 형태에서는, 연료원(101)은 천연 가스와 같은 가스일 수 있다.
다음, 공급원료는 기화기(106)에 연결되어 있는 연료 분사기(104)에 전달되기 전에 공급원료 제어 밸브(103)를 통과할 수 있다. 이 제어 밸브(103)는 제어 시스템으로부터 신호를 받아서, 제어 밸브(103)를 통과하는 연료원(101)의 유량을 조정할 수 있다. 또한, 연료 분사기(104)를 냉각하고 또한 그의 수명을 연장시키기 위해 냉각제(105)(예컨대, 물)를 연료 분사기(104)에 보낼 수 있다. 잘 이해하는 바와 같이, 상기 기화기(106)는 연료 분사기(104)를 사용할 수 있는 연소실의 일 예이며, 상기 연료 분사기는 아래에서 자세히 설명하는 바와 같이 유동 제어 장치를 포함한다. 어떤 실시 형태에서, 효율적이 연소를 촉진시키기 위해 연료 분사기(104)는 기화기(106)로 가는 다양한 공급물 흐름을 합하게 된다. 구체적으로, 기화기(106)는 공급원료를 합성 가스, 예컨대 일산화탄소와 수소의 혼합물로 전환시킬 수 있다. 이러한 전환은 이용되는 기화기(106)의 종류에 따라 예컨대 대략 20바(bar) 내지 85바의 높은 압력과 예컨대 대략 700℃ 내지 1600℃의 온도에서 제어된 양의 증기와 산소를 공급원료에 추가하여 이루어질 수 있다. 기화 과정은 공급원료의 열분해 과정을 포함할 수 있으며, 이 열분해 과정으로 공급원료가 가열된다. 기화기(106)내의 온도는 공급원료를 발생시키기 위해 이용되는 연료원(101)에 따라 열분해 과정 중에 대략 150℃ 내지 700℃의 범위일 수 있다. 열분해 과정 중에 공급원료가 가열되면, 고형물(예컨대, 불에 탄 것(char)) 및 잔류 가스(예컨대, 일산화탄소, 수소 및 질소)가 발생될 수 있다. 열분해 과정에서 공급원료에서 남아 있는 불에 탄 것의 중량은 원래 공급원료의 중량의 단지 대략 30%까지 될 수 있다.
그런 다음 연소 과정이 기화기(106)에서 일어날 수 있다. 연소시에는 산소가 상기 불에 탄 것 및 잔류 가스에 도입될 수 있다. 불에 탄 것 및 잔류 가스는 산소와 반응하여 CO2 및 일산화 탄소를 형성하게 되며, 이는 다음 기화 반응을 위한 열을 제공한다. 연소 과정 중의 온도는 대략 700℃ 내지 1600℃ 일 수 있다. 다음에는 기화 단계 중에 증기가 기화기(106) 안으로 도입될 수 있다. 불에 탄 것은 CO2 및 증기와 반응하여 대략 800℃ 내지 1100℃ 의 온도에서 일산화탄소와 수소를 생성할 수 있다. 본질적으로, 공급원료의 일부가 "연소되어" 일산화 탄소를 생성하고 에너지를 낼 수 있도록 기화기는 증기와 산소를 이용하며, 그 에너지에 의해, 다른 공급원료를 수소와 추가적인 CO2로 전환시키는 제 2 반응이 일어나게 된다.
이렇게 해서, 기화기(106)는 최종 가스를 제조하게 된다. 이 최종 가스는 대략 85%의 일산화탄소 및 동일한 양의 수소, 그리고 CH4, HCl, HF, COS, NH3, HCN 및 H2S(공급원료의 황 성분을 기반으로 한 것임)를 포함할 수 있다. 이 최종 가스는 예컨대 H2S를 포함하므로 미처리된 합성 가스라고 할 수 있다. 기화기(106)는 또한 슬래그(108)(젖은 재(ash) 물질일 수 있음)와 같은 폐기물도 발생시킬 수 있다. 이 슬래그(108)는 기화기(106)에 배출되어, 예컨대 도로 건설 재료나 다른 건축 재료로서 처리될 수 있다. 미처리된 합성 가스를 정화하기 위해, 가스 정화기(110)가 이용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 이 가스 정화기(110)는 물 가스 시프트 반응기일 수 있다. 가스 정화기(110)는 미처리된 합성 가스를 정화하여 그 미처리된 합성 가스에서 HCl, HF, COS, HCN 및 H2S를 제거할 수 있는데, 이는 예컨대 황 처리기(112)에서의 산성 가스 제거 과정으로 그 황 처리기(112)에서 황(111)을 분리하는 하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 가스 정화기(110)는 미처리된 합성 가스로부터 사용가능한 염(113)을 발생시키기 위해 물정화 기술을 이용할 수 있는 물처리부(114)를 통해 상기 미처리된 합성 가스에서 염(113)을 분리할 수 있다. 이어서, 가스 정화기(110)에서 생긴 가스는 처리된 합성 가스(예컨대, 황(111)이 합성 가스에서 제거되었음) 및 미량의 다른 화학 물질(예컨대, NH3(암모니아) 및 CH4(메탄))을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 가스 처리기를 사용하여, 상기 처리된 합성 가스에서 암모니아와 메탄 같은 추가적인 잔류 가스 성분 및 메탄올 또는 잔류 화학 물질을 제거할 수 있다. 그러나, 처리된 합성 가스에서 잔류 가스 성분을 제거하는 것은 선택 사항인데, 왜냐하면 처리된 가스는 예컨대 테일(tail) 가스와 같은 잔류 가스 성분을 포함할 때에도 연료로 이용될 수 있기 때문이다. 이러한 점에서, 처리된 합성 가스는 대략 3%의 CO, 대략 55%의 H2 및 대략 40%의 CO2 를 포함할 수 있고, H2S는 실질적으로 제거되어 있다.
일부 실시 형태에서, 탄소 포획 시스템(116)이 합성 가스에 포함되어 있는 탄소질 가스(예컨대, 대략 80 내지 100 또는 90 내지 100 부피%의 CO2)를 제거 및 처리할 수 있다. 상기 탄소 포획 시스템(116)은 또한 압축기, 정화기, 격리 또는 향상된 오일 회수를 위한 CO2를 공급하는 파이프라인, CO2 저장 탱크 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 포획된 CO2는 CO2 팽창기에 전달될 수 있으며, 이 팽창기는 CO2의 온도를 저하시켜(예컨대, 대략 5 내지 100℃ 또는 대략 20 내지 30℃), CO2가 시스템을 위한 적절한 냉각제로 사용될 수 있게 해준다. 냉각된 CO2(예컨대, 대략 20 내지 40℃ 또는 약 30℃)는 그의 냉동 요건을 만족하기 위해 상기 시스템을 통해 순환될 수 있으며 또는 더 낮은 온도를 얻기 위해 다음 단계를 통해 팽창될 수 있다. 이산화탄소가 또한 연료 분사기(104)를 위한 냉각제(105)로 사용될 수 있다. 그리고 처리된 합성 가스(황 함유 성분 및 큰 분율의 CO2가 제거된 상태임)는 가연성 연료로서 가스 터빈 엔진(118)의 연소기(120)(예컨대, 연소실)에 전달될 수 있다.
IGCC 시스템(100)은 공기 분리부(ASU : 122)를 더 포함할 수 있다. 이 ASU(122)가 작동하여 예컨대 증류 기술을 사용해서 공기를 성분 가스로 분리할 수 있다. ASU(122)는 보충 공기 압축기(123)로부터 그에 공급되는 공기에서 산소를 분리할 수 있으며, 또한 ASU(122)는 분리된 산소가 산소 제어 밸브(124)를 통과한 후에 그 산소를 연료 분사기(104)에 전달할 수 있다. 추가적으로, ASU(122)는 분리된 질소가 질소 제어 밸브(125)나 희석 질소(DGAN) 압축기(126)를 통과한 후에 그 질소를 (예컨대, 냉각제(105)로서) 연료 분사기(104)에 전달할 수 있다. 산소 제어 밸브(124)와 질소 제어 밸브(125)는 제어 시스템에서 신호를 받아서, 연료 분사기(104)로 가는 산소와 질소의 유량을 조정할 수 있다.
DGAN 압축기(126)는 합성 가스의 적절한 연소를 방해하지 않도록, ASU(122)에서 받은 질소를 적어도 연소기(120)내의 압력과 동등한 압력 수준으로 압축할 수 있다. 따라서, 일단 DGAN 압축기(126)가 질소를 적절한 수준으로 적절히 압축하면, DGAN 압축기(126)는 압축된 질소를 가스 터빈 엔진(118)의 연소기(120)에 전달할 수 있다. 그 질소는 예컨대 배출 제어를 용이하게 하기 위한 희석제로 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 압축된 질소는 DGAN 압축기(126)에서 가스 터빈 엔진(118)의 연소기(120)에 전달될 수 있다. 가스 터빈 엔진(118)은 터빈(130), 구동축(131) 및 압축기(132) 그리고 연소기(120)를 포함할 수 있다. 이 연소기(120)는 연료 노즐에서 가압 분사될 수 있는 합성 가스와 같은 연료를 받을 수 있다. 이 연료는 압축된 공기 및 DGAN 압축기(126)에서 온 압축된 질소와 혼합되어 연소기(120) 내에서 연소될 수 있다. 이 연소로 고온의 가압된 배출 가스가 생성될 수 있다.
상기 연소기(120)는 배출 가스를 터빈(130)의 배출 출구 쪽으로 보낼 수 있다. 연소기(120)에서 나온 배출 가스가 터빈(130)을 통과함에 따라, 배출 가스에 의해 터빈(130)의 터빈 블레이드가 가스 터빈 엔진(118)의 축선을 따르는 구동축(131)을 회전시키게 된다. 도시된 바와 같이, 구동축(131)은 압축기(132)를 포함하여 가스 터빈 엔진(118)의 다양한 구성품에 연결되어 있다.
상기 구동축(131)은 터빈(130)을 압축기(132)에 연결하여 로터를 형성할 수 있다. 압축기(132)는 구동축(131)에 연결되는 블레이드를 포함할 수 있다. 따라서, 터빈(130)의 터빈 블레이드가 회전하면, 이 터빈(130)을 압축기(132)에 연결하는 구동축(131)이 압축기(132)내의 블레이드를 회전시키게 된다. 압축기(132)에 있는 블레이드의 이러한 회전으로 인해, 압축기(132)가 이 압축기(132)에 있는 공기 흡입부를 통해 받아 들여진 공기를 압축하게 된다. 그런 다음 압축 공기는 연소기(120)에 공급되어 연료 및 압축된 질소와 혼합되어 더 높은 연소 효율이 얻어질 수 있다. 구동축(131)은 또한 부하(134)에 연결될 수 있는데, 이 부하는 예컨대 발전소에서 전력을 생산하기 위한 발전기와 같은 정치식 부하일 수 있다. 사실, 부하(134)는 가스 터빈 엔진(118)의 회전 출력에 의해 동력을 받는 어떠한 적절한 장치도 될 수 있다.
IGCC 시스템(100)은 또한 증기 터빈 엔진(136) 및 열회수 증기 발생(HRSG) 시스템(138)을 포함할 수 있다. 증기 터빈 엔진(136)은 제 2 부하(140)를 구동시킬 수 있다. 이 제 2 부하(140)는 전력을 발생시키기 위한 발전기일 수도 있다. 그러나, 제 1 부하(134) 및 제 2 부하(140)는 가스 터빈 엔진(118)과 증기 터빈 엔진(136)으로 구동될 수 있는 다른 종류의 부하일 수도 있다. 또한, 도시된 실시 형태에서 보는 바와 같이, 가스 터빈 엔진(118)과 증기 터빈 엔진(136)이 별개의 부하(134, 140)를 구동시킬 수 있지만, 가스 터빈 엔진(118)과 증기 터빈 엔진(136)은 직렬 방식으로 사용되어 단일의 축을 통해 단일의 부하를 구동시킬 수도 있다. 증기 터빈 엔진(136)과 가스 터빈 엔진(118)의 특정 구성은 실시 특정적이고, 어떠한 부분의 조합이라도 포함할 수 있다.
상기 시스템(100)은 또한 HRSG(138)를 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(118)에서 나온 가열된 배출 가스는 HRSG(138)에 전달되어, 물을 가열하고 증기 터빈 엔진(136)에 동력을 주는데 사용되는 증기를 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대 증기 터빈 엔진(136)의 저압부에서 나온 배출물은 응축기(142) 안으로 보내질 수 있다. 이 응축기(142)는 냉각탑(128)을 사용해서, 가열된 물과 냉각된 물을 교환하게 된다. 냉각탑(128)은 응축기(142)에 저온의 물을 제공하여 증기 터빈 엔진(136)에서 응축기(142)에 전달된 증기를 응축하는 것을 도와 주는 작용을 한다. 냉각탑(128)에서 나온 물은 또한 연료 분사기(104)를 위한 냉각제(105)로서 또한 사용될 수 있다. 그리고, 응축기(142)에서 나온 응축물은 HRSG(138) 안으로 보내질 수 있다. 다시, 가스 터빈 엔진(118)에서 나온 배출물은 또한 HRSG(138)에 보내져 응축기(142)에서 온 물을 가열하여 증기를 생성시킬 수 있다.
IGCC 시스템(100)과 같은 병합 사이클 시스템에서, 고온의 배출물이 가스 터빈 엔진(118)으로부터 유동하여 HRSG(138)로 갈 수 있으며, 여기서 고압 고온의 증기를 발생시키는데 사용될 수 있다. 그리고 HRSG(138)에 의해 생성된 증기는 동력 발생을 위해 증기 터빈 엔진(136)을 통과할 수 있다. 또한, 생성된 증기는 이 증기가 사용될 수 있는 다른 처리부(기화기(106) 또는 연료 분사기(104)와 같은)에 냉각제(105)로서 공급될 수 있다. 가스 터빈 엔진(118) 발전 사이클은 종종 "토핑(topping) 사이클" 이라고 하며, 증기 터빈 엔진(136) 발전 사이클은 종종 "보터밍(bottoming) 사이클" 이라고 한다. 도 1 에 도시된 바와 같이 이들 두 사이클을 병합하면, IGCC 시스템(100)은 양 사이클에서 더 큰 효율을 얻을 수 있다. 특히, 토핑 사이클에서 나온 배출 열을 포집하여 보터밍 사이클에 사용될 증기를 발생키는데 사용할 수 있다.
다음은 연료 분사기(104)를 더 자세히 살펴 보면, 도 2는 일 실시 형태에 따른 연료 분사기(104)의 축방향 단면도이다. 축방향 축선(200)은 연료 분사기(104)의 중심을 통과한다. 연료 분사기(104)는 상류측(202)을 가지며 이 상류측에서 연료(101)와 산소(204)가 들어 올 수 있다. 산소(204)는 산소, 공기, 다른 산화제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 연료 분사기(104)는 CO2, 공기, 질소, 증기 또는 이들의 혼합물과 같은(이에 한정되지 않음) 다른 유체를 분사하도록 구성될 수도 있다. 연료 분사기(104)의 몸체는 팁 부분(206)을 포함하는데, 이 부분에서 연료(101)와 산소(204)가 배출된다. 따라서, 팁(206)은 물질의 출구가 된다. 다음 연료 분사기(104)의 도관을 살펴 보면, 이 도관은 연료 분사기(104)의 몸체를 통과하여 상기 팁(206) 쪽으로 연장되어 있다. 또한, 도관의 일 배치에 대해 설명하지만, 특정의 사용 요건에 따라 다른 배치도 가능하다. 구체적으로, 연료 분사기(104)를 통과하는 최내측 물질은 산소(204)인데, 이 산소는 제 1 도관(208)에 의해 팁(206)으로 보내진다. 제 1 도관(208)은 부분 산화를 위해 산소(204)를 공급한다.
다음 최외측 물질은 연료(101)인데, 이 연료는 제 2 도관(210)에 의해 팁(206)으로 보내진다. 따라서, 제 2 도관(210)은 동축 또는 동심 배치로 제 1 도관(208)을 둘러싼다. 연료(101)는 건식 연료, 슬러리 연료, 액체 연료 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 제 2 도관(210)은 연료(101)를 제 1 도관(208)에서 나오는 산소(204)의 바로 하류로 보내어 연료(101)와 산소(204)의 혼합을 개선시킨다. 제 1 도관(208)에서 나온 산소(204)와 연료(101)가 결합하는 영역을 예혼합 구역(212)이라고 한다. 일부 실시 형태에서는 예혼합 구역(212)이 생략될 수 있다. 다음 최외측 물질은 산소(204)인데, 이 산소는 제 3 도관(214)에 의해 연료 분사기(104)의 팁(206)으로 보내진다. 따라서, 제 3 도관(214)은 동축 또는 동심 배치로 제 2 도관(210)을 둘러싼다. 제 3 도관(214)은 연료(101)와 제 1 도관(208)에서 나온 산소(204)의 혼합물에 산소(204)를 보내어 효율적인 부분 산화를 위한 미세한 분무를 생성할 수 있다. 이 산소(204)는 질소와 같은 희석제를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 제 1 도관(208)으로 가는 산소(204) 및 제 3 도관(214)으로 가는 산소(204)는 예컨대 두 별개의 산소 제어 밸브(124)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 유동 제어 장치(216) 또는 유동 제어 요소는 제 1 도관(208) 안에 배치될 수 있다. 도 2에서 유동 제어 장치(216)는 벤튜리부로 구성되어 있다. 이 벤튜리부(216)는 모래 시계 형태의 내부(217)(예컨대, 수렴-발산형 통로)를 갖는 중공의 직원통(215)(예컨대, 원통형 외부)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 벤튜리부(216)의 외경(218)은 벤튜리부(216)의 내경(220) 보다 크다. 예컨대, 목부(219)에서 내경(220)에 대한 외경(218)의 비는 대략 100:1 내지 1.5:1, 50:1 내지 3:1 또는 25:1 내지 10:1 일 수 있다. 더욱이, 벤튜리부(216)의 내경(220)은 상류 수렴부(221)로부터 목부(219)까지 점진적으로 감소하며, 이 목부(219)로부터 유동 방향으로 하류 발산부(223)를 따라 팁(206) 쪽으로 가면서 점진적으로 증가하고 있다. 일부 실시 형태에서, 벤튜리부(216)의 내경(220)은 선형 또는 비선형 방식으로, 예컨대 직테이퍼 또는 곡테이퍼 형태로 변할 수 있다. 또한, 상류 수렴부(221)와 하류 발산부(223)의 경사는 다양한 실시 형태에서 증가 또는 감소 될 수 있다. 다양한 형태의 벤튜리부(216)가 제 1 도관(208)을 통과하는 산소(204) 또는 CO2, 공기, 질소, 증기 또는 이들의 조합물과 같은(이에 한정되지 않음) 다른 유체의 유량을 제한한다. 어떤 실시 형태에서는, 벤튜리부(216)를 통과하는 산소(204)의 질식(choked) 유동이 일어날 수 있는데, 이러한 유동에서는 산소(204)의 속도가 국부적으로 음속에 접근하게 된다. 질식 유동 중에는 하류 압력이 더 낮아져도 산소(204)의 질량 유량은 증가하지 않을 것이다. 연료 분사기(104)를 통과하는 산소(204)의 유량을 제한함으로써, 벤튜리부(216)는 연료 분사기(104)가 산소 제어 밸브(124) 또는 연료 제어 밸브(103)의 위치에 상관 없이 바람직한 범위내에서 작동하는데 도움이 될 수 있다. 예컨대, 산소 제어 밸브(124)가 완전 열림 위치에 있더라도, 벤튜리부(216)는 산소(204)의 유량을 예컨대 질식 유동과 같은 소정의 범위로 제한할 수 있다.
유동 제어 장치(예컨대, 벤튜리부)(216)는 제거가능한 삽입물(insert)이거나 제 1 도관(208)과 통합될(예컨대, 일체적으로) 수도 있다. 도시된 실시 형태에서, 벤튜리부(216)는 제거가능한 삽입물로 되어 있다. 따라서, 벤튜리부(216)가 제거가능하도록 벤튜리부(216)를 연료 분사기(104)에 고정하는 방법을 선택할 수 있다. 예컨대, 벤튜리부(216)의 외부(215)에 나사를 형성하여, 제 1 도관(208)의 내면에 있는 나사와 맞물리게 할 수 있다. 벤튜리부(216)의 이러한 제거가능한 구성에 의해, 유량을 다른 값으로 제한할 수 있는 다른 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부 또는 제한 오리피스)가 연료 분사기(104)에 설치될 수 있다. 예컨대, 기화기(106)는 더 높은 유량에서 작동하도록 수정될 수 있다. 연료 분사기(104)를 교체하지 않고, 산소(204) 또는 연료(101)의 유량을 더 높은 값으로 제한하도록 되어 있는 다른 제거가능한 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부 또는 제한 오리피스)를 연료 분사기(104)에 설치하여 기존의 벤튜리부(216)를 대체할 수 있다. 반대로, 기화기(106)가 더 낮은 유량에서 작동하도록 수정되면, 유동을 더 낮은 유량으로 제한하도록 되어 있는 다른 제거가능한 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부 또는 제한 오리피스)를 연료 분사기(104)에 설치하여 기존의 벤튜리부(216)를 대체할 수 있다. 따라서, 특정 용도의 요건에 따라, 여러개의 제거가능한 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부 또는 제한 오피리스) 중의 하나를 연료 분사기(104)에 설치하기 위해 선택할 수 있다. 다시 말해, 각각의 제거가능한 유동 제어 장치(216)는 하나 이상의 제거가능한 유동 제어 장치(216)와 선택적으로 교환될 수 있다. 하나 이상의 제거가능한 유동 제어 장치(216) 각각은 유동 제어 범위, 유동 제어 구조 또는 유동 통로의 기하학적 형상의 면에서 다를 수 있다. 하나 이상의 제거가능한 유동 제어 장치(216)와 선택적으로 교환될 수 있는 다른 유동 제어 장치(216)의 예를 아래에서 자세히 설명한다.
어떤 실시 형태에서, 벤튜리부(216)의 설치를 쉽게 하는데 도움이 되도록 제 1 도관(208)의 상류 직경(222)은 벤튜리부(216)의 외경(218) 보다 클 수 있다. 다시 말해, 벤튜리부(216)는 상류측(202)에서 연료 분사기(104) 안으로 설치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상류 직경(222)은 외경(218)과 대략 동일할 수 있다. 또한, 벤튜리부(216)가 작동 중에 제 1 도관(208) 안에 유지되는데 도움이 되도록 그 제 1 도관(208)의 하류 직경(224)은 벤튜리부(216)의 외경(218) 보다 작을 수도 있다. 구체적으로, 벤튜리부(216)는 팁(206)의 상류에서 제 1 도관(208) 안에 배치된다. 이렇게 팁(206) 근처에 배치되면, 벤튜리부(216)는 팁(206)으로부터 더 멀리(즉, 상류에) 배치되는 제어 밸브와 같은 다른 장치 보다 유량을 더 잘 제어할 수 있게 된다. 다른 실시 형태에서, 하류 직경(224)은 외경(218)과 대략 동일하거나 이 외경(218) 보다 클 수 있다. 이들 상이한 형태를 수용하기 위해, 나사 연결부, 억지끼워맞춤(interference fit), 나사 체결구(예컨대, 스크류나 볼트), 잠금핀, 접착제 또는 이들의 조합물을 포함한(이에 한정되지 않음) 다양한 체결구나 설치구를 사용하여 벤튜리부(216)를 제 1 도관(208) 안에 고정할 수 있다.
또한, 벤튜리부(216)는 연료 분사기(104)의 다른 구성품에 사용되는 것과 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 예컨대, 벤튜리부(216)는 금속, 세라믹, 서멧 또는 이들의 조합물로 만들어질 수 있다. 특정 실시 형태에서, 산소(204)에 노출되는 벤튜리부(216)의 내부(217)는 보호 코팅을 포함할 수 있는데, 이 코팅은 벤튜리부(216)의 나머지 부분에 사용되는 제 1 재료 보다 더 경질이고/경질이거나 더 내구적인 제 2 재료로 만들어질 수 있다. 예컨대, 상기 보호 코팅은 탄화 텅스텐으로 만들어질 수 있고, 벤튜리부(216)의 나머지 부분은 강으로 만들어질 수 있다. 벤튜리부(216)의 이러한 구성은 그 벤튜리부(216)의 내부(217)의 침식을 줄여 주어 벤튜리부(216)의 수명을 연장시키는데 도움이 될 수 있다.
아래에서 자세히 설명하겠지만, 벤튜리부(216)의 설치는 제 1 도관(208)에만 한정되는 것은 아니다. 유동 제어 장치(216)는 연료 분사기(104)의 도관들 중의 하나 이상에(예컨대, 하나, 둘 또는 세개 모두에) 사용될 수 있다. 예컨대, 일 실시 형태의 벤튜리부(216)가 연료 분사기(104)의 제 2 도관(210), 제 3 도관(214) 또는 다른 도관에 배치될 수 있다. 예컨대, 벤튜리부(216)는 또한 제 2 도관(210)을 통과하는 연료(101)의 유량 또는 제 3 도관(214)을 통과하는 산소(204)의 유량을 제한하는데도 사용될 수 있다. 또한, 연료 분사기(104)는 이 연료 분사기(104)의 도관을 통해 흐르는 하나 이상의 유체의 유량을 제한할 때는 하나 이상의 벤튜리부(216)를 포함할 수 있다. 예컨대, 벤튜리부(216)들이 산소(204), CO2, 공기, 질소, 증기 또는 이들의 조합물과 같은(이에 한정되지 않음) 가스의 유량을 제한하기 위해 연료 분사기(104)의 도관 안에 배치될 수 있다. 또한, 연료 분사기(104)의 도관은 건식 연료, 슬러리 연료, 액체 연료 또는 이들의 조합물과 같은(이에 한정되지 않음) 임의의 유형의 연료(101)의 유량을 제한하기 위한 벤튜리부를 포함할 수도 있다.
어떤 실시 형태에서, 연료 분사기(104)를 통과하는 유체 유동의 유동 분할 및/또는 비를 제어하기 위해 하나 이상의 벤튜리부(216)를 연료 분사기(104) 안에 배치할 수 있다. 일 실시 형태에서, 벤튜리부(216)가 제 1 도관(208) 또는 제 3 도관(214)에 배치되어 도관(208)과 도관(214) 사이의 산소(204)의 유동 분할을 제어할 수 있다. 예컨대, 제 1 벤튜리부(216)가 제 1 도관(208)에 배치될 수 있고 제 2 벤튜리부(216)는 제 3 도관(214)에 배치될 수 있다. 두 벤튜리부(216)는 제 1 도관(208)과 제 3 도관(214)을 통해 흐르는 산소(204)의 유량의 원하는 분할을 얻도록 구성될 수 있다. 예컨대, 하나 또는 두개의 벤튜리부(216)는 제 1 도관(208)내의 산소(204)의 유량이 제 3 도관(214)내의 산소의 유량 보다 크거나 또는 그 반대가 되도록 구성될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 벤튜리부(216)가 제 2 도관(210)(연료(101))에 배치되거나 또는 제 1 도관(208) 및/또는 3 도관(214)(산소(204))에 배치되어 연료/산소 비를 제어할 수 있다. 예컨대, 제 1 벤튜리부(216)가 제 1 도관(208)에 배치되고 제 2 벤튜리부(216)는 제 2 도관(210)에 배치될 수 있다. 그래서, 두 벤튜리부(216)는 산소(204)와 연료(101)의 유량의 원하는 분할 또는 비를 얻는데 도움이 되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 벤튜리부(216)는 제 1 도관(208)내의 산소(204)의 유량이 제 2 도관(210)내의 연료(101)의 유량 보다 크거나 또는 그 반대가 되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 연료 분사기(104)에 하나 이상의 벤튜리부(216)를 사용하면, 연료 분사기(104)의 하나 이상의 도관 사이의 원하는 유동비를 얻는데 도움이 될 수 있다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 연료 분사기(104)의 반경방향 단면도로, 도관(208, 210, 214)의 동축 배치를 도시한다. 유사하게, 도 2의 축방향 단면도는 도 3의 선 2-2을 따라 나타낸 것이다. 도시된 실시 형태에서, 도관(208, 210, 214) 각각은 반경방향 단면에서 보면 환형 벽을 갖는다. 또한, 도관(208, 210, 214)은 서로 동축 또는 동심이며, 그래서 산소(204)와 연료(101)가 동심 유동경로를 따라 함께 흐르게 된다. 제 3 도관(214)은 제 2 도관(210)과 제 1 도관(208) 모두를 둘러싸고, 제 2 도관(210)은 제 1 도관(208)을 둘러싼다. 벤튜리부(216)의 내부(217)는 제 1 도관(208) 내부에 있는 것으로 도시되어 있다. 예컨대, 하류부(223)는 목부(219)에서 부터 제 1 도관(208)으로 발산하는 것으로 나타나 있다. 벤튜리부(216)의 기하학적 형상은 제 1 도관(208)을 통과하는 유동을 제어하도록 선택된다. 또한, 제 1 도관(208)과 제 2 도관(210) 사이의 간격 및 제 2 도관(210)과 제 3 도관(214) 사이의 간격은 도관(208, 210, 214) 사이의 유동을 제어하도록 선택된다. 어떤 실시 형태에서, 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부 또는 제한 오리피스)는 제 1 도관(208)과 제 2 도관(210) 사이에 및/또는 제 2 도관(210)과 제 3 도관(214) 사이에 배치될 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 것과는 다른, 연료 분사기(104)를 통과하는 유동의 다른 구성도 가능하다. 예컨대, 연료(101)는 제 1 도관(208) 및/또는 제 3 도관(214)을 통과할 수 있다. 유사하게, 산소(204)는 제 2 도관(210)을 통과할 수 있다. 다시 말해, 연료 분사기(104)는 상기 유체 중 어느 것이든 또는 다른 유체가 연료 분사기(104)의 도관들 중 임의의 하나 이상을 통과하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 연료 분사기(104)에 있는 도관의 수는 도 3에 나타나 있는 도관의 수 보다 적거나 많을 수 있다(예컨대, 2 내지 10 개).
도 4는 유동 제어 장치(216)가 제 1 도관(208), 제 2 도관(210) 및 제 3 도관(214)에 배치되어 있는 연료 분사기(104)의 실시 형태를 나타내는 축방향 단면도이다. 도시된 실시 형태는 도관(208, 210, 214)으로 형성된 세개의 모든 통로에 서 유동 제어 장치를 포함하지만, 다른 실시 형태는 단지 하나 또는 두개의 유동 제어 장치(216)만 포함할 수도 있다. 도시된 실시 형태에서, 유동 제어 장치(216)는 제한 개구, 통로, 오리피스 또는 목부(230)를 포함한다. 도시된 유동 제어 장치(216)는 전술한 벤튜리부와 유사하게 기능하여 연료 분사기(104)의 도관(208, 210, 214)을 통과하는 유체의 유량을 제한할 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 유동 제어 장치(216)는 목부(230)로 이르는 수렴형 통로(232)를 포함한다. 예컨대, 상기 수렴형 통로(232)는 목부(230)에 이르는 원추형 통로 또는 만곡된 환형 통로일 될 수 있다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 수렴형 통로(232)의 직경(234)은 상류 단부 또는 입구(236)에서부터 목부(230)까지 점진적으로 감소한다. 다른 실시 형태에서, 유동 제어 장치(216)는 수렴형 통로(232)를 갖지 않고 갑작스럽게 목부(230)에 이를 수도 있는데, 예컨대 목부(230)로서 개구를 갖는 평판일 수 있다. 또한, 도 4의 유동 제어 장치(216)는 도 3 의 유동 제어 장치(216)(예컨대, 벤튜리부)와는 대조적으로 하류 발산부(예컨대, "223"으로 표시된 부분)를 갖지 않는다. 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 도관(208)내의 유동 제어 장치(216)는 축선(200)을 따라 중앙 목부(230)에 이르는 원추형의 수렴형 통로(232)를 갖는다. 제 1 도관(208)과 제 2 도관(210) 사이의 유동 제어 장치(216)는 환형이며, 따라서 수렴형 통로(232)와 목부(230)는 축선(200)을 중심으로 환형이다. 제 2 통로(210)와 제 3 통로(214) 사이의 유동 제어 장치(216) 역시 환형이며, 따라서 수렴형 통로(232)와 목부(230)는 축선(200)을 중심으로 환형이다. 도시된 실시 형태에서, 각각의 유동 제어 장치(216)는 상이한 기하학적 형상(예컨대, 수렴형 통로의 경사 또는 각도, 길이, 목부(230)의 직경 등)을 갖는다 또한, 유동 제어 장치(216)는 제거될 수 있으며 또한 도 5에 도시되어 있는 유동 제어 장치(216)와 같은 다른 유동 제어 장치(216)로 교환될 수도 있다.
또한, 어떤 실시 형태는 도 4에서 보는 바와 같이 연료 분사기(104)의 팁(20) 근처에 배치되는 냉각제실(240)을 포함할 수 있다. 냉각제는 냉각제 실(240)을 관류하여, 기화기(106)의 내부에서 발생되는 고온 가스로부터 연료 분사기(104)의 팁(206)을 보호하는데 도움을 줄 수 있다. 다른 실시 형태의 연료 분사기(104)는 도관(208, 210 또는 214)중의 하나 이상을 따르는 냉각제 통로를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유동 제어 장치(216)는 냉각을 용이하게 해주는 냉각제 통로를 포함할 수 있다.
도 5는 다양한 형태의 유동 제어 장치(216)의 개략적인 분해도로, 이 유동 제어 장치는 도 4의 연료 분사기(104)의 도관(208, 210 또는 214) 중의 하나 이상에 제거가능하게 결합될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 유동 제어 장치(216)는 다수의 교환가능한 유동 제어 장치(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270)를 포함하는데, 이들 유동 제어 장치는 다양한 점에서 서로 다른데, 예컨대 상이한 유동 제어 범위, 상이한 유동 제어 구조 및/또는 유동 통로의 상이한 기하학적 형상을 갖는다. 상기 유동 제어 장치(250, 252, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270)는 축방향 단면도로 나타나 있으며, 반면에 유동 제어 장치(254)는 평면도로 나타나 있다. 유동 제어 장치(216)는 도관 위치에 따라, 예컨대 중앙 도관(208) 또는 주변의 환형 도관(210 또는 214)에 따라 일체형 구성 또는 복수의 부분으로 된 구성을 가질 수 있다. 예컨대 유동 제어 장치(216)는 중앙 도관(208)에 배치된다면 일체형 구성을 가질 수 있으며, 외측의 환형 도관(210 또는 214)에 설치된다면 두 부분으로 된 구성을 가질 수 있다.
예컨대, 유동 제어 장치(256, 258, 264, 266, 268)는 상류 수렴부(221)와 하류 발산부(223)를 포함하므로 모두 벤튜리부라고 할 수 있다. 유동 제어 장치(256)의 목부(219)는 유동 제어 장치(258, 264, 266, 268)의 목부(219)(일반적으로 곡면형임)와 비교하여 일반적으로 예리한 가장자리를 갖는다. 또한, 목부(219)의 내경(220)은 상이할 수 있다. 예컨대, 유동 제어 장치(264)의 목부(219)의 내경은 유동 제어 장치(266)의 목부(219)의 내경(220) 보다 작다. 더욱이, 유동 제어 장치(256)의 내경(220)은 유동 제어 장치(266)의 내경(220)과 비교하여 직테이퍼를 가지면서 선형적으로 변하며, 상기 내경(220)은 곡테이퍼를 가지면서 비선형적으로 변한다. 또한, 유동 제어 장치(256, 258, 264, 266)의 상류부(221)와 하류부(223)는 일반적으로 목부(219)에 대해 대칭인 반면, 유동 제어 장치(268)의 상류부(221) 및 하류부(223)는 목부(219)에 대해 대칭이 아니다. 또한, 유동 제어 장치(256, 258)의 높이(272)는 유동 제어 장치(264, 266, 268)의 높이(272) 보다 크다.
유동 제어 장치(252, 262, 270)는 수렴형 통로(232)를 포함하지만, 하류의 발산부(예컨대, "223"으로 표시된 부분)는 갖지 않으며 또한 서로 다르다. 예컨대, 유동 제어 장치(252)의 수렴형 통로(232)는 유동 제어 장치(260, 262, 270)의 수렴형 통로(232)에서와 같은 테이퍼형이 아닌 계단형으로 되어 있다. 또한, 목부(230)의 직경(234)은 다를 수 있다. 예컨대, 유동 제어 장치(270)의 목부(230)의 직경(234)은 유동 제어 장치(252)의 목부(230)의 직경(234) 보다 작다. 더욱이, 유동 제어 장치(252)의 입구(236)의 직경(234)은 그 장치(252)를 수용하는 도관(208, 210, 214)의 직경(234) 보다 작다. 대조적으로, 유동 제어 장치(260, 262, 270)의 입구(236)의 직경(234)은 이 유동 제어 장치(260, 262, 270)가 배치되는 도관의 직경(234)과 대략 동일하다. 또한, 유동 제어 장치(252, 260, 270)는 환형 도관(210 또는 214) 안에 배치될 때는 내외측의 환형 요소를 포함한다. 대조적으로, 유동 제어 장치(262)는 환형 도관안에 배치될 때 단지 하나의 환형 요소만 포함한다.
유동 제어 장치(250, 254)는 앞에서 설명한 유동 제어 장치(252, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270)와 다르다. 예컨대, 유동 제어 장치(250)는 수렴형 통로(232)를 포함하지 않는다. 대신에, 직경(234)은 유동 제어 장치(250)의 목부(230) 전체에 걸쳐 대략 동일하게 유지된다. 따라서, 그 목부(230)는 제한 오리피스 또는 통로라고 할 수 있다. 그러나, 도시된 유동 제어 장치(216) 각각은 목부(230)를 갖는데, 이 목부 역시 제한 오리피스 또는 통로라고 할 수 있다. 유동 제어 장치(216) 간의 차이점은 상하류 통로(있다면), 치수 등에 관한 것이다. 유동 제어 장치(250)와 유사하게, 유동 제어 장치(254)는 서로 일정하게 또는 불규칙적으로 떨어져 있는 다수의 목부(230)를 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 유동 제어 장치(254)는 환형 통로, 예컨대 도관(210 또는 214)내에 설치되게 해주는 환형의 형상을 갖는다. 또한, 유동 제어 장치(254)에 있는 개구들 각각은 별도의 유동 제어 장치로 작용할 수 있는데, 이는 앞에서 설명한 유동 제어 장치(250, 252, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270) 중 어느 것과도 유사하게 형성될 수 있다. 유동 제어 장치(254)의 목부(230)는 서로 다를 수 있다. 예컨대, 목부(230)의 직경(234)은 모두 동일한 것은 아닐 수도 있다. 또한, 원형, 계란형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 등과 같은(이에 한정되지 않음) 다양한 형상이 목부(230)에 사용될 수 있다. 사실, 이러한 형상은 앞에서 설명한 유동 제어 장치들 중 어느 것에도 사용될 수 있다.
본 기재된 설명은 최선의 모드를 포함한 본 발명을 개시하고 또한 당업자로 하여금 본 발명을 실시(어떤 장치나 시스템을 만들어 사용하고 또한 어떤 관련된 방법을 수행하는 것을 포함하여)할 수 있게 해주는 실시예들을 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구 범위로 규정되며, 당업자가 생각할 수 있는 다른 실시예도 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예가 청구범위와 문언적으로 상이하지 않는 구성 요소를 갖거나 또는 청구범위와 문언적으로 실질적인 차이가 없는 등가적인 구성 요소를 포함한다면 그 청구범위에 속하는 것이다.
100 : 통합 가스 복합 사이클 101 : 연료원
102 : 공급원료 준비부 103 : 공급원료 제어 밸브
104 : 연료 분사기 105 : 냉각제
106 : 기화기 108 : 슬래그
110 : 가스 정화기 111 : 황
112 : 황 처리기 113 : 염
114 : 물처리부 116 : 탄소 포획 시스템
118 : 가스 터빈 엔진 120 : 연소기
122 : 공기 분리부(ASU) 123 : 공기 압축기
124 : 산소 제어 밸브 125 : 질소 제어 밸브
126 : DGAN 압축기 128 : 냉각탑
130 : 터빈 131 : 구동축
132 : 압축기 134 : 부하
136 : 증기 터빈 엔진 138 : 열회수 증기 발생 시스템
140 : 제 2 부하 142 : 응축기
200 : 축방향 축선 202 : 상류측
204 : 산소 206 : 팁 부분
208 : 제 1 도관 210 : 제 2 도관
212 : 예혼합 구역 214 : 제 3 도관
215 : 중공의 직원통 216 : 유동 제어 장치
217 : 모래 시계 형태의 내부 218 : 외경
219 : 목부 220 : 내경
221 : 상류 수렴부 222 : 상류 직경
223 : 하류 수렴부 224 : 하류 직경
230 : 목부 232 : 수렴형 통로
234 : 수렴형 통로의 직경 236 : 입구
240 : 냉각제실
250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270 : 교환가능한 유동 제어 장치

Claims (15)

  1. 기화 연료 분사기(104)를 포함하는 시스템으로서,
    상기 기화 연료 분사기는,
    팁 부분(206)을 갖는 몸체;
    상기 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 1 도관 (208);
    상기 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 2 도관 (210); 및
    상기 팁 부분(206)의 상류에서 상기 제 1 도관(208) 안에 배치되는 유동 제어 장치(216)를 포함하며,
    상기 유동 제어 장치(216)는 제 1 도관(208)을 통과하는 제 1 유동(204)을 제한하도록 되어 있는
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어 장치(216)는 벤튜리부를 포함하는
    시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어 장치(216)는 제한 오리피스를 포함하는
    시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어 장치(216)는 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)을 포함하는
    시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)은 다수의 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)과 선택적으로 교환가능하며, 다수의 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)의 각 삽입물은 상이한 유동 제어 범위, 상이한 유동 제어 구조 또는 유동 통로의 상이한 기하학적 형상을 갖는
    시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도관(208)과 제 2 도관(210)은 서로 동심인
    시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 도관(210)은 제 1 도관(208)을 둘러싸는
    시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어 장치(216)는 제 1 도관(208)과 제 2 도관(210) 사이의 유동 분할을 제어하는
    시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도관(208)은 가스를 유동시키도록 되어 있는 가스 도관을 포함하는
    시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스는 산소(204), 이산화탄소, 공기, 질소, 증기 또는 이들의 조합물을 포함하는
    시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도관(208)은 연료(101)를 유동시키도록 되어 있는 연료 도관을 포함하는
    시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 3 도관 (214)을 포함하며, 제 1 도관(208), 제 2 도관(210) 및 제 3 도관(214)은 서로 동심인
    시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화 연료 분사기(104)를 갖는 기화기(106)를 포함하는
    시스템.
  14. 연료 분사기(104)를 포함하는 시스템으로서,
    상기 연료 분사기는,
    팁 부분(206)을 갖는 몸체;
    상기 몸체를 통해 팁 부분(206) 쪽으로 연장되어 있는 제 1 도관 (208); 및
    상기 제 1 도관(208) 안에 배치되는 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)을 포함하며,
    상기 제거가능한 삽입물(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272)은 제 1 도관(208)을 통과하는 유동을 소정의 범위로 제한하는 유동 제어 요소를 포함하는
    시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료 분사기(104)는 기화 연료 분사기(104)를 포함하는
    시스템.
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