用於氣化燃料噴射的系統的製作方法

2023-05-15 07:01:51 1

專利名稱：用於氣化燃料噴射的系統的製作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及燃料噴射器，並且更具體而言，涉及用於氣化器的燃料噴射器。
背景技術：
多種燃燒系統採用燃料噴射器來將燃料噴射到燃燒室中。例如，整體氣化聯合循環(IGCC)動力裝置包括具有一個或多個燃料噴射器的氣化器。燃料噴射器將燃料(諸如有機給料)與氧和蒸汽一起供應到氣化器中，以產生合成氣。但是，現有的燃料噴射器可能不會以高的流率在大型氣化器中良好地運行。例如，在高流率下，現有的燃料噴射器可能無法完全霧化燃料，或者無法提供充分的混合。不幸的是，燃料的不完全的霧化或不充分的混合可降低燃料噴射器和氣化器的效率。·

發明內容
下面對在範圍方面與原本聲明的發明相當的某些實施例進行概述。這些實施例不意圖限制聲明的發明的範圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要概述。實際上，本發明可包括可能類似於或異於下面所論述的實施例的各種形式。在第一個實施例中，一種系統包括氣化燃料噴射器，氣化燃料噴射器包括構造成從第一燃料尖部中噴射出第一燃料流的第一燃料管道、構造成從第二燃料尖部中噴射出第二燃料流的第二燃料管道、構造成從第一氣體尖部中噴射出第一氣體流的第一氣體管道、構造成從第二氣體尖部中噴射出第二氣體流的第二氣體管道，以及構造成從第三氣體尖部中噴射出第三氣體流的第三氣體管道。第一燃料尖部或第二燃料尖部或第一氣體尖部或第二氣體尖部或第三氣體尖部中的至少一個遠離氣化燃料噴射器的出口而凹陷一距離。第一燃料管道和第二燃料管道以及第一氣體管道、第二氣體管道和第三氣體管道與彼此同軸。在第二個實施例中，一種系統包括燃料噴射器，燃料噴射器包括構造成從第一燃料尖部中噴射出第一燃料流的第一燃料管道、構造成從第二燃料尖部中噴射出第二燃料流的第二燃料管道、構造成從第一氧尖部中噴射出第一氧流的第一氧管道、構造成從第二氧尖部中噴射出第二氧流的第二氧管道，以及構造成從冷卻氣體尖部中噴射出冷卻氣體流的冷卻氣體管道。第一燃料管道和第二燃料管道、第一氧管道和第二氧管道以及冷卻氣體管道與彼此同軸。冷卻氣體管道包圍第一燃料管道和第二燃料管道以及第一氧管道和第二氧管道。在第三個實施例中，一種系統包括燃燒室和聯接燃燒室上的燃料噴射器。燃料噴射器包括構造成從第一燃料尖部中噴射出第一燃料流的第一燃料管道、構造成從第二燃料尖部中噴射出第二燃料流的第二燃料管道、構造成從第一氣體尖部中噴射出第一氣體流的第一氣體管道、構造成從第二氣體尖部中噴射出第二氣體流的第二氣體管道，以及構造成從第三氣體尖部中噴射出第三氣體流的第三氣體管道。第一燃料管道和第二燃料管道以及第一氣體管道、第二氣體管道和第三氣體管道與彼此同軸。第一燃料管道以第一徑向間隙包圍第一氣體管道，第二氣體管道以第二徑向間隙包圍第一燃料管道，第二燃料管道以第三徑向間隙包圍第二氣體管道，並且第三氣體管道以第四徑向間隙包圍第二燃料管道。第一徑向間隙、第二徑向間隙、第三徑向間隙和第四徑向間隙中的至少兩個與彼此不同。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面與優點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中
圖I是包括燃料噴射器的實施例的氣化器的橫截面側視 圖2是具有五個通道的燃料噴射器的實施例的軸 向橫截面；
圖3是具有五個通道的燃料噴射器的實施例的沿著圖2的線3-3得到的徑向橫截面； 圖4是具有七個通道的燃料噴射器的實施例的軸向橫截面；以及 圖5是用來控制具有五個通道的燃料噴射器的控制器的實施例的框圖。部件列表
106氣化器 150軸向軸線 152徑向軸線 154周向軸線 156 封罩
158第一端部部分 160第二端部部分 162中間部分 164頂壁 166底壁 168側壁 170隔熱件 172壁組件 174外部 176內部 178氣化室 180燃料噴射器 186縱向軸線 187 出口
188燃料噴射器和出口之間的距離
190噴射軸線
194指示流向的箭頭
196發散噴霧
204 出口軸線
206第一徑向間隙
208第二徑向間隙210第三徑向間隙
212第四徑向間隙
214第五徑向間隙
220上遊側
222尖部 224第一管道
226第二管道
228第三管道
230第四管道
232第五管道
234第一流
236第二流
238第三流
240第四流
242第五流
246第一尖部
248第二尖部
250第三尖部
252第四尖部
254第五尖部
256第一徑向尖部間隙
258第二徑向尖部間隙
260第三徑向尖部間隙
262第四徑向尖部間隙
264第五徑向尖部間隙
266第二尖部和第三尖部從第四尖部和第五尖部凹陷的距離268第一尖部從第四尖部和第五尖部凹陷的距離269預混合區域
270尖部相對於噴射軸線傾斜的角度
280第六管道
282第七管道
284第六流
286第七流
288第六尖部
290第七尖部
292第六徑向間隙
294第七徑向間隙
296第四尖部和第五尖部從第六尖部和第七尖部凹陷的距離298第二尖部和第三尖部從第六尖部和第七尖部凹陷的距離300第一尖部從第六尖部和第七尖部凹陷的距離
308用以控制燃料噴射器的系統
310第一氣體控制閥
312第一燃料控制閥
314第二氣體控制閥
316第二燃料控制閥
318第三氣體控制閥· 320控制器
322傳感器
324從傳感器傳輸到控制器的信號 326從控制器傳輸到閥的信號。
具體實施例方式下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力於提供對這些實施例的簡明描述，可能不會在說明書中對實際實現的所有特徵進行描述。應當理解，當例如在任何工程或設計項目中開發任何這種實際實現時，必須作出許多對實現而言專有的決定來實現開發者的具體目標，例如符合與系統有關及與商業有關的約束，開發人員的具體目標可根據不同的實現彼此有所改變。此外，應當理解，這種開發工作可能是複雜和耗時的，但儘管如此，對受益於本公開的普通技術人員來說，這種開發工作將是設計、生產和製造的例行任務。當介紹本發明的多種實施例的要素時，冠詞「一」、「該」和「所述」意於表示存在一個或多個該要素的意思。術語「包括」、「包含」和「具有」意於為包括性的，並且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。如下面論述的那樣，公開的實施例結合氣化燃料噴射器與不止一個管道，並且特別是5、6、7、8、9、10個或更多個管道。例如，燃料噴射器可包括布置成交替布置的燃料和氣體管道的五個或更多個管道。通過另外的示例，氣化燃料噴射器可包括從第一燃料尖部中噴射出第一燃料流的第一燃料管道和從第二燃料尖部中噴射出第二燃料流的第二燃料管道。氣化燃料噴射器也可包括從第一氣體尖部中噴射出第一氣體流的第一氣體管道、從第二氣體尖部中噴射出第二氣體流的第二氣體管道，以及從第三氣體尖部中噴射出第三氣體流的第三氣體管道。第一燃料尖部或第二燃料尖部或第一氣體尖部、第二氣體尖部或第三氣體尖部中的至少一個可遠離氣化燃料噴射器的出口而凹陷一距離。換句話說，不是氣化燃料噴射器的所有尖部都可與彼此齊平或者沿軸向彼此對準。尖部的這個沿軸向錯列的布置可基本改進燃料與氣體的混合，例如，氧、空氣、二氧化碳、氮或耐火焰氣體。氣化燃料噴射器可設置在氣化器中。另外，燃料噴射器的某些實施例可包括成同軸布置或同心布置的五個或更多個管道(例如，5、6、7、8、9、10個或更多個)，其中，同軸管道從燃料管道到氣體管道而交替，以改進燃料和氣體之間的混合。在具有上面提到的五個管道的實施例中，第一燃料管道和第二燃料管道以及第一氣體管道、第二氣體管道和第三氣體管道可與彼此同軸。因而，氣化燃料噴射器的管道之間的通道可具有環形形狀。通過將供應給氣化燃料噴射器的燃料分成第一燃料流和第二燃料流，氣化燃料噴射器可較好地霧化燃料，因為小的燃料流大體比大的燃料流較容易霧化。霧化可表示產生精細的液體噴霧。另外，在某些實施例中，兩個氣體管道可包圍第一燃料管道和第二燃料管道兩者。換句話說，第一燃料管道和第二燃料管道兩者可位於兩個氣體管道之間。兩個氣體管道所提供的對燃料流起作用的剪切力可進一步改進燃料的霧化。另外，使氣化燃料噴射器的尖部中的至少一個凹陷可提供較好的預混合，並且從而在離開氣化燃料噴射器之前，提供較好的燃料霧化。在另外的實施例中，在氣化燃料噴射器的管道之間的各個通道可由徑向間隙限定。徑向間隙中的至少兩個可與彼此不同。例如，可選擇氣體管道和/或燃料管道的徑向間隙，以改進燃料的霧化。在其它實施例中，第三氣體管道可包圍氣化燃料噴射器的其它管道，並且可噴射冷卻氣體流，諸如二氧化碳、氮或耐火焰氣體。冷卻氣體流可幫助降低第三氣體管道的溫度。由於氣化燃料噴射器的最外部管道可暴露於氣化器中產生的熱氣，使冷卻氣體流流過第三氣體管道可幫助將氣化燃料噴射器的溫度保持在閾值溫度之下，從而改進氣化燃料噴射器的總體壽命或使用時間。現在轉到附圖，圖I是包括燃料噴射器180的實施例的氣化器106的橫截面側視 圖。在另外的實施例中，燃料噴射器180可設置在類似的裝置中，諸如(但不限於)燃氣輪機發動機、內燃機、燃燒系統、鍋爐、反應器、燃燒器或其任何組合。如下面詳細論述的那樣，燃料噴射器180的各種實施例可包括五個或更多個管道(例如，5、6、7、8、9、10個或更多個)，以幫助改進流出燃料噴射器180的燃料的霧化。氣化器106可具有軸向軸線或方向150、徑向軸線或方向152和周向軸線或方向154。氣化器106包括封罩156,也稱為殼，封罩156起氣化器106的殼體或外殼的作用。封罩156包括第一端部部分158和第二端部部分160。中間部分162由封罩156的沿軸向位於第一端部部分158和第二端部部分160之間的區段限定。第一端部部分158和第二端部部分160分別包括穹頂形狀的頂壁164和三角形形狀(例如圓錐形形狀)的底壁166。平行於軸線150的側壁168 (例如環形側壁)設置在頂壁164和底壁166之間的中間部分162中。示出的實施例還包括同心地設置在封罩156的內部的隔熱件170。隔熱件170和封罩156形成壁組件172，壁組件172使氣化器106的外部174與氣化器106的內部176分開。內部176包括氣化室178或燃燒室，其中可發生高溫分解、燃燒、氣化或其組合。壁組件172構造成阻止熱傳遞，以及阻止氣態成分在氣化期間從內部176洩漏到外部174。另外，隔熱件170可構造成將封罩156的表面溫度保持在期望的溫度範圍內。因此，隔熱件170可包括被動防護、主動冷卻或其組合。例如，隔熱件170或耐火隔離襯套可由在暴露於高溫之後保持其預先確定的物理特性和化學特性的任何材料製成。在圖I中不出的實施例中，燃料噴射器180設置在封罩156的第一端部部分158的頂壁164中。燃料噴射器180相對於出口 187沿縱向偏移距離188，並且包括噴射軸線190，噴射軸線190確定源自燃料噴射器180的流的一般定向。燃料噴射器180可構造成將燃料、氧(例如空氣)、冷卻氣體(例如二氧化碳、氮或耐火焰氣體)或燃料、氧和冷卻氣體的混合物噴射到氣化室178中。例如，燃料噴射器180可噴射呈含碳給料(諸如煤、石油或生物量)的形式的燃料。實際上，燃料噴射器180可噴射適於通過氣化來產生合成氣體或合成氣的任何材料(例如，有機材料，諸如廢木或廢塑料)。在某些實施例中，燃料可為液體漿，諸如煤漿。在其它實施例中，燃料噴射器180或者可單獨地或者可與適當的燃料結合起來噴射受控制的量的氧和/或蒸汽。在示出的實施例中，噴射軸線190平行於軸線150且垂直於氣化器106的徑向軸線152。換句話說，噴射軸線190平行於縱向軸線186。這種特徵具有這樣的效果，即，在使用期間，如箭頭194指示的那樣沿大體向下的方向(例如下遊流方向)引導從燃料噴射器180中排出的流體流通過氣化室178。在某些實施例中，噴射軸線190可遠離縱向軸線186而以在大約O度至45、0度至30度、O度至20度或O度至10度之間的角度定向。另外，燃料噴射器180的某些實施例可提供發散噴霧，例如，源自燃料噴射器180的流體流可如參考標號196指示的那樣沿大體向下的方向(例如下遊流方向)朝側壁168向外發散。在氣化器106的示出的實施例中，產生的合成氣通過出口 187沿著大體由出口軸線204限定的路徑從氣化器106中排出。也就是說，合成氣通過氣化器106的底壁166中的位置而離開氣化器106。但是，應當注意，本文公開的氣化器設 計可用於多種其它氣化系統，在其中，出口不設置在底壁中。例如，公開的實施例可與曳出流氣化器結合起來使用。在這樣的實施例中，通過氣化室178的流的方向可向上通過氣化器106，即，沿與箭頭194相反的方向。在這些系統中，產生的合成氣可離開位於氣化器106的頂壁164上或附近的出口，而熔渣可通過底壁166離開。對於另外的示例，可在流化床氣化器中採用公開的實施例。同樣，在這樣的裝置中的出口可位於氣化器106的頂壁164附近，因為流的方向大體是向上的。圖2是根據實施例的燃料噴射器180的軸向橫截面。如圖2中顯示的那樣，噴射軸線190穿過燃料噴射器180的中心。燃料噴射器180具有上遊側220，給料、氧、冷卻氣體和其它材料可源自上遊側220。燃料噴射器180還具有尖部222，給料、氧、冷卻氣體和其它材料可在該處離開。因而，尖部222是用於材料的出口。接下來轉到燃料噴射器180的管道，雖然將描述管道的一個布置，但是其它布置是可行的，這取決於特定應用的要求。具體而言，燃料噴射器180包括第一管道224、第二管道226、第三管道228、第四管道230和第五管道232。管道224、226、228、230和232是燃料噴射器180的幫助導引或引導材料通過燃料噴射器180的結構元件。如圖2中顯示的那樣，第二管道226包圍第一管道224，第三管道228包圍第二管道226，第四管道230包圍第三管道228，並且第五管道232包圍第四管道230，它們全部都成同軸布置或同心布置。因而，示出的實施例具有五個同軸或同心管道224、226、228、230和232，它們可為環形形狀、橢圓形形狀、長方形形狀或任何其它形狀。第一管道224供應第一流234，第二管道226供應第二流236，第三管道228供應第三流238，第四管道230供應第四流240，並且第五管道232供應第五流242，它們全部都成同軸布置或同心布置。在某些實施例中，五個同軸管道224、226、228、230和232可構造成提供呈交替布置的燃料和氣體流的流234、236、238、240和242，以增強燃料的混合和霧化。例如，第一流234可為第一氣體流，第二流236可為第一燃料流，第三流238可為第二氣體流，第四流240可為第二燃料流，並且第五流242可為第三氣體流。第一燃料流和第二燃料流可為相同的或不同的。例如，第一燃料流和第二燃料流兩者可為液體燃料，兩者可為氣態燃料，兩者可為含碳給料，或者一個可為液體燃料，而一個可為氣態燃料。類似地，第一氣體流、第二氣體流和第三氣體流可為相同的或不同的。例如，第一氣體流、第二氣體流和第三氣體流中的所有三個均可為氧，氣體流中的兩個可為氧，並且一個可為冷卻氣體，或者一個可為氧，一個可為氮，並且一個可為二氧化碳。在一個實施例中，第一燃料流和第二燃料流可為液體燃料，諸如煤漿，第一氣體流和第二氣體流可為氧，而第三氣體流可為二氧化碳或氮。如圖2中顯示的那樣，流234、236、238、240和242流過管道224、226、228、230和232之間的通道或空間。第一氣體流、第二氣體流和第三氣體流可包括氧、冷卻氣體、蒸汽或其任何組合。在這樣的實施例中，第一燃料流236由第一氣體流234和第二氣體流238包圍。類似地，第二燃料流240由第二氣體流238和第三氣體流242包圍。換句話說，第一燃料流236和第二燃料流240兩者被兩個氣體流包圍，或者包圍在兩個氣體流之間。因而，兩個氣體流在相反的側(例如徑向內側和徑向外側)對燃料流起作用，這可幫助剪切或打碎燃料流，從而改進燃料的霧化。另外，管道224、226、228、230和232中的一個或多個可流材料的混合物。如圖2中顯示的那樣，第一流234從第一尖部246中噴射出，第二流236從第二尖部248中噴射出，第三流238從第三尖部250中噴射出，第四流240從第四尖部252中噴射
出，並且第五流242從第五尖部254中噴射出。另外，燃料噴射器180的各個管道由鄰近的管道之間的徑向間隙或距離限定。具體而言，第一管道224具有第一徑向尖部間隙256(例如直徑)，第二管道226在第一管道224和第二管道226之間具有第二徑向尖部間隙258，第三管道228在第二管道226和第三管道228之間具有第三徑向尖部間隙260，第四管道230在第三管道228和第四管道230之間具有第四徑向尖部間隙262，並且第五管道232在第四管道230和第五管道232之間具有第五徑向尖部間隙264。如圖2中顯示的那樣，不是所有徑向尖部間隙256、258、260、262和264都可為相同的。例如，徑向尖部間隙256、258、260、262和264中的至少兩個可與彼此不同。更具體而言，第二徑向尖部間隙258和第四徑向尖部間隙262可大於第三徑向尖部間隙260和第五徑向尖部間隙264。在某些實施例中，第二徑向尖部間隙258或第四徑向尖部間隙262與第三徑向尖部間隙260或第五尖部徑向間隙 264 的比可在大約 I. 1:1 至 35:1、1· 2:1 至 20:1、2:1 至 15:1、2· 3:1 至 15:1、2· 4:1 至10:1、2. 5:1至5:1或3:1至5:1之間。例如，第一徑向尖部間隙256可在大約2. 5 cm至5.1 cm、3. O cm至4. 6 cm或3. 6 cm至4. I cm之間。第二徑向尖部間隙258可在大約I. 3cm至2. 5 cm、I. 5 cm至2. 3 cm或I. 8 cm至2. O cm之間。第三徑向尖部間隙260可在大約O. 3 cm至2. 5 cm、0. 5 cm至2. O cm或I. O cm至I. 5 cm之間。第四徑向尖部間隙262可在大約O. 3 cm至2. 5 cm、0. 5 cm至2. O cm或I. O cm至I. 5 cm之間。第五徑向尖部間隙264可在大約O. I cm至I. 3 cm、0. 3 cm至I. O cm或O. 5 cm至O. 8 cm之間。較小的第三徑向尖部間隙260和第五徑向尖部間隙264可導致第三流238和第五流242以比第二流236和第四流240通過第二管道226和第四管道230更高的速度流過第三管道228和第五管道232。換句話說，氣體可以比通過較大的通道更高的氣體流速度流過較小的通道。另夕卜，流控制元件(諸如控制閥)可用來控制氣體源處的氣體速度。因而，第二氣體流238和第三氣體流242的較高的氣體流速度可改進第二燃料流240的霧化。換句話說，提高第二氣體流238和第三氣體流242的氣體流速度可增加第二燃料流240的剪切或湍流，從而改進燃料流的霧化。類似地，第一氣體流234和第二氣體流238的較高的氣體流速度可改進第一燃料流236的霧化。在某些實施例中，第一氣體流234、第二氣體流238或第三氣體流242的氣體流速度可在大約45 m/s至230 m/s、75 m/s至200 m/s或110 m/s至170 m/s之間。相比之下，第一燃料流236或第二燃料流240的流速度可在大約5 m/s至25 m/s、10 m/s至20 m/s或15 m/s至17 m/s之間。因而,氣體流速度與燃料流速度的比可在大約5:1 至 50:1、7:1 至 30: I、10:1 至 25: I、13:1 至 15:1 或 15:1 至 20:1 之間。如圖2中顯示的那樣，不是燃料噴射器180的所有尖部246、248、250、252和254與彼此齊平或者沿軸向與彼此對準。例如，第二尖部252和第三尖部250可從第四尖部252和第五尖部254凹陷距離266。在某些實施例中，距離266可在大約3 cm至10 cm、4 cm至9 cm或5 cm至8 cm之間。類似地，第一尖部246可從第四尖部252和第五尖部254凹陷距離268。在某些實施例中，距離268可在大約2 cm至20 cm、4 cm至18 cm或6 cm至16cm之間。在其它實施例中，尖部246、248、250、252和254的布置可不同於圖2中顯示的那個。例如，尖部246、248、250、252和254中的一個、兩個、三個或四個可從燃料噴射器180的尖部222凹陷。通過使尖部246、248、250、252和254中的至少一個凹陷，流過燃料噴射器180的材料可以能夠在離開尖部222之前在預混合區域269中混合。換句話說，使尖部246、248、250、252和254中的至少一個凹陷可為流過燃料噴射器180的材料在到達尖部222之前提供預混合。流過燃料噴射器180的材料的這種預混合可進一步改進第一燃料流236和第二燃料流240的霧化。另外，尖部246、248、250、252和254的沿軸向凹陷的布置可幫助保護內部尖部(例如尖部246、248、250和252)不受氣化器106內的熱氣的影響。·如圖2中顯示的那樣，燃料噴射器180的尖部246、248、250、252和254中的一個或多個可相對於(例如朝向)噴射軸線190傾斜角度270。換句話說，管道224、226、228、230和232可在燃料噴射器180的尖部222處朝彼此會聚。管道224、226、228、230和232的這種布置可幫助加強材料在燃料噴射器180的預混合區域269中的預混合。換句話說，流過燃料噴射器180的預混合區域269的材料被引導向彼此，從而提高第一燃料流236和第二燃料流240的湍流和霧化。在某些實施例中，角度270可在大約10度至50度、15度至45度或20度至40度之間。為了從不同的視角示出上面描述的管道的結構，圖3是燃料噴射器180的實施例的沿著圖2中標為3-3的線得到的徑向橫截面。對應地，沿著圖3中標為2-2的線指示圖2的軸向橫截面。與圖2中顯示的那些一樣的元件標有相同的參考標號。在所顯示的特定的實施例中，管道224、226、228、230和232中的各個在徑向橫截面上表現為環形環。因而，環形管道224、226、228、230和232與彼此同軸或同心，從而提供流234、236、238、240和242的協流。另外，燃料噴射器180的各個管道由鄰近的管道之間的距離或徑向間隙限定。具體而言，第一管道224具有第一徑向間隙206 (例如直徑),第二管道226在第一管道224和第二管道226之間具有第二徑向間隙208，第三管道228在第二管道226和第三管道228之間具有第三徑向間隙210，第四管道230在第三管道228和第四管道230之間具有第四徑向間隙212，並且第五管道232在第四管道230和第五管道232之間具有第五徑向間隙214。如圖3中顯示的那樣，不是全部徑向間隙206、208、210、212和214都可為相同的。例如，徑向間隙206、208、210、212和214中的至少兩個可與彼此不同。另外，徑向間隙206、208、210、212和214可分別不同於對應的徑向尖部間隙，即256、258、260、262和264。例如，第一徑向間隙206可大於第一徑向尖部間隙256。另外，徑向間隙206、208、210、212和214和/或徑向尖部間隙256、258、260、262和264可構造成調節傳送通過管道的材料的流率。例如，減小徑向間隙或徑向尖部間隙可提高流過管道的材料的氣體流速度。類似地，增大徑向間隙或徑向尖部間隙可降低流過管道的材料的氣體流速度。除了圖3中示出的之外，通過燃料噴射器180的流的其它布置也是可行的。例如，第五管道232可流冷卻氣體242。例如，冷卻氣體242可包括(但不限於)二氧化碳、氮、 耐火焰氣體等。冷卻氣體242可不參與氣化器106內的燃燒，但是可幫助冷卻燃料噴射器 180。例如，第五管道232可更有可能暴露於氣化器106內產生的熱氣。由於高溫的原因， 持續暴露於熱氣可導致燃料噴射器180破裂以及最終失效。因而，流過第五管道232的冷 卻氣體242可幫助從熱氣中移除熱，從而保護第五管道232不受高溫的作用的影響，以及延 長燃料噴射器180的壽命。另外，通過包圍其它管道224、226、228和230，冷卻氣體242可 幫助保護這些管道不受氣化器106內產生的熱氣的高溫作用的影響。此外，燃燒可在進一 步遠離第五尖部254處發生，因為冷卻氣體242是不可燃的。換句話說，冷卻氣體242可幫 助推動任何火焰或燃燒進一步遠離第五尖部254，從而減少火焰對燃料噴射器180的附著。 在其它實施例中，冷卻氣體可流過燃料噴射器180的另一個管道，或者流過不止一個管道。圖4是根據實施例的燃料噴射器180的軸向橫截面。與圖2中顯示的那些一樣的 元件標有相同的參考標號。如圖4中顯示的那樣，燃料噴射器180包括第六管道280和第 七管道282。因而，燃料噴射器180供應第六流284和第七流286。在某些實施例中，第六 流284可為第三燃料流，並且第七流286可為第四氣體流。因而，第三燃料流284可由兩個 氣體流包圍，即第三氣體流242和第四氣體流286。如圖4中顯示的那樣，第六管道280包 括第六尖部288，並且第七管道282包括第七尖部290。第六尖部288和第七尖部290兩者 可朝噴射軸線190會聚。第六管道280可由第五管道232和第六管道280之間的第六徑向 間隙292限定，並且第七管道282可由第六管道280和第七管道282之間的第七徑向間隙 294限定。如圖4中顯示的那樣，第六徑向間隙292可大於第七徑向間隙294。因而，第三氣 體流242和第四氣體流286的氣體流速度可大於第三燃料流284的速度。再次，各個燃料 流夾在鄰近的速度較高的氣體流之間會增強燃料的混合和霧化。另外，燃料噴射器180的 尖部相對於彼此沿軸向錯列，或者相對於彼此不齊平。再次，尖部沿軸向錯列地布置會增強 燃料和氣體流的混合。例如，第四尖部252和第五尖部254從第六尖部288和第七尖部290 凹陷距離296。在某些實施例中，距離296可在大約1 cm至10 cm、2 cm至9 cm或3 cm至 8 cm之間。第二尖部248和第三尖部250從第六尖部288和第七尖部290凹陷距離298。 在某些實施例中，距離298可在大約2 cm至20 cm、4 cm至18 cm或6 cm至16 cm之間。 類似地，第一尖部246從第六尖部288和第七尖部290凹陷距離300。在某些實施例中，距 離300可在大約6 cm至30 cm、9 cm至27 cm或12 cm至24 cm之間。通過將通往燃料噴 射器180的燃料分成第一燃料流236、第二燃料流240和第三燃料流284，與具有較少燃料 流的燃料噴射器相比，燃料噴射器180可為燃料提供改進的霧化。換句話說，隨著燃料的流 率的減小，燃料的霧化可改進。例如，流率較低的燃料可比流率較厚的燃料更薄，並且更易 於霧化，因為較薄的流率具有較低的動量。在其它方面，圖4中顯示的、具有七個管道的燃 料噴射器180可類似於圖2中顯示的、具有五個管道的燃料噴射器180。在其它實施例中， 燃料噴射器180的管道和流的布置可不同於圖2-4中顯示的那個。圖5是可用來控制燃料噴射器180的系統308的實施例的框圖。如圖5中顯示的 那樣，燃料噴射器180包括五個管道224、226、228、230和232，如圖2和3中示出的那樣。第 一氣體控制閥310或任何其它類型的流控制元件可用來調節第一氣體流234的流率。類似 地，第一燃料控制閥312可用來調節第一燃料流236的流率，第二氣體控制閥314可用來調 節第二氣體流238的流率，第二燃料控制閥316可用來調節第二燃料流240的流率，並且第三氣體控制閥318可用來控制第三氣體流242的流率。控制器320可用來控制控制閥310、 312、314、316和318。具體而言，一個或多個傳感器322可將信號324傳輸給控制器320。 來自傳感器322的信號324可指示氣化器106、氣化器106的氣化室178或包括氣化器106 的氣化系統的一個或多個運行參數或狀況。基於來自傳感器322的輸入，控制器320可將 一個或多個信號326傳輸給控制閥310、312、314、316和318。例如，傳感器322可指示氣 化器106的的溫度高於閾值。因而，控制器320可將信號326發送給控制閥310、312、314、 316和318中的一個或多個，以降低第一氣體流234、第一燃料流236、第二氣體流238、第二 燃料流240或第三氣體流242的流率中的一個或多個。備選地，傳感器322可指示氣化器 106的的溫度低於閾值。因而，控制器320可傳輸信號326，以使控制閥310、312、314、316或 318中的一個或多個打開更多。在其它實施例中，控制器320可用來控制第三氣體242所提 供的冷卻的量，或流過燃料噴射器180的不同的燃料的比。例如，控制器320可調節流過燃 料噴射器180的熱值低的燃料與熱值高的燃料的比。在其它實施例中，控制器320可用來 控制燃料-氣體比，例如，燃料與空氣的比，或者燃料與氧的比。在另外的實施例中，控制器 320可用來改變燃料和氣體流之間的速度比，從而調節燃料和氣體流之間的剪切量，並且從 而，調節燃料的霧化量。因而，控制器320可與燃料噴射器180的構造一起用來幫助改進流 出燃料噴射器180的燃料的霧化。 本書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域任何技術人 員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統，以及實行任何結合的方法。本發明的 可取得專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這 樣的其它示例具有不異於權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求 的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意於處在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種系統，包括 氣化燃料噴射器(180)，其包括 構造成從第一燃料尖部(248)中噴射出第一燃料流(236)的第一燃料管道(226)； 構造成從第二燃料尖部(252)中噴射出第二燃料流(240)的第二燃料管道(230)； 構造成從第一氣體尖部(246)中噴射出第一氣體流(234)的第一氣體管道(224)； 構造成從第二氣體尖部(250)中噴射出第二氣體流(238)的第二氣體管道(228);以及 構造成從第三氣體尖部(254)中噴射出第三氣體流(242)的第三氣體管道(232)，其中，所述第一燃料尖部(248)或所述第二燃料尖部(252)或所述第一氣體尖部(246)或所述第二氣體尖部(250)或所述第三氣體尖部(254)中的至少一個遠離所述氣化燃料噴射器(180)的出口 (222)而凹陷一距離(266，268)，其中，所述第一燃料管道(226)和所述第二燃料管道(230)以及所述第一氣體管道(224)、所述第二氣體管道(228)和所述第三氣體管道(232)與彼此同軸。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述系統包括具有所述氣化燃料噴射器(180)的氣化器(106)。
3.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一燃料管道(226)設置在所述第一氣體管道(224)和所述第二氣體管道(228)之間，或者所述第二燃料管道(230)設置在所述第二氣體管道(228)和所述第三氣體管道(232)之間，或者呈它們的組合的方式。
4.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一燃料管道(226)以第一徑向間隙(258)包圍所述第一氣體管道(224)，所述第二氣體管道(228)以第二徑向間隙(260)包圍所述第一燃料管道(226)，所述第二燃料管道(230)以第三徑向間隙(262)包圍所述第二氣體管道(228)，並且所述第三氣體管道(232)以第四徑向間隙(264)包圍所述第二燃料管道(230)。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述第一徑向間隙(258)、所述第二徑向間隙(260)、所述第三徑向間隙(262)或所述第四徑向間隙(264)中的至少兩個與彼此不同。
6.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述第一徑向間隙(258)和所述第三徑向間隙(262)大於所述第二徑向間隙(260)和所述第四徑向間隙(264)。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述第一徑向間隙(258)和所述第三徑向間隙(262)是所述第二徑向間隙(260)和所述第四徑向間隙(264)的I. I至35倍。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述第一徑向間隙(258)和所述第三徑向間隙(262)是所述第二徑向間隙(260)和所述第四徑向間隙(264)的3至5倍。
9.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述第一燃料尖部(248)和所述第二燃料尖部(252)以及所述所述第一氣體尖部(246)、所述第二氣體尖部(250)和所述第三氣體尖部(254)各自朝所述氣化燃料噴射器(180)的縱向軸線(190)會聚。
10.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述第一燃料管道(226)和所述第二氣體管道(228)相對於所述第二燃料管道(230)和所述第三氣體管道(232)沿軸向凹陷，並且所述第一氣體管道(224)相對於所述第一燃料管道(226)和所述第二氣體管道(228)沿軸向凹陷。
11.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成從第三燃料尖部(288)中噴射出第三燃料流(284)的第三燃料管道(280)和構造成從第四氣體尖部(290)中噴射出第四氣體(286)的第四氣體管道(282)，所述第三燃料管道(280)以第五徑向間隙(292)包圍所述第三氣體管道(232)，並且所述第四氣體管道(282)以第六徑向間隙(294)包圍所述第三燃料管道(280)。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述第一徑向間隙(258)、所述第三徑向間隙(262)和所述第五徑向間隙(292)大於所述第二徑向間隙(260)、所述第四徑向間隙(264)和所述第六徑向間隙(294)。
13.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述氣化燃料噴射器(180)構造成以第一燃料速度噴射所述第一燃料流(236)，以第二燃料速度噴射所述第二燃料流(240)，以第一氣體速度噴射所述第一氣體流(234)，以第二氣體速度噴射所述第二氣體流(238)，以及以第三氣體速度噴射所述第三氣體流(242)，其中，所述第一氣體速度、所述第二氣體速度或所述第三氣體速度大於所述第一燃料速度和所述第二燃料速度。
14.根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述第一氣體速度、所述第二氣體速度和所述第三氣體速度是所述第一燃料速度和所述第二燃料速度的5至50倍。
15.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述第一氣體流(234)和所述第二氣體流(238)中的至少一個包括氧，其中，所述第三氣體流(242)包括二氧化碳、氮、耐火焰氣體或其組合，以及其中，所述第一燃料流(236)和所述第二燃料流(240)包括含碳給料。
全文摘要
本發明涉及用於氣化燃料噴嘴的系統。一種系統包括氣化燃料噴射器，其包括構造成從第一燃料尖部中噴射出第一燃料流的第一燃料管道、構造成從第二燃料尖部中噴射出第二燃料流的第二燃料管道、構造成從第一氣體尖部中噴射出第一氣體流的第一氣體管道、構造成從第二氣體尖部中噴射出第二氣體流的第二氣體管道，以及構造成從第三氣體尖部中噴射出第三氣體流的第三氣體管道。第一燃料尖部、第二燃料尖部、第一氣體尖部、第二氣體尖部或第三氣體尖部中的至少一個遠離氣化燃料噴射器的出口而凹陷一距離。第一燃料管道和第二燃料管道以及第一氣體管道、第二氣體管道和第三氣體管道與彼此同軸。
文檔編號F23D17/00GK102954472SQ201210283589
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者S.施, S.S.塔爾亞, C.迪努 申請人:通用電氣公司