紧凑高效率燃气发生器制造技术

一种燃气发生器系统（１０），包括具有陶瓷基体复合物（ＣＭＣ）衬套的汽化腔筒管，适于由流过汽化腔筒管的熔渣在衬套的内表面上形成固化熔渣保护层。汽化系统（１０）还包括具有ＣＭＣ衬套的换热器（ＨＥＸ）淬火筒管（２６），该衬套适于由流过ＨＥＸ淬火筒管（２６）的熔渣在衬套内表面上形成固化熔渣保护层。另外，ＨＥＸ淬火筒管（２６）包括平行板ＨＥＸ芯部，该芯部包括多个ＣＭＣ板。ＣＭＣ板适于由流过ＨＥＸ淬火筒管（２６）的熔渣在每个相应ＣＭＣ板的外表面上形成固化熔渣保护层。另外，每个ＣＭＣ板包括多个内部冷却剂通道，适于使流过ＨＥＸ淬火筒管（２６）的热产物与流过内冷却剂通道的冷却剂进行废显热的交换。由冷却剂吸收的废显热通过在汽化系统的各个操作阶段使用加热冷却剂而由汽化系统恢复。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及用于将诸如煤或石油焦(petcoke)的煤原体(precursor)转换为合成气体的燃气发生器。更具体地，本专利技术涉及一种紧凑的高效率的单级燃气发生器。
技术介绍
电力和电动系统正在变得普遍适用而且人们也不断地想要寻找动力源。例如，多种系统可将各种石化化合物诸如煤和石油焦转化为电能。此外，这种石化化合物用于产生各种其他材料，诸如用于驱动蒸汽动力涡轮机的蒸汽。将煤和石油焦汽化为合成气体，例如氢气和一氧化碳的混合物，是一种用在石化和气态动力涡轮机行业中的公知工业过程。在最近20年内，使用附连(entrained)流煤炭燃气发生器已经变为在合成气体的生产过程中的一道非常普通的过程。但是，这些附连流燃气发生器没有使用具有再生冷却硬件的快速混合注射器技术。由于没有使用这种技术，所以燃气发生器的容积和资本成本比必需的要高很多，而燃气发生器的热效率，即冷气效率(CGE)比理论的可能值低很多。人们非常期望降低燃气发生器的总成本，提高汽化系统的CGE。
技术实现思路
在一项优选实施例中，本专利技术提供一种用于将含碳材料转化为气体产物的紧凑、高效率燃气发生器系统。该燃气发生器系统包括在汽化腔筒管中有效地“自由飘动”的陶瓷集体复合物(CMC)衬套。该CMC衬套适于由流过所述汽化腔筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层。该燃气发生器系统还包括连接至汽化腔筒管的收缩筒管，也包括适于由流过所述汽化腔筒管的熔渣在衬套的内表面上形成固化熔渣保护层的CMC衬套。该汽化系统还包括连接至收缩筒管的换热器(HEX)淬火筒管，也包括-->由流过所述汽化腔筒管的熔渣在衬套的内表面上形成固化熔渣保护层的CMC衬套。另外，HEX淬火筒管包括平行板HEX芯部，该芯部包括多个CMC板。CMC板适于由流过HEX淬火筒管的熔渣、在每个相应CMC板的外表面上、形成固化熔渣保护层。另外，每个CMC板包括多个内部冷却剂通道，适于使流过HEX淬火筒管的热产物与流过内冷却剂通道的冷却剂进行废显热的交换。由冷却剂吸收的废显热通过在汽化系统的各个操作阶段使用加热冷却剂而由汽化系统恢复。本专利技术的特征、功能和优势可在本专利技术的各个实施例中独立地实现或者可在其他实施例中结合得到。附图说明本专利技术将通过详细说明和附图变得清楚明了。图1是根据本专利技术一项优选实施例的燃气发生器系统的图示；图2是用于图1所示的燃气发生器系统的示例性质量/能量平衡表的图示；图3是根据本专利技术一项实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的汽化腔筒管的一部分的剖视图；图4是根据本专利技术另一实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的汽化腔筒管中的一部分的剖视图；图5A是根据图2所示的本专利技术示例性实施例的在汽化腔筒管中产生的合成气体在汽化腔筒管中存留大概0.02秒时间所得到的温度分布图；图5B是根据图2所示的本专利技术示例性实施例的在汽化腔筒管中产生的合成气体在汽化腔筒管中存留大概0.5秒时间所得到的温度分布图；图5C是根据图2所示的本专利技术示例性实施例的喷入汽化腔筒管中的含碳材料的碳转化率相对于汽化腔筒管中的含碳材料的残留时间的图示；图6是根据本专利技术优选实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的换热器淬火筒管的剖视图，示出平行板换热器芯部；图7是沿图6所示的换热器芯部的线7-7所作的剖视图；以及图8是包括在图7所示的换热器芯部中的多个CMC板的其中一个的剖视图或一部分。对应的附图标记在所有附图中表示对应的部件。-->具体实施方式优选实施例的下述说明仅仅是示例性的并且并非意在限制本专利技术、其应用或使用。另外，由优选实施例带来的优势，如下所述，本质是示例性的，并不是所有的优选实施例都带来相同的优势或相同程度的优势。图1是紧凑、高效率单级燃气发生器系统10的图示，根据本专利技术的一项优选实施例，该系统能够以高于80％的冷气效率(CGE)从诸如煤或石油焦的含碳材料中生成合成气体。燃气发生器系统10包括连接至汽化腔筒管18的喷头筒管14，该汽化腔筒管18连接至收缩筒管22。收缩筒管22连接至换热器(HEX)淬火筒管26。在优选实施例中，HEX淬火筒管26连接至喷洒淬火筒管30。喷头筒管14可以是任何适当的喷头，适于混合诸如煤或石油焦的含碳材料与诸如二氧化碳CO2或例如氢气和CO的混合物的合成气体的干浆(slurry)介质从而形成喷射入汽化腔筒管18的基本上干性或水性的自由浆(free slurry)。喷头筒管14也将其他反应剂，诸如氧气和蒸汽，喷入汽化腔筒管18，使得其他反应剂撞击干浆，产生得到高能成分合成气体诸如氢气和一氧化碳的反应。如这里所述，燃气发生器系统10的设计使得燃气发生器系统10比公知的燃气发生器系统更加高效。更具体地，紧凑的设计，使用干浆介质例如CO2，以及使用燃气发生器系统10的陶瓷基体复合物(CMC)结构，例如CMC衬套和CMC平行板HEX芯部，与公知燃气发生器系统相比，可使用明显少的氧气、以明显减少的热量损失即更高的化学能效率(CEE)汽化该干浆。因此，通过减少所需的氧气并且具有很高的CEE，燃气发生器系统10以比公知燃气发生器系统更高的CGE生成合成气体。例如，燃气发生器系统10的CGE高于80％，例如83％至90％或更大。用于形成燃气发生器系统10的衬套、HEX芯部和其他结构的CMC记载在2002年7月16日授权给Boeing Company的名称为“INTEGRALLY WOVEN CERAMICCOMPOSITES”的美国专利No.6,418,973中，其完整内容引用结合于此。另外地，紧凑的设计，使用快速混合喷头筒管14，使用干浆介质以及使用汽化系统10的陶瓷基体复合物(CMC)结构生成合成气体，干浆和反应剂在汽化腔筒管18中留存的时间为大概0.50秒或更少，例如大概0.20。图2是根据本专利技术示例性实施例的输入汽化系统10的材料以及由汽化-->系统10生成的材料和其物理特性的质量/能量平衡数的表格。在示例性实施例中，喷头筒管14能够通过6英寸管号(schedule)-40管入口法兰接收73.6lbm/sec的CO2/煤浆。图2示例性地示出喷射入汽化腔筒管18的195浆供给流包含5.57wt％的二氧化碳气体作为浆输送流体。该供给流由高压浆泵送系统输送，该系统记载在诸如2002年10月15日提交的名称为“METHODAND APPARATUS FOR CONTINUOUSLY FEEDING AND PRESSURIZINGA SOLID MATERIAL INTO A HIGH PRESSURE SYSTEM”的美国专利申请No.10/271,950，其内容引用结合于此。根据图2所示的示例性实施例，除了干煤浆，喷头筒管14也接收1200psia和700F下的53.5lbm/sec氧气和13.9lbm/sec蒸汽的混合物。在一项实施例中，如图4所示，喷头筒管14在喷头筒管14连接汽化腔筒管的接头处的内直径X大概为35至45英寸，例如大概39英寸。参照图1和3，汽化腔筒管18在上端凸缘38处配合并连接至喷头筒管14的下端凸缘36，在下端凸缘42处连接至收缩筒管22的上端凸缘40。汽化腔筒管18的内直径有效地匹配喷头筒管14的内直径X。例如，在一项实施方式中，汽化腔筒管1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将含碳材料转换为气态产物的系统，所述系统包括：　　　　包括陶瓷基体复合物（ＣＭＣ）衬套的汽化腔筒管，适于由流过所述汽化腔筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层；　　　　喷头筒管，该喷头筒管适于将干浆流喷入汽化腔筒管并且使至少一种反应剂撞击到干浆流上，从而产生生成气态产物和熔渣的化学反应；以及　　　　换热器（ＨＥＸ）淬火筒管，适于接纳由汽化腔筒管产生的热产物并且包括ＣＭＣ衬套，该衬套适于由流过ＨＥＸ淬火筒管的熔渣、在衬套内表面上、形成固化熔渣保护层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-16 11/081,1441.一种用于将含碳材料转换为气态产物的系统，所述系统包括：包括陶瓷基体复合物(CMC)衬套的汽化腔筒管，适于由流过所述汽化腔筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层；喷头筒管，该喷头筒管适于将干浆流喷入汽化腔筒管并且使至少一种反应剂撞击到干浆流上，从而产生生成气态产物和熔渣的化学反应；以及换热器(HEX)淬火筒管，适于接纳由汽化腔筒管产生的热产物并且包括CMC衬套，该衬套适于由流过HEX淬火筒管的熔渣、在衬套内表面上、形成固化熔渣保护层。2.根据权利要求1所述的系统，其中，该汽化腔筒管的长度在大概10英尺到20英尺之间，内直径在大概35英尺到45英尺之间。3.根据权利要求1所述的系统，其中，该汽化腔筒管还包括具有多个冷却剂通道的副衬套，适于使冷却剂流过从而将汽化腔筒管CMC衬套保持在足以在其上形成固化熔渣保护层的温度。4.根据权利要求1所述的系统，其中，HEX淬火筒管还包括平行板HEX芯部，该芯部包括多个CMC板，所述CMC板适于由流过HEX淬火筒管的熔渣、在每个相应CMC板的外表面上、形成固化熔渣保护层。5.根据权利要求4所述的系统，其中，每个CMC板包括多个内部冷却剂通道，所述通道适于使流过HEX淬火筒管的热产物与流过内冷却剂通道的冷却剂进行废显热(sensible waste heat)的交换。6.根据权利要求5所述的系统，其中，流过内部冷却剂通道的冷却剂是水并且为了交换废显热，HEX淬火筒管适于由流过用于输出至喷头筒管的内部冷却剂通道的水产生超热蒸汽。7.根据权利要求5所述的系统，其中，每个CMC板的多个内冷却剂通道的至少一个包括二氧化碳/氧气通道，所述通道包括延伸穿过相应CMC板外表面的多个孔，并且适于使氧气流过其中从而与流过HEX淬火筒管的气体产物反应，并且由此在每个相应CMC板的外表面上形成固化熔渣保护层。8.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统产生气态产物，该气态产物具有喷入汽化腔筒管的干浆的化学能的至少83％。9.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统还包括连接至汽化腔筒管的收缩筒管，适于在热产物进入HEX淬火筒管之前增加热产物的流速和质通量，并且包括适于由流过收缩筒管的熔渣、在衬套内表面上、形成固化熔渣保护层的CMC衬套。10.根据权利要求9所述的系统，其中，收缩筒管具有的长度处于大概8英尺与16英尺之间。11.一种用于将含碳材料转化为气态产物的紧凑高效率燃气发生器系统，所述系统包括：包括陶瓷基体复合物(CMC)衬套的汽化腔筒管，适于由流过所述汽化腔筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层；喷头筒管，该喷头筒管适于将干浆流喷入汽化腔筒管并且使至少一种反应剂撞击到干浆流上，从而产生生成气态产物和熔渣的化学反应；收缩筒管，该收缩筒管连接至汽化腔筒管并且包括适于由流过收缩筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层的CMC衬套；以及连接至收缩筒管的换热器(HEX)淬火筒管，该HEX淬火筒管包括：适于由流过HEX淬火筒管的熔渣在衬套内表面上形成固化熔渣保护层...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙拉姆法兰吉，肯尼思M斯普劳斯，戴维R马修斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[]