用于生产合成气体的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于生产合成气体的方法和设备。具体而言，一种喷射装置（３００）包括环形地围绕延伸经过喷射装置的中心线（３１６）延伸的内部部分（３６２）。该喷射装置还包括大致环形地围绕内部部分延伸的外部部分（３６３／３６５）。外部部分包括关于喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口（３８６）和关于喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个外部面（３６６／３６９／３７１）中的至少一个。该至少一个含碳反应剂喷射端口构造成用以至少部分地限定距喷射装置预定距离的多个回流区（３２０／３２２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及气化系统，例如用于整体气化联合循环(IGCC)发电装备的气化 系统，且更具体而言，涉及用于利用气化系统喷射装置优化合成气体生产的方法和设备。
技术介绍
大多数已知的IGCC装备包括与至少一个发电涡轮系统整体形成的气化系统。例 如，已知的气化系统将燃料、空气或氧气、液态水，和/或蒸汽，和/或CO2的混合物转化成 合成气体，或“合成气”。合成气经引导通向燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃烧器提供动力给 向电力网供应电力的发电机。来自至少一些已知燃气涡轮发动机的排气供应给产生蒸汽用 于驱动蒸汽涡轮的热回收蒸汽发生器(HRSG)。由蒸汽涡轮所产生的动力还驱动提供电力给 电力网的发电机。至少一些已知的与IGCC装备相关的气化系统通过混合反应剂流(如氧气)与浆 状含碳材料流(如石油焦)而产生合成气燃料。在氧气(O2)和含碳材料之间有助于发生至 少一种放热反应，该反应产生包括氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的合成气。石 油焦相对于其碳含量和热含量通常具有相对较低的氢含量，从而升高了气化器温度。而且， 气化系统构件，例如，气化反应器耐火材料，可限制反应温度，且因此限制氧/碳比率，从而 限制了在形成CO和CO2以及相关放热时碳的使用。未使用的碳通常与渣料产物(通常呈 烧焦物或煤烟的形式)相结合，或者与一部分渣料一起再循环重新进行反应，或者与渣料 一起作为副产废物从处理中去除。降低的氧/碳比率通常导致增加形成渣料和烧焦物。上 述综合影响可降低气化系统和IGCC装备的效率，同时具有更高的操作和投资成本。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种产生合成气体(合成气)的方法。该方法包括经由至少 一个喷射装置喷射多个反应剂流到气化反应器中，该至少一个喷射装置具有多个喷射环状 空间、围绕延伸经过该至少一个喷射装置的中心线而环形地延伸的内部部分，以及围绕该 内部部分大致环形地延伸的外部部分。外部部分的至少一部分关于该至少一个喷射装置中 心线倾斜地定向。该方法还包括将该多个反应剂流中的各个反应剂流的至少一部分混合在 一起，使得由反应剂流限定出多个回流区。该方法还包括经由混合该多个反应剂流中的各 个反应剂流的至少一部分而在该多个回流区中产生合成气。在另一方面，提供了一种喷射装置。该喷射装置包括围绕延伸经过该喷射装置的 中心线而环形地延伸的内部部分。该装置还包括大致环形地围绕该内部部分延伸的外部部 分，该外部部分包括关于喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口和关 于该喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个外部面中的至少一个。该至少一个含碳反应剂 喷射端口构造成用以在距喷射装置的预定距离处至少部分地限定多个回流区。在又一方面，提供了一种气化系统。该气化系统包括至少一个含碳反应剂源和至 少一个含氧反应剂源。该系统还包括至少一个气化反应器，该至少一个气化反应器包括与该至少一个含碳反应剂源和该至少一个含氧反应剂源成流动连通地联接的至少一个喷射 装置。该喷射装置包括围绕延伸经过该喷射装置的中心线而环形地延伸的内部部分。该装 置还包括围绕该内部部分大致环形地延伸的外部部分，该外部部分包括关于该喷射装置中 心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口和关于该喷射装置中心线倾斜地定向的 至少一个外部面中的至少一个。该至少一个含碳反应剂喷射端口构造成用以在距喷射装置 的预定距离处至少部分地限定多个回流区。如文中所述的用于合成气体(或合成气)生产的方法和设备有助于气化系统的 操作。具体而言，以预定的定向喷射流体流到气化反应器中提高了合成气生产效率。更具 体而言，构造具有预定尺寸的多个反应剂喷射端口有助于形成小的反应剂微滴，这些微滴 利用改进的雾化而容易地蒸发，从而有助于提高反应剂热解和气化的效率和有效性。提高 热解和气化的效率和有效性有助于提高合成气的生产率，同时降低灰烬和副产烧焦物的产 生率。组装和操作如文中所述的气化反应器有助于优化地操作合成气生产工艺，以有助于 改善气化系统和IGCC装备的生产效率，从而有助于降低投资和操作成本。此外，如文中所 述的用于产生该种合成气的方法和设备有助于降低与组装该种IGCC装备相关联的投资成 本。附图说明图1是示例性整体气化联合循环(IGCC)发电装备的示意性示图；图2是可用于合成气体生成(例如，可结合图1中所示的IGCC发电装备使用)的 气化反应器的示意性截面视图；图3是可结合图2中所示的气化反应器使用的示例性喷射器进给组件的示意性透 视图；图4是可结合图3中所示的喷射器进给组件使用的喷射装置尖端部分的示意性截 面视图；图5是图4中所示的喷射装置尖端部分的示意性透视剖面图；图6是图4和图5中所示沿着区域6所截取的喷射装置尖端部分的一部分的示意 性截面视图；图7是图4和图5中所示的喷射装置尖端部分的示意性前视图；图8是图7中所示的喷射装置尖端部分的一部分的示意性前视图；图9是图8中所示沿着弧线9-9所截取的喷射装置尖端部分的一部分的示意性径 向透视图；图10是图4和图5中所示的喷射装置尖端部分的一部分的示意性截面视图；图11是图3中所示的可结合喷射器进给组件使用的备选喷射装置尖端部分的示 意性前视图；图12是图11中所示的备选喷射装置尖端部分的一部分的示意性前视图；图13是图12中所示沿着弧线13-13所截取的喷射装置尖端部分的一部分的示意 性径向透视图；图14是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射器进给组件的示意性截 面视图，其中，火焰喷管(喷枪)完全插入；图15是图14中所示的备选喷射器进给组件的示意性截面视图，其中，火焰喷管部 分地收回；图16是图15中所示的备选喷射器进给组件的示意性截面视图，其中，火焰喷管完 全收回且插入件准备插入；图17是图16中所示的备选喷射器进给组件的示意性截面视图，其中，插入件完全 插入；图18是可结合图3中所示的喷射器进给组件使用的备选喷射装置尖端部分的示 意性截面视图；图19是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射装置尖端部分的示意性 前视图；图20是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射装置尖端部分的示意性 截面前视图；图21是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射装置尖端部分的示意性 截面前视图；图22是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射装置尖端部分的示意性 截面前视图；图23是可结合图2中所示的气化反应器使用的备选喷射装置尖端部分的示意性 截面前视图；以及图24是利用图1中所示的IGCC发电装备生产合成气体(合成气)的示例性方法 的流程图。零件清单100整体气化联合循环(IGCC)发电装110燃气涡轮发动机114涡轮118第一发电机120第一转子130蒸汽涡轮发动机132涡轮134第二发电机136第二转子140蒸汽生成系统142HRSG144热传递设备146蒸汽管道148排气气体管道150蒸汽管道152烟道气体管道200气化系统202空气分离单元204空气管道206氮气管道208气化反应器210O2管道211材料磨碎和成浆单元212材料供应管道213水供应管道214材料浆料管道215渣料和烧焦物处理单元216热渣料流管道217渣料管道218热原质合成气管道219冷却原质合成气管道220原质合成气管道221洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷射装置（３００），包括：环形地围绕延伸经过所述喷射装置的中心线（３１６）延伸的内部部分（３６２）；以及大致环形地围绕所述内部部分延伸的外部部分（３６３／３６５），所述外部部分包括下列中的至少一个：关于所述喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口（３８６），所述至少一个含碳反应剂喷射端口构造成用以至少部分地限定距所述喷射装置预定距离的多个回流区（３２０／３２２）；以及关于所述喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个外部面（３６６／３６９／３７１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KM斯普劳斯，S法汉吉，RM萨克塞尔比，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]