(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部材と、
前記中央部材とほぼ同心であり、第１の流体酸化剤流を送るための第１のチャネルを画定する第１の部材と、
前記第１の部材とほぼ同心であり、燃料供給材料を送るための第２のチャネルを画定する第２の部材と、
前記第２の部材とほぼ同心であり、第２の流体酸化剤流を送るための第３のチャネルを画定する第３の部材と、
前記第１乃至第３のチャネルの各々の内部に互いから離れて配置され、各チャネルの排出端において各チャネルから排出される分離された流れをもたらす複数の流れセパレータと、
を備え、
前記第１の部材および前記第２の部材が、前記第２のチャネルから出る前記燃料供給材料の不安定性を改善するように構成されている、
供給インジェクタシステム。
【請求項２】
前記中央部材が、流体流を送る通路を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
流体流を送る通路を含む中央部材と、
前記中央部材とほぼ同心であり、第１の流体酸化剤流を送るための第１のチャネルを画定する第１の部材と、
前記第１の部材とほぼ同心であり、燃料供給材料を送るための第２のチャネルを画定する第２の部材と、
前記第２の部材とほぼ同心であり、第２の流体酸化剤流を送るための第３のチャネルを画定する第３の部材と、
前記第１乃至第３のチャネルの各々の内部に互いから離れて配置され、各チャネルの排出端において各チャネルから排出される分離された流れをもたらす複数の流れセパレータと、
を備え、
前記第１の部材および前記第２の部材が、出て行く燃料供給材料の不安定性を改善するように構成されている、
供給インジェクタシステム。
【請求項４】
前記中央部材の排出端が穿孔を備え、前記流体流が前記穿孔を通じて送られる、請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記中央部材が、前記第１の酸化剤流の流れを制御するようになされている、請求項２乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記中央部材が、前記第１のチャネルの排出端の面積を変えるために、前記第１の部材に対して軸方向に移動可能である、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
螺子と、
前記螺子と前記中央部材とに接続されたばねと、
を備え、
前記第１のチャネルの排出端の面積を変えるために、前記螺子を回して前記中央部材を前記供給インジェクタシステムの軸に沿って動かすことが可能であり、
前記第１のチャネルの排出端の面積を変えることによって、前記第１の酸化剤流の流れが調整される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の部材の排出端および前記第２の部材の排出端が、出て行く前記燃料供給材料の不安定性を改善するための不安定性を改善する特徴を備える、請求項２乃至７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記第３の部材の排出端が、ほぼ四角形の肩部を備える、請求項２乃至８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
流体流が二酸化炭素を含む、請求項２乃至９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１乃至第３のチャネルに配置された複数の流れセパレータが一列に配置されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記燃料供給材料が、スラリ、乾燥供給材料、石油、液化炭化水素、またはそれらの組合せを含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記燃料供給材料が石炭スラリを含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１のチャネルの排出端および前記第２のチャネルの排出端は、前記供給インジェクタシステムの軸から離れて広がる、請求項１乃至１３のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、一般に、ガス化複合発電（ＩＧＣＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ−ｃｙｃｌｅ）の発電システムに関し、より詳細には、供給材料をガス化装置に噴射する改良された供給インジェクタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部のガス化装置は、燃料と酸素の混合物を、「合成ガス」と呼ばれることもある部分酸化ガスに変換して産出する。典型的には、合成ガスは、ガスタービンエンジンの燃焼器に供給され、このガスタービンエンジンが発電機に動力を供給し、この発電機が電力網に電力を供給する。ガスタービンエンジンからの排気は、熱回収蒸気発生器に供給することができ、熱回収蒸気発生器は、蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる。蒸気タービンが発生する動力を使用して、例えば、追加の電力を電力網に送る発電機を駆動することができる。
【０００３】
酸素および燃料は、ある一定の比率で供給インジェクタを介してガス化装置に噴射される。ガス化装置に噴射した燃料中、最大の割合の炭素が、合成ガスに変換されることが望ましい。合成ガスに変換される炭素の割合は、一般に、「炭素転換率」と呼ばれる。炭素転換率は、ガス化装置中の温度場、およびこの温度場中の燃料粒子の滞留時間などのいくつかの要因によって決まる。
【０００４】
供給インジェクタは、酸素および燃料をガス化装置に噴射するやり方、したがって、燃料を霧化するやり方を統制し、それによってガス化装置の温度場中の燃料粒子の滞留時間を制御する。図１に示すような現在の供給インジェクタは、燃料を効率的に霧化することができない。また、供給インジェクタは、５０パーセントのターンダウン状態下で実行することができないものであり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、燃料を効率的に霧化し、ターンダウン状態下で性能を維持することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示した一実施形態によれば、供給インジェクタシステムは、移動可能な中央部材と、中央部材とほぼ同心であり、第１の流体酸化剤流を送るための第１のチャネルを画定する第１の部材と、第１の部材とほぼ同心であり、燃料供給材料を送るための第２のチャネルを画定する第２の部材と、第２の部材とほぼ同心であり、第２の流体酸化剤流を送るための第３のチャネルを画定する第３の部材とを備える。第１の部材および第２の部材は、第２のチャネルから出る燃料供給材料の不安定性を改善するように構成される。
【０００７】
本明細書に開示した別の実施形態によれば、供給インジェクタシステムは、流体流を送る通路を含む移動可能な中央部材と、中央部材とほぼ同心であり、第１の流体酸化剤流を送るための第１のチャネルを画定する第１の部材と、第１の部材とほぼ同心であり、燃料供給材料を送るための第２のチャネルを画定する第２の部材と、第２の部材とほぼ同心であり、第２の流体酸化剤流を送るための第３のチャネルを画定する第３の部材と、流れセパレータとを備える。第１の部材および第２の部材は、出て行く燃料供給材料の不安定性を改善するように構成される。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して下記の詳細な説明を読むとより良く理解されよう。図面では、同じ符号は、図面全体を通じて同じ部分を表わしている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】既存の改良型供給インジェクタの断面図である。
【図２】本明細書に開示した態様による改良型供給インジェクタシステムの一実施形態の説明図である。
【図３】本明細書に開示した態様による第１の部材および第２の部材の排出端の一実施形態の説明図である。
【図４】本明細書に開示した態様による第１の部材および第２の部材の排出端の別の実施形態の説明図である。
【図５】本明細書に開示した態様による図３の改良型供給インジェクタシステムの底面図である。
【図６】本明細書に開示した態様による有孔板の説明図である。
【図７】本明細書に開示した態様によるばねおよび螺子のシステムを備えた改良型供給インジェクタシステムの一実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に開示した実施形態は、供給インジェクタシステムを含む。供給インジェクタシステムは、通路を有する中央部材と、中央部材と同心の第１の部材と、第１の部材と同心の第２の部材と、第２の部材と同心の第３の部材とを備える。中央部材および第１の部材は、第１のチャネルを画定する。中央部材は、第１のチャネルの排出端の面積を変えるために第１の部材に対して軸方向に移動可能である。第１の部材および第２の部材は、第２のチャネルを画定する。第２の部材および第３の部材は、第３のチャネルを画定する。
【００１１】
図１は、既存の改良型供給インジェクタ１０の断面図を示す。供給インジェクタは、中央部材１２と、第１の部材１４と、第２の部材１６と、第３の部材１８とを備える。中央部材１２の排出端２０は、円錐形の輪郭２４に隣接する起伏輪郭２２を含む。第１の部材１４は、起伏輪郭まで中央部材１２と同心であり、第１のチャネル２６を画定する。第２の部材１６は、第１の部材１４と同心であり、第２のチャネル２８を画定する。第１のチャネル２６および第２のチャネル２８の端部は、インジェクタ１０の軸３０から離れて広がる。第３の部材１８は、第２の部材１６と同心であり、第３のチャネル３２を画定する。第３のチャネル３２の端部は、インジェクタ１０の軸３０に向かって収束する。
【００１２】
典型的には、第１の流体酸化剤流３４は、第１のチャネル２６を通じて送られる。典型的には、第２の流体酸化剤流３６は、第３のチャネル３２を通じて送られる。典型的には、空気または酸素が、第１および第２の流体酸化剤流に用いられる。燃料供給材料３８は、第２のチャネル２８を通じて送られる。燃料供給材料３８は、例えば、石炭スラリを含んでもよい。燃料の霧化は、第２のチャネル２８から出る燃料が、第１および第２の酸化剤流と相互作用するときに起こる。出て行く燃料の不安定性は、燃料を効率的に霧化することにとって極めて重要である。
【００１３】
第３の部材１８の排出端４０は、インジェクタ１０用の冷却コイル４２などの冷却装置を備える。冷却コイル４２は、面取り部４４を形成する。面取り部４４は、第２の酸化剤流３６を拡散させる。そのため、第２の酸化剤流３６の運動エネルギーに大きな損失がある。第２の流体酸化剤流３６は、運動エネルギーの損失により効率的に利用できない。燃料の霧化は、流体酸化剤流と燃料供給材料の間の運動量の交換および相互作用にも依存する。したがって、酸化剤流の運動エネルギーおよび出て行く燃料供給材料の不安定性は、燃料を効率的に霧化することにおいて極めて重要な役割を果たす。
【００１４】
燃料および酸化剤流は、連続的な同心のシートとしてインジェクタ１０から出る。そのため、中央部材１２の下方の領域は、ガス化装置の環境に曝されず、低圧ゾーンが、中央部材１２の下方に形成される。この低圧は、このインジェクタの中央部材１２の下方に燃料供給材料および酸化剤流の再循環をもたらす。再循環ゾーン４６は、図１中の点状の円として記号を用いて示されている。
【００１５】
図２は、改良型供給インジェクタシステム５０の一実施形態の断面図を示す。供給インジェクタシステムは、通路５４を有する中央部材５２と、第１の部材５６と、第２の部材５８と、第３の部材６０と、流れセパレータ６２とを備える。第１の部材５６は、中央部材５２と同心であり、第１の流体酸化剤流３４をガス化装置（図示せず）に送るための第１のチャネル６４を画定する。第２の部材５８は、第１の部材５６と同心であり、燃料供給材料３８をガス化装置に送るための第２のチャネル６６を画定する。第１のチャネル６４の排出端６５および第２のチャネル６６の排出端６７は、供給インジェクタシステム５０の軸６８から離れて広がる。第３の部材６０は、第２の部材５８と同心であり、第２の流体酸化剤流３６をガス化装置に送るための第３のチャネル７０を画定する。第３のチャネル７０の排出端７１は、供給インジェクタシステム５０の軸６８に向かって収束する。
【００１６】
通路５４は、供給インジェクタシステム５０の軸６８に沿って、中央部材５２の中心にある。一実施形態では、中央部材５２の排出端７２は、漏斗を逆さにしたような輪郭を備える。通路５４は、流体流７３を送るために使用される。
【００１７】
供給インジェクタシステム５０は、主に、既存の供給インジェクタを上回る４つの改良点を含む。第１の点は、第２の流体酸化剤流を効率的に利用することに関する。第２の点は、燃料および酸化剤流の再循環をなくすことに焦点を当てている。第３の点は、出て行く燃料供給材料の不安定性を改善することに関連している。第４の点は、ターンダウン状態下でインジェクタシステムの性能を維持する能力である。
【００１８】
第２の流体酸化剤流を効率的に利用するために、第３の部材６０の排出端７４は、ほぼ四角形の肩部７６を備え、インジェクタ５０が、冷却コイルを必要としない冷却システムを用いて使用できるようになっている。前述の通り、冷却コイルによって形成した面取り部は、第２の酸化剤流を拡散させ、第２の酸化剤流の運動エネルギーの損失を引き起こす。供給インジェクタシステム５０は、冷却コイルを必要とせず、それによって面取り部による第２の流体酸化剤流３６の運動エネルギーの損失をなくす。したがって、第２の流体酸化剤流３６は、効率が改善した状態で送られる。
【００１９】
流れセパレータ６２がない場合、酸化剤流および燃料供給材料は、連続的な同心のシートとしてインジェクタから出る。流れセパレータ６２がある場合、流体酸化剤流および燃料供給材料は、不連続のシートとして出る。したがって、ガス化装置中の供給インジェクタシステム５０辺りの高圧が、中央部材５２の下方の領域に曝される。前述の通り、中央部材５２の下方の低圧ゾーンは、中央部材５２の下方に燃料供給材料および酸化剤流の再循環をもたらす。低圧ゾーンをガス化装置中の高圧に曝すことによって、中央部材の下方の燃料供給材料および酸化剤流の再循環を防ぐ。
【００２０】
図３および図４を参照すると、第１の部材５６の排出端７８および第２の部材５８の排出端８０は、不安定性を改善する特徴８２を備える。不安定性を改善する特徴８２は、燃料を効率的に霧化するために、出て行く燃料供給材料の不安定性を改善する。不安定性を改善する特徴８２は、第２のチャネル６６を通じて送られる燃料供給材料の経路内にある。図３の本実施形態では、不安定性を改善する特徴８２は、第２の部材５８の窪み８４と、第１の部材５６の滑らかなブレンド部８６とを備える。窪み８４は、第２の部材５８の排出端にある凹んだ表面である。既存の供給インジェクタの第１の部材および第２の部材の排出端は、図１に示すように、出て行く燃料供給材料の不安定性を改善するためのそのような凹んだ表面および滑らかなブレンド部を有さない。図４に示す別の実施形態では、不安定性を改善する特徴８２は、第１の部材５６および第２の部材５８の両方に窪み８４を備える。別の実施形態（図示せず）では、不安定性を改善する特徴８２は、第１の部材５６および第２の部材５８の両方に滑らかなブレンド部を備える。
【００２１】
図５は、供給インジェクタシステムの底面図を示す。供給インジェクタシステム５０は、流れセパレータ６２を備え、中央部材５２の排出端７２は、穿孔８８を備え、流体流は、穿孔８８を通じて送られる。燃料供給材料、第１の流体酸化剤流、および第２の流体酸化剤流の流れを分割するために、流れセパレータ６２が、第１のチャネル６４、第２のチャネル６６、および第３のチャネル７０内に配置される。図５に示す本実施形態では、流れセパレータ６２は、チャネル内で等間隔に離して配置され、互いに一列になっている。しかし、流れセパレータ６２は、燃料供給材料および酸化剤流が不連続のシートとして出るように、チャネル内部の燃料供給材料および酸化剤流の流れを分離するための様々な配置でチャネル内に配置することができる。一実施形態では、穿孔８８は、図６に示す有孔板９０を用いて、中央部材５２の排出端７２に設けられ得る。
【００２２】
中央部材５２の下方の再循環は、中央部材中の通路を通じて流体流を送ることによっても防がれる。一実施形態では、通路を通じて送られる流体流として二酸化炭素が使用される。穿孔８８は、より広い範囲に流体流を拡散させ、それによって中央部材５２の下方の燃料供給材料および酸化剤流の再循環を防ぐ。
【００２３】
図７を参照すると、中央部材５２は、第１のチャネル６４の排出端６５の面積を変えるために、第１の部材に対して軸方向に移動可能である。一実施形態では、螺子９２およびばね９４のシステムは、中央部材を動かすために中央部材に関連し得る。ばね９４の張力により、中央部材の位置を維持する。第１のチャネルの排出端６５の面積を変えるために、螺子９２を回して中央部材５２を軸６８に沿って動かすことができる。第１のチャネルの排出端６５の面積を変えることによって、第１の酸化剤流３４の流れを調整することができる。
【００２４】
ターンダウン状態下でインジェクタシステム５０の性能を維持するために、中央部材５２を動かして、第１のチャネルの排出端６５の面積を減少させ、したがって第１のチャネル６４を通じて送られる第１の酸化剤流３４の流れを減少させる。典型的には、第１の流体酸化剤流３４および第２の流体酸化剤流３６は、同じ流量で送られる。第１のチャネル６４の排出端６５の面積を減少させることに加えて、性能を維持するために、第１および第２の流体酸化剤流の流量を変えてもよい。一例として、５０パーセントのターンダウン状態下で、第１のチャネルの排出端６５の面積を半分に減少させ、第１の流体酸化剤流３４の流量を７０パーセント減少させ、第２の流体酸化剤流３６の流量を３０パーセント減少させる。
【００２５】
供給インジェクタシステム５０は、限定するものではないが、石炭スラリ、乾燥供給材料（ｄｒｙ  ｆｅｅｄ）、石油、液化炭化水素、またはそれらの組合せなどの様々な燃料供給材料に適している。空気または酸素を第１および第２の流体酸化剤流に用いることができる。中央部材中の通路を通じて送られる流体流として二酸化炭素が使用されてもよい。
【００２６】
このようにして、上記の供給インジェクタシステム５０の様々な実施形態により、燃料を効率的に霧化し、ターンダウン状態下で性能を維持するやり方が提供される。この供給インジェクタシステムは、燃料供給材料の不安定性を改善し、流体酸化剤流の運動エネルギーを維持し、再循環を防ぐ。供給インジェクタシステム５０は、ターンダウン状態下で性能を維持するために移動可能な中央部材を有する。
【００２７】
必ずしも上記のそのような目的または利点の全てが、任意の特定の実施形態に従って達成できるとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、本明細書に記載のシステムおよび技法は、本明細書に教示または示唆され得るような必ずしも他の目的または利点を達成せずとも、本明細書に教示したような１つの利点または一群の利点を達成または最適化するやり方で具体化または実行されてもよいことが当業者には理解されよう。
【００２８】
本発明のいくつかの特徴だけを本明細書に例示および記載したが、当業者は、多くの修正形態および変更形態に想到するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の本来の精神の範囲内に入るようなそのような修正形態および変更形態の全てを対象として含むものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２９】
１０  改良型供給インジェクタ
１２  中央部材
１４  第１の部材
１６  第２の部材
１８  第３の部材
２０  排出端
２２  起伏輪郭
２４  円錐形の輪郭
２６  第１のチャネル
２８  第２のチャネル
３０  軸
３２  第３のチャネル
３４  第１の流体酸化剤流
３６  第２の流体酸化剤流
３８  燃料供給材料
４０  排出端
４２  冷却コイル
４４  面取り部
４６  再循環ゾーン
５０  改良型供給インジェクタシステム
５２  中央部材
５４  通路
５６  第１の部材
５８  第２の部材
６０  第３の部材
６２  流れセパレータ
６４  第１のチャネル
６５  排出端
６６  第２のチャネル
６７  排出端
６８  軸
７０  第３のチャネル
７１  排出端
７２  排出端
７３  流体流
７４  排出端
７６  ほぼ四角形の肩部
７８  排出端
８０  排出端
８２  不安定性を改善する特徴
８４  窪み
８６  滑らかなブレンド部
８８  穿孔
９０  有孔板
９２  螺子
９４  ばね
【図１】
0005491515.tif 000002
【図２】
0005491515.tif 000003
【図３】
0005491515.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005491515.tif 000007
【図７】
0005491515.tif 000008