(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス化装置用に改良されたフィードインジェクタ設計を提供する。【解決手段】内部に反応帯１６０を備えたガス化装置１００用のフィードインジェクタノズル１５０を提供する。フィードインジェクタノズル１５０は、反応帯１６０に向かって延在する複数の管１９０を含む。管１９０は、それらの間に複数の通路１８０を画定する。冷却水路３００は、管１９０のうちの１つを通って延在する。冷却水路３００は、通路１８０のうちの１つに隣接する第１側３１０と、反応帯１６０に隣接する第２側３２０とを含む。第１側３１０は第１側厚さ３３０を有し、第２側３２０は第２側厚さ３４０を有しており、第１側厚さ３３０は第２側厚さ３４０以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に反応帯（１６０）を備えたガス化装置（１００）用のフィードインジェクタノズル（１５０）であって、
前記反応帯（１６０）に向かって延在する複数の管（１９０）であって、それらの間に複数の通路（１８０）を画定する前記複数の管（１９０）と、
前記複数の管（１９０）のうちの１つを通って延在する冷却水路（３００）であって、前記複数の通路（１８０）のうちの１つに隣接する第１側（３１０）と、前記反応帯（１６０）に隣接する第２側（３２０）とを含む前記冷却水路（３００）とを備え、
前記第１側（３１０）は第１側厚さ（３３０）を有し、前記第２側（３２０）は第２側厚さ（３４０）を有しており、前記第１側厚さ（３３０）は前記第２側厚さ（３４０）以下である、
フィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項２】
前記第１側（３１０）は低温側（３１５）である、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項３】
前記第２側（３２０）は高温側（３２５）である、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項４】
前記複数の管（１９０）は、前記フィードインジェクタノズル（１５０）の先端（１７０）の周囲で前記反応帯（１６０）に向かって延在する、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項５】
前記複数の通路（１８０）のうちの前記１つは酸素通路（２２０）である、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項６】
前記冷却水路（３００）は、内部に冷却水流（２４０）を含む、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項７】
前記複数の管（１９０）はバヨネット形状（１９５）である、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項８】
前記第１側厚さ（３３０）は、前記第１側（３１０）と前記第２側（３２０）との間の歪み領域（２５０）を最小化する、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【請求項９】
前記第１側（３１０）は第１側温度を有し、前記第２側（３２０）は第２側温度を有しており、前記第１側温度は前記第２側温度よりも数倍低い、請求項１に記載のフィードインジェクタノズル（１５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して複合サイクル発電システムに関し、より詳細には、局所歪みとそれに付随する亀裂を回避できる、ガス化装置のフィードインジェクタ用に改良された冷却水路に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電システムは、一般的に、ガスタービンエンジンと統合されたガス化装置を含む。公知のガス化装置は、燃料、空気／酸素、蒸気、及び／又はその他の物質の混合気を「合成ガス（シンガス）」として知られている複数の酸化性ガスの出力に変換する。公知のガス化装置は、一般的に、原子炉容器へ混合気流を供給するためにフィードインジェクタを使用する。公知のフィードインジェクタは、原子炉容器内で極高低温にさらされることがある。具体的には、フィードインジェクタの先端は、インジェクタの効果的な作動を妨げ、且つ／又はその寿命を縮めかねない反応温度にさらされることがある。更に、フィードインジェクタは、一般的に、原子炉容器内を流れている合成ガスの中の腐食性成分にさらされることがある。
【０００３】
フィードインジェクタを保護するために、公知のガス化装置は、閉ループ給水システムを使用してフィードインジェクタに冷却水を提供する場合がある。しかしながら、公知のフィードインジェクタに冷却水を提供することによって、局所歪みとそれに付随する亀裂がある領域が生じる可能性がある。具体的には、先端領域付近の内部酸素通路と内部冷却水路との間の金属温度は、燃焼帯付近の外面の金属温度と比べて比較的低くなることがある。そのような温度差は、数倍（十倍ほど）になりかねない。そのため、高温側の金属の剛性は、温度が上昇するにつれて低下する。その結果、高温側が低温側よりも伸長して、それらの間に高塑性歪み領域が生じることがある。この高塑性歪み領域は、その中で亀裂又はその他の損傷を生じさせることがある。そのような損傷を修復するために必要な時間と労力は、相当なものになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６５３０７４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、ガス化装置用に改良されたフィードインジェクタ設計が望まれている。そのような改良されたフィードインジェクタ設計では、亀裂及びその他の種類の損傷を少なくするために内部の塑性歪み領域を減少させることができる。亀裂を少なくすることは、結果として、装置全体のダウンタイムを短縮し、修理費を削減し、構成要素の寿命を延長させることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内部に反応帯を備えたガス化装置用のフィードインジェクタノズルを提供する。フィードインジェクタノズルは、反応帯に向かって延在する複数の管を含む。管は、それらの間に複数の通路を画定する。冷却水路は、管のうちの１つを通って延在する。冷却水路は、通路のうちの１つに隣接する第１側と、反応帯に隣接する第２側とを含む。第１側は第１側厚さを有し、第２側は第２側厚さを有しており、第１側厚さは第２側厚さ以下である。
【０００７】
本発明は、複合サイクル発電システム用のガス化装置を更に提供する。ガス化装置は、容器本体と、容器本体内の反応帯と、反応帯の周囲で容器本体内に延在するフィードインジェクタとを含む。フィードインジェクタは、内部に冷却水路を備えたノズル先端を含む。冷却水路は、第１側と、反応帯に隣接する第２側とを含む。第１側は第１側厚さを有し、第２側は第２側厚さを有し、第１側厚さは第２側厚さ以下であるようになっている。
【０００８】
本発明は、内部に反応帯を備えたガス化装置用のフィードインジェクタノズルを更に提供する。フィードインジェクタノズルは、反応帯に向かって延在する複数の管を含む。管は、それらの間に複数の通路を画定する。冷却水路は、管のうちの１つを通って延在する。冷却水路は、酸素通路に隣接する低温側と、反応帯に隣接する高温側とを含む。低温側は低温側厚さを有し、高温側は高温側厚さを有し、低温側厚さは高温側厚さ以下であるようになっている。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴及び改良点は、幾つかの図面及び添付の特許請求の範囲に関連してなされる以下の詳細な説明を検討することで当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】複合サイクル発電システム及びその中の構成要素の概略図である。
【図２】フィードインジェクタ及び反応帯を備えたガス化装置の概略図である。
【図３】冷却水路を備えたフィードインジェクタの先端の側面断面図である。
【図４】冷却水路を備えた先端の側面断面図である。
【図５】本明細書において記載される冷却水路を備えた先端の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、幾つかの図を通して同様の参照番号が同様の要素を示す図面を参照すると、図１は複合サイクル発電システム１０を示している。複合サイクル発電システム１０は、主空気圧縮機１５と、圧縮機１５と流体連通して連結された空気分離ユニット２０と、空気分離ユニット２０と流体連通して連結されたガス化装置２５と、ガス化装置２５と流体連通して連結されたガスタービンエンジン３０と、蒸気タービン３５とを含む。本明細書では、その他の構成要素及びその他の構成も使用できる。
【００１２】
圧縮機１５は、空気分離ユニット２０に運ばれる周囲空気流を圧縮する。或いは、ガスタービンエンジン３０の圧縮機４０からの圧縮空気流を使用することもできる。空気分離ユニット２０は、圧縮空気を使用してガス化装置２５が使用する酸素を発生させる。酸素流は、部分的に酸化された合成ガスを発生させる際にガス化装置２５において使用される。排出物などを削減するために、空気分離ユニット２０からの窒素プロセスガス流は、ガスタービンエンジン３０の燃焼器４５に送ることもできる。
【００１３】
具体的には、ガス化装置２５は、燃料、酸素、蒸気、及び／又はその他の物質の混合気を、ガスタービンエンジン３０で使用する合成ガスの出力に変換する。合成ガスは、浄化装置５０を介して燃焼器４５へと流れることになる。浄化装置５０は、その中で二酸化炭素などを分離することができる。合成ガスは、燃焼器４５において燃焼させられて高温燃焼ガス流を発生することになる。高温燃焼ガスは、タービン５５を駆動して機械仕事を発生させる。タービン５５によって発生した機械仕事は、圧縮機４０と、例えば発電機６０などの外部負荷とを駆動する。タービン５５からの排気ガスは、熱回収蒸気発生器６５に運ぶこともできる。熱回収蒸気発生器６５は、蒸気タービン３５を駆動するための蒸気を発生させる。蒸気タービン３５は、更なる負荷７０を駆動することができる。ガス化装置２５への更なる蒸気供給が熱回収蒸気発生器６５によって行なわれて、合成ガスの冷却を促進することになる。本明細書では、その他の構成要素及びその他の構成も使用できる。
【００１４】
図２は、本明細書において記載される固形物除去ガス化装置１００の概略図である。ガス化装置１００は、上述の複合サイクル発電システム１０などで使用できる。ガス化装置１００は、ヘッド端部分１１０と、テール端部分１２０と、それらの間に延在する円筒形容器本体１３０とを含む。フィードインジェクタ１４０は、ヘッド端部分１１０を貫通して燃料流をその中で運ぶことができる。具体的には、フィードインジェクタ１４０を通る燃料流は、そのノズル１５０を通して送ることができる。燃料流は、反応帯１６０に放出することになる。反応帯１６０は、ノズル１５０と実質的に共整列された垂直方向の略円筒空間である。合成ガス及び副産物は、反応帯１６０内で発生させることができる。本明細書では、その他の構成要素及びその他の構成も使用できる。
【００１５】
図３は、フィードインジェクタ１４０のノズル１５０の先端１７０を示す。先端１７０は、内部に画定された燃料酸素流、燃料流などのための複数の通路１８０を含む。これらの通路１８０の寸法、形状、数、及び構成は変化させてもよい。通路１８０は、複数の同心状に配置された環状管１９０によって画定できる。管１９０は、略バヨネット形状１９５を有することになる。管１９０のうちの１つ以上は、その中に延在する冷却水路２００を含む。冷却水路２００の寸法、形状、数、及び構成は変化させてもよい。本明細書では、その他の構成要素及びその他の構成も使用できる。
【００１６】
図４は、公知の冷却水路２００の拡大図を示す。冷却水路２００は、酸素通路２２０に隣接することになる低温側２１０を含む。冷却水路２００はまた、反応帯１６０に隣接することになる高温側２３０を含む。冷却水流２４０は、その中を流れる。最大歪み領域２５０は、低温側２１０と高温側２３０との間に位置することになる。上述の通り、最大歪み領域２５０は、亀裂及びその他同種のものが生じやすい可能性がある。最大歪み領域２５０の寸法及び程度は変化させることができる。
【００１７】
低温側２１０は、高温側厚さ２７０以上である断面厚さ２６０を有する。高温側２３０は低温側２１０より数倍も高い温度に直面するので、低温側２１０の剛性は高温側２３０の剛性よりも大きいことになる。従って、高温側２３０が低温側２１０よりも大きく伸長して、最大歪み領域２５０を生じさせることになる。
【００１８】
図５は、本明細書において記載される冷却水路３００を示す。冷却水路３００はまた、低温側３１５でありうる第１側３１０と、高温側３２５でありうる第２側３２０とを含む。この例では、低温側３１５は第１側厚さ３３０を有し、この厚さは高温側３２５の第２側厚さ３４０よりも小さい。第１側厚さ３３０を減らすことによって、低温側３１５の剛性も低下することになる。従って、低温側３１５の剛性は、高温側３２５の剛性に近づくことになる。その結果、剛性が同程度の領域は、最大歪み領域２５０を削除又は削減する働きをすることができる。最大歪み領域を削減することによって、内部の低サイクル疲労が生じてフィードインジェクタ１４０全体の耐用年数が延びるはずである。本明細書では、その他の構成要素及びその他の構成も使用できる。
【００１９】
上述の内容は、本発明の特定の実施形態のみに関連していることを理解されたい。当業者は、以下の特許請求の範囲及びその等価物によって規定される本発明の一般的な技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更及び修正を行なうことができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０  複合サイクル発電システム
１５  主空気圧縮機
２０  空気分離ユニット
２５  ガス化装置
３０  ガスタービンエンジン
３５  蒸気タービン
４０  圧縮機
４５  燃焼器
５０  浄化装置
５５  タービン
６０  発電機
６５  熱回収蒸気発生器
７０  負荷
１００  ガス化装置
１１０  ヘッド端部分
１２０  テール端部分
１３０  容器本体
１４０  フィードインジェクタ
１５０  ノズル
１６０  反応帯
１７０  先端
１８０  通路
１９０  管
１９５  バヨネット形状
２００  冷却水路
２１０  低温側
２２０  酸素通路
２３０  高温側
２４０  冷却水流
２５０  最大歪み領域
２６０  低温側厚さ
２７０  高温側厚さ
３００  冷却水路
３１０  第１側
３１５  低温側
３２０  第２側
３２５  高温側
３３０  第１側厚さ
３４０  第２側厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2013001907000001.pdf