用于生产合成气体的方法和设备的制作方法

专利名称：用于生产合成气体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及气化系统，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。
背景技术：
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。

发明内容
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。


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
142HRSG
144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洗涤器和LTGC单元
222细粒管道
228清洁合成气管道
230酸性气体去除子系统
300喷射装置
302气化腔
304壁
306头端盖
308头端部分
310后端部分
312尖端部分
314开孔
316喷射装置轴向中心线
318气化腔纵向中心线
319喷射器进给组件
320第一回流区
Dl第一距离
321内部氧气(O2)供应区段
322第二回流区
D2第二距离
323中间浆料区段
324外部O2供应区段
325O2旁通管线
326冷却流体进口歧管
327冷却流体出口歧管
328冷却流体旋管329安装法兰330管道过渡部分332圆柱形外壁334圆柱形中间壁336圆柱形内壁338中间浆料通道340外部GOX通道342内部GOX通道350喷射器本体适配器352多个环状空间354冷却剂进口仓室356冷却剂出口仓室360喷射器本体362中心部分363径向外部中间部分364外部环形部分365径向内部中间部分366第一径向外部面367多个周向冷却通路368角369第二径向外部面370外部GOX喷射环状空间371第三径向外部面372浆料喷射环状空间373第四径向外部面374内部GOX喷射环状空间375轴向外部表面376线378角380角382角384环形外部GOX喷射端口386环形浆料喷射端口388环形内部GOX喷射端口389喷射器本体外径392冷却剂通路393径向尺寸394外部GOX喷射端口径向尺寸
395径向尺寸396浆料喷射端口径向尺寸397径向尺寸398内部GOX喷射端口径向尺寸400流动分离器401浆料通路402第一侧404第二侧406上游顶点407下游顶点408线410角411轴向凹进距离412浆料流414浆料片416外部 GOX 流418外部 GOX 片420内部 GOX 流422内部 GOX 片500备选喷射装置512尖端部分560喷射器本体562中心部分563径向外部中间部分564外部环形部分565径向内部中间部分566第一轴向外部面567多个周向冷却通路569第二轴向外部面570外部GOX喷射环状空间571第三轴向外部面572浆料喷射环状空间573第四轴向外部面574内部GOX喷射环状空间575第五轴向外部面584环形外部GOX喷射端口586环形浆料喷射端口588环形内部GOX喷射端口589喷射器本体外径
590冷却剂进口端口592冷却剂通路594外部GOX喷射端口径向尺寸596浆料喷射端口径向尺寸598内部GOX喷射端口径向尺寸600流动分离器602第一侧604 第二侧606上游顶点607下游顶点608线610角700备选喷射器进给组件712尖端部分721内部氧气(O2)供应区段723中间浆料区段724外部O2供应区段726冷却流体进口歧管727冷却流体出口歧管728冷却流体旋管729安装法兰750火焰喷管752空气进口连接件754燃料进口连接件756点火器和仪器套件(package)758吹扫和冷却剂连接件760火焰排放端口762喷管插入通道770双向箭头780插入件782吹扫连接件784冷却剂连接件800喷射装置812尖端部分860备选喷射器本体862中心部分863径向外部中间部分864外部环形部分865径向内部中间部分866第一径向外部面 869第二径向外部面 871第三径向外部面 873第四径向外部面 875径向外部表面
866R位于第一径向外部面的耐火材料
869R位于第二径向外部面的耐火材料
871R位于第三径向外部面的耐火材料
873R位于第四径向外部面的耐火材料
875R位于径向外部表面的耐火材料
900备选喷射装置尖端部分
962备选中心部分
964备选外部环形部分
970径向外部(第一)进给环圈
980径向中间(第二)进给环圈
990径向内部(第三)进给环圈
1000备选喷射装置尖端部分
1062中心部分
1063喷射环状空间部分
1064外部环形部分
1070冷却剂流体供应集管
1072冷却剂流体返回集管
1074顺时针方向
1076逆时针方向
1100备选喷射装置尖端部分
1162中心部分
1163喷射环状空间部分
1164外部环形部分
1170冷却剂流体供应集管
1172冷却剂流体返回集管
1178顺时针方向
1180流动分配器
1200备选喷射装置尖端部分
1262中心部分
1263喷射环状空间部分
1264外部环形部分
1270冷却剂流体供应集管
1272冷却剂流体返回集管
1274顺时针方向
1276逆时针方向
1282中心部分供应歧管
1284中心部分返回歧管
1286流动分配器
1288顺时针方向
1290逆时针方向
1300备选喷射装置尖端部分
1362中心部分
1363喷射环状空间部分
1364外部环形部分
1370冷却剂流体供应集管
1372冷却剂流体返回集管
1378顺时针方向
1380流动分配器
1382中心部分供应歧管
1384中心部分返回歧管
1386流动分配器延伸部
1392顺时针方向
2000示例性方法
2002喷射多个反应剂流…
2004引导多个反应剂流中的至少一个…
2006喷射浆料流到…
2008喷射外部GOX流…
2010混合至少一部分…
2012定向至少一个喷射器点…
2014引导至少一个气态氧气…
2016产生合成气在…
具体实施例方式
如文中所述的用于生产合成气体(或合成气)的方法和设备有助于操作气化系 统，例如，与联合循环发电装备整体形成的气化系统，整体气化联合循环(IGCC)发电装备， 具体的是合成气生产系统，且更具体的是气化反应器。具体而言，以预定的定向喷射合成气 生产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，如文中所述地形成大致 环形成片的反应剂流并使它们相交有助于形成回流区。而且，形成回流区有助于提高反应 剂相对于彼此的有效驻留时间和/或驻留时间分布，使得在反应剂之间出现更高的化学反 应效率和有效性。此外，以预定的喷射角度构造反应剂喷射端口有助于形成小的反应剂微 滴，这些反应剂微滴利用改进的雾化而容易蒸发，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。图1是示例性气化设施、具体而言是示例性整体气化联合循环(IGCC)发电装备 100的示意性示图。作为备选，如文中所述的用以生产合成气体的方法和设备结合任何气 化设施以任何能够实现该种方法和设备的构造使用。在示例性实施例中，IGCC装备包括燃 气涡轮发动机110。涡轮114经由第一转子120可旋转地联接到第一发电机118上。涡轮 114联接成与至少一个燃料源和至少一个空气源(二者在下文更详细地描述)流动连通， 并且构造成用以分别接收来自燃料源和空气源(二者均未在图1中示出)的燃料和空气。 涡轮114混合空气和燃料，产生热的燃烧气体(未示出)，以及将气体内的热能转化成旋转 能。旋转能经由转子120传送至发电机118，其中，发电机118将旋转能转化成电能(未示 出)以便输送至至少一个负载，包括但不限于电力电网(未示出)。IGCC装备100还包括蒸汽涡轮发动机130。在示例性实施例中，发动机130包括 经由第二转子136可旋转地联接到第二发电机134上的蒸汽涡轮132。IGCC装备100还包括蒸汽生成系统140。在示例性实施例中，系统140包括经由 排气气体管道148接收来自涡轮114的排气气体(未示出)的至少一个热回收蒸汽发生器 (HRSG) 142，该排气气体管道148供应在HRSG 142内使用的热量以由至少一个锅炉进给水 源产生一个或多个蒸汽流，该至少一个锅炉进给水源包括但不限于至少一个加热的锅炉进 给水流(未示出)。HRSG 142还经由至少一个蒸汽管道146联接成与至少一个热传递设备 144流动连通。设备144还联接成与至少一个加热的锅炉进给水管道(未示出)流动连通， 其中，设备144接收来自相同或单独的锅炉进给水源(未示出)的加热的锅炉进给水(未 示出)。HRSG 142经由管道146接收来自设备144的蒸汽(未示出)，其中，HRSG 142有助 于对蒸汽增加热能。HRSG 142经由蒸汽管道150联接成与涡轮132流动连通。在示例性 实施例中，冷却的燃烧气体从HRSG142经由烟道气体管道152排出至大气。作为备选，来自 HRSG 142的至少一部分的过量的燃烧气体经引导以便在IGCC装备100中的其它位置使用。管道150构造成用以引导来自HRSG 142的蒸汽(未示出)通向涡轮132。涡轮 132构造成用以接收来自HRSG 142的蒸汽和将蒸汽中的热能转化成旋转能。旋转能经由转 子136传送至发电机134，其中，发电机134构造成用以有助于将旋转能转化成电能(未示 出)以便输送至至少一个负载，包括但不限于电力电网。蒸汽经由冷凝管道(未示出)进 行冷凝并作为锅炉进给水返回。作为备选，来自HRSG 142、蒸汽涡轮132和/或热传递设备 144的至少一部分蒸汽经引导以便在IGCC装备100中的其它位置使用。IGCC装备100还包括气化系统200。在示例性实施例中，系统200包括经由空气 管道204联接成与空气源流动连通的至少一个空气分离单元202。空气源包括但不限于专 用空气压缩机(未示出)以及通常与燃气涡轮发动机110相关联的压缩机(未示出)。单 元202构造成用以将空气分离成一个或多个氧气(O2)、氮气(N2)流以及其它成分流(二者 均未示出)。其它成分流可经由排放口(未示出)释放或收集在存储单元(未示出)中。 在示例性实施例中，至少一部分N2经由N2管道引导至燃气涡轮114以有助于燃烧。系统200包括气化反应器208，该气化反应器208联接成与单元202流动连通，且 构造成用以经由O2管道210接收引导自单元202的O2。系统200还包括材料磨碎和成浆单元211。单元211分别经由含碳材料供应管道212和水供应管道213与含碳材料源和水源 (二者均未示出)联接成流动连通。在示例性实施例中，含碳材料为石油焦，或石油焦炭。 而且，在示例性实施例中，单元211构造成用以混合石油焦和水来形成石油焦浆料流(未示 出)，该石油焦浆料流经由石油焦浆料管道214引导通向反应器208。作为备选，使用包括 含碳固体的任何材料有助于操作如文中所述的IGCC装备100。此外，作为备选，使用包括固 体、液体和气态燃料物质的非浆料燃料，包括燃料和其它材料的混合物，例如但不限于燃料 和渣料添加剂。反应器208构造成用以分别经由管道214和210接收材料浆料流和O2流。反应 器208还构造成用以帮助产生热的、原质(未净化)的合成气体(合成气)流(未示出)。 而且，反应器208还构造成用以产生热的渣料和烧焦物(二者均未示出)作为副产合成气产物。反应器208经由热合成气体管道218联接成与热传递设备144流动连通。设备 144构造成用以接收热的、原质的合成气流并经由管道146将至少一部分热量传递至HRSG 142。随后，设备144产生冷却的、原质合成气流(未示出)，该合成气流经由合成气管道219 引导至洗涤器和低温气体冷却(LTGC)单元221。单元221构造成用以去除夹带在原质合 成气流内的渣料和烧焦物部分(有时称为“细粒”)并有助于经由细粒管道222去除细粒。 细粒经传送通向废物收集系统(未示出)用于最终处理和/或再流通回到气化反应器208， 以便利用细粒内的未使用的碳含量。单元221还构造成用以进一步冷却原质合成气流。设备144还有助于从热的、原质合成气流去除渣料和烧焦物。具体而言，渣料和烧 焦物处理单元215经由热渣料管道216联接成与设备144流动连通。单元215构造成用以 使余量的烧焦物和渣料骤冷，同时将渣料分解成小的部分，其中，生成了渣料和烧焦物去除 流(未示出)并将其引导穿过管道217。以类似于上述细粒的方式，渣料和烧焦物经引导通 向废物收集子系统(未示出)用于最终处理和/或再流通回到气化反应器208中，以便利 用渣料和烧焦物内的未使用的碳。系统200还包括酸性气体去除子系统230，该子系统230联接成与单元221流动 连通且构造成用以经由原质合成气管道220接收冷却的原质合成气流。子系统230还构造 成用以有助于从原质合成气流去除至少一部分的酸性成分(未示出)，如下文进一步描述。 该种酸性气体成分包括但不限于H2S和C02。子系统230还构造成用以有助于将至少一些 的酸性气体成分分离成包括但不限于H2S和CO2的成分。在示例性实施例中，CO2不再回收 和/或进行隔离。作为备选，子系统230经由至少一个CO2管道(未示出)联接成与反应 器208流动连通，其中，CO2流(未示出)经引导通向反应器208的预定部分。经由子系统 230去除该种CO2和H2S有助于产生清洁的合成气流(未示出)，该合成气流经由清洁的合 成气管道228引导通向燃气涡轮114。在操作中，空气分离单元202经由管道204接收空气。该空气分离成02、N2和其它 成分。其它成分被排放或收集，其中，至少一部分N2经由管道206引导通向涡轮114，以及 至少一部分O2经由管道210引导通向气化反应器208。余下部分的N2和O2可作为多个流 而根据需要引导至IGCC 100的其它部分，包括但不限于存储部分(storage)。此外，在操作 中，材料磨碎和成浆单元211分别经由管道212和213接收石油焦和水，形成石油焦浆料流 并将石油焦浆料流经由管道214引导至反应器208。
反应器208经由管道210接收02，经由管道214接收石油焦。反应器208有助于 产生热的原质合成气流，该合成气流经由管道218引导通向设备144。形成在反应器208中 的一些副产渣料经由渣料处理单元215和管道216和217而去除。设备144有助于冷却热 的原质合成气流以产生冷却的原质合成气流，该合成气流经由管道219引导通向洗涤器和 LTGC单元221，且合成气得到进一步冷却。颗粒物质，包括一些渣料和烧焦物(呈细粒形 式)，经由管道222从合成气中去除。冷却的原质合成气流经引导通向酸性气体去除子系统 230，其中，酸性气体成分有选择地进行去除，以便形成清洁的合成气流且将其经由管道228 引导至燃气涡轮114。此外，在操作中，涡轮114分别经由管道206和228接收N2和清洁的合成气。涡轮 114压缩来自至少一个空气源(未示出)的空气，随后涡轮114将该空气与合成气燃料相混 合并燃烧，产生热的燃烧气体。涡轮114引导热燃烧气体以促使涡轮114旋转，该涡轮114 随后经由转子120使第一发电机118旋转。至少一部分排气气体经由排气气体管道148从 涡轮114引导至HRSG 142，以有助于产生蒸汽。经由热传递设备144从热的合成气去除的至少一部分热量作为蒸汽经由管道146 引导至HRSG 1420 HRSG 142接收来自设备144的蒸汽，连同一个或多个锅炉进给水流一起， 以及来自涡轮114的排气气体。热量从排气气体传递至该一个或多个锅炉进给水流以及来 自设备144的蒸汽，从而产生一个或多个后续的蒸汽流以及增加了包含在来自设备144的 蒸汽中的热能。在示例性实施例中，如上所述产生的至少一个蒸汽流经加热达到过热状态。 作为备选，一个或多个上述蒸汽流混合在一起以形成可加热至过热状态的一个或多个混合 流。作为备选，形成高温饱和蒸汽。至少一部分过热蒸汽经由管道150引导通向蒸汽涡轮 132并促使涡轮132旋转。涡轮132经由第二转子136旋转第二发电机134。余下部分的 蒸汽经引导以便在IGCC装备100内的其它地方使用。图2是气化反应器208的示意性截面视图，该气化反应器208可用于合成气体生 成，例如可结合IGCC发电装备100使用。反应器208包括联接成与气化腔302流动连通的至 少一个喷射装置300。在示例性实施例中，装置300是如文中所述的环形三通管(triplet) 气化器喷射器喷嘴，由此包括三个环形通道(下文进一步描述)。作为备选，装置300为包 括但不限于具有四个或多个环形通道的构造的任何喷射器喷嘴。此外，作为备选，装置300 为包括但不限于三个或多个同心通道的任何喷射器喷嘴，其中，各通道均以有助于操作如 文中所述的喷射装置300的任何构造而联接成与上文所述的环形通道流动连通。腔302至少部分地由大致圆柱形的反应器壁304和头端盖306限定。在示例性实 施例中，气化反应器208为大致圆柱形。作为备选，反应器208包括有助于操作如文中所述 的反应器208的任何构造。而且，在示例性实施例中，装置300具有大致垂直的定向(下文 进一步描述)，其中，装置300穿透反应器208的顶部且大致向下指向。作为备选，装置300 具有包括但不限于大致水平定向的任何定向。在示例性实施例中，壁304包括至少一种陶瓷耐火材料，包括但不限于热回火砖。 作为备选，壁304为流体-冷却的，其中，冷却流体包括但不限于氮气、水和/或蒸汽。盖306 密封地联接到反应器208的头端部分308的至少一部分上。腔302还部分地由密封地联接 到壁304的至少一部分上的后端盖(未示出)限定，其中，后端盖定位在与部分308相对的 后端部分310上。作为备选，盖306、头端部分308、后端盖以及后端部分310定向在相对于壁304的任何位置，包括有助于操作如文中所述的反应器208的任何定向。此外，壁304可 具有有助于操作如文中所述的反应器208的任何构造。而且，作为备选，反应器208具有有 助于操作如文中所述的IGCC 100的任何构造。喷射器装置300包括经由开孔314插入的尖端部分312，该开孔314限定在头端 盖306中且采用包括但不限于保持硬件(未示出)的紧固方法而密封地联接到头端盖306 上。反应器208构造成使得喷射器装置300的轴向中心线316与气化腔302的纵向中心线 318是共线的。尖端部分312构造成用以在腔302内形成多个回流区。具体而言，尖端部分 312构造成用以在气化腔302内形成距尖端部分312为第一距离Dl的第一回流区320。回 流区320具有大致环状形状且该形状为在空间上大致连续或部分地分段中的一种。而且， 回流区320定位成靠近中心线318，且关于中心线318大致围绕该中心线318居中。而且， 具体而言，尖端部分312构造成用以在气化腔302内形成距尖端部分312为第二距离D2的 第二回流区322。回流区322具有大致环状形状且该形状为在空间上大致连续或部分地分 段中的一种。而且，回流区322关于中心线318定位，也就是说，大致围绕中心线318居中， 且紧密邻近壁304。第一回流区320在第二回流区322内邻近地居中。反应器208的备选实施例可包括多个喷射装置300，其中，各装置300均具有中心 线316，使得各相关的中心线316均与类似于中心线318的预定轴向定向是共线的。该多个 装置300中的各个均可具有或垂直的(即，直接地向上和/或直接地向下)和/或水平的 定向，包括在完全垂直定向和完全水平定向之间的有助于操作如文中所述的反应器208的 任何定向。此外，反应器208的该种备选实施例可包括多个装置300，其中，所有的装置300 都具有大致类似的定向。而且，反应器208的该种备选实施例可包括多个装置300，其中，第 一数目的该种喷射器300具有不同于第二数目的该种装置300的定向。反应器208的还有的备选实施例可包括多个装置300，其中，装置300分布在反应 器208的一个或多个表面上，各装置300均具有不同的定向。而且，构成多个喷射器300的 至少一部分的喷射器300可分别安置在作为反应器208的一部分或以其它方式与反应器 208相连结的专用腔(未示出)中，从而有助于由各个该种喷射器300单独地形成或发展成 多个回流区。图3是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的示例性喷射器进给组件319的 示意性透视图。显示了喷射装置轴向中心线316和气化腔纵向中心线318以便透视。组件 319包括流动连通地联接到类似于O2管道210(图1中所示)的O2源上的内部氧气(O2)供 应区段321。组件319还包括流动连通地联接到类似于材料浆料管道214 (图1中所示)的 浆料源上的中间浆料区段323。组件319还包括流动连通地联接到类似于O2管道210的O2 源上的外部O2供应区段324。区段324的至少一部分围绕区段323的至少一部分延伸，区 段323的至少一部分围绕区段321的至少一部分延伸，以及区段324的至少一部分围绕区 段321的至少一部分延伸。而且，区段321，323和324在它们连结尖端312成流动连通的 部位终止。因此，区段321，323和324在组件319内限定多个大致同心通道或通路，或者， 具体而言，内部O2通路、中间浆料通路，以及外部O2通路(在图3中均未示出)。组件319还包括O2旁通管线325，其在区段324和321之间建立至少一定的流动 连通，使得预定的O2质量流率分布有助于至少部分地基于累积的预定O2压降，这发生在O2 引导经过区段321和324、O2旁通管线325，以及当O2从组件319排出的后续构件。因此，有助于保持外部O2质量流率和内部O2质量流率(二者均未示出)的预定比率。旁通管线 325有助于在气化反应器208的改装中安装和操作组件319。作为备选，包括但不限于流动 孔口以及手动操作式和自动式节流阀的方法结合或代替旁通管线325进行使用。组件319还包括经由多个冷却流体旋管328联接成与喷射装置300的尖端部分 312流动连通的冷却流体进口歧管326和冷却流体出口歧管327。歧管326和327以及旋 管328有助于引导冷却流体用以去除来自尖端部分312的热(在下文更详细地论述)。组 件319还包括安装法兰329，该安装法兰329采用包括但不限于保持硬件(未示出)的紧固 方法可移除地和密封地联接到头端盖306上。作为备选，组件319具有有助于操作如文中 所述的喷射装置300的任何数目的冷却剂连接件和/或冷却剂流动器件。图4是可结合喷射器进给组件319(图3中所示)使用的喷射装置300的尖端部 分312的示意性截面视图。图5是喷射装置300的尖端部分312(图4中所示)的示意性 透视剖面视图。在示例性实施例中，尖端部分312包括管路过渡部分330，该部分330包括 三个大致同心的管路部件。具体而言，部分330有助于在组件319和尖端部分312之间的 流动连通且包括至少部分的圆柱形外壁332、至少部分的圆柱形中间壁334，以及至少部分 的圆柱形内壁336。壁332联接到部分324(图3中所示)上。壁334联接到部分323 (图 3中所示)上。壁336联接到部分321 (图3中所示)上。作为备选，部分330是组件319 的延伸件而不是尖端部分312的。中间壁334和内壁336至少部分地限定中间反应剂通道，或浆料通路338。浆料通 路338联接成与组件319内的中间煤浆料通路(未示出)流动连通。在示例性实施例中， 中间壁334和外壁332至少部分地限定外部反应剂通道，或气态氧气(GOX)通路340。GOX 通路340具有大致环形截面。而且，在示例性实施例中，内壁336至少部分地限定内部反应 剂通道，或GOX通路342。GOX通路342具有大致圆形截面。内部GOX通路342和外部GOX 通路340分别联接成与组件319内的内部O2通路和外部O2通路(二者均未示出)流动连 通。作为备选，通路340和342构造成用以引导有助于操作尖端部分312的任何流体(包 括但不限于空气、夹带氧气的空气、蒸汽、氮气以及二氧化碳)且联接成与适当的流体源流 动连通。尖端部分312还包括喷射器本体适配器350，该适配器350通过包括但不限于焊 接、钎焊以及其它适当的结合工艺的一种或多种方法而联接到管路过渡部分330且更具体 而言联接到外壁332上。作为备选，采用保持硬件(未示出)。适配器350限定了冷却流 体进口仓室354和冷却流体出口仓室356。仓室354和356分别联接成与冷却流体进口歧 管326和冷却流体出口歧管327 ( 二者在图3中示出)流动连通。而且，在示例性实施例 中，适配器350包括流动引导构件(未示出)，以便有助于引导冷却剂流分别进出仓室354 和356。此外，在示例性实施例中，适配器350由多个邻接构件(未示出)结合多个结构和 对准构件(未示出)而形成，以便有助于适配器350和任何邻近构件的对准和结构整体性。 作为备选，适配器350以有助于操作如文中所述的尖端部分312的任何方式形成。尖端部分312还包括喷射器本体360。在示例性实施例中，喷射器本体360由多 个邻近构件形成(在下文进一步论述)。而且，在示例性实施例中，喷射器本体360包括流 动引导构件(在下文进一步论述)，以便有助于引导冷却剂流分别进出仓室354和356。此 外，在示例性实施例中，喷射器本体360形成有多个结构和对准构件(未示出)，以便有助于喷射器本体360和任何邻近和/或邻接构件的对准和结构整体性。作为备选，喷射器本体 360以有助于操作如文中所述的尖端部分312的任何方式形成。具体而言，在示例性实施例中，喷射器本体360包括中心部分362，该中心部分362 大致垂直于中心线316且关于中心线316居中，也就是说，围绕喷射装置轴向中心线316和 大致共线的气化腔纵向中心线318居中。中心部分362采用包括但不限于铸造和锻造的方 法形成。而且，中心部分362的至少一部分包括上述多个结构和对准构件(未示出)的至 少一部分。喷射器本体360还包括外部环形部分364。喷射器本体360还包括径向外部中 间部分363和径向内部中间部分365。部分363，364和365分别在下文进一步论述。径向外部中间部分363采用包括但不限于铸造和锻造的方法形成。而且，部分363 通过包括但不限于焊接、钎焊以及其它适当的结合工艺的方法而联接到中间壁334上。作 为备选，采用保持硬件(未示出)。外部环形部分364采用包括但不限于铸造和锻造的方法形成。而且，部分364通 过包括但不限于焊接、钎焊以及其它适当的结合工艺的方法而联接到适配器350上。作为 备选，采用保持硬件(未示出)。径向内部中间部分365采用包括但不限于铸造和锻造的方法形成。而且，部分365 通过包括但不限于焊接、钎焊和其它适当的结合工艺的方法而联接到内壁336上。作为备 选，采用保持硬件(未示出)。在示例性实施例中，部分362，363，364和365单独地形成且组装在尖端部分312 内以形成喷射器本体360。作为备选，喷射器本体360整体地形成为单个部件。此外，作为 备选，部分362，363，364，和365可采用有助于操作如文中所述的喷射器本体360的任何组 合而彼此整体地形成。外部环形部分364形成第一径向外部面366。径向外部中间部分363形成第二径 向外部面369。径向内部中间部分365形成第三径向外部面371。中心部分362形成第四 径向外部面373。在示例性实施例中，面366，369，371和373彼此大致齐平且构造成具有关 于中心线316和318的倾斜角，或更具体而言为钝角368。也就是说，第一径向外部面366 关于中心线316 (也就是说，围绕喷射装置轴向中心线316大致居中)以倾斜角368定向。 中心部分362还形成轴向外部表面375，其在示例性实施例中关于中心线316定向，也就是 说，定向成大致垂直于喷射装置轴向中心线316且围绕其大致居中。作为备选，面366，369， 371和373以及表面375具有有助于操作如文中所述的喷射器本体360的任何形状、定向和 构造。在示例性实施例中，具有面369的部分363为整体部件。作为备选，部分363包括 两个部件(未示出)，其中，轴向内部第一部件(未示出)联接到壁334上，具有面369的轴 向外部第二部件通过包括但不限于冷却辐条和结构支承件(二者均未示出)的方法而联接 到部分364和/或部分365上，并且第一和第二部件通过包括但不限于焊接、钎焊和其它适 当的结合工艺的方法而彼此联接。作为备选，采用保持硬件(未示出)。此外，在示例性实施例中，具有面371的部分365为整体部件。作为备选，部分365 包括两个部件(未示出)，其中，轴向内部第一部件(未示出)联接到壁336上，具有面371 的轴向外部第二部件通过包括但不限于冷却辐条和结构支承件(二者均未示出)的方法而 联接到部分362和/或部分363上，并且及第一和第二部件通过包括但不限于焊接，钎焊和其它适当的结合工艺的方法而彼此联接。作为备选，采用保持硬件(未示出)。此外，在示例性实施例中，角368为大约100°至120°，优选范围为105°至 115°。作为备选，角368为有助于操作如文中所述的喷射装置300的任何值。而且，在示例性实施例中，部分362，363，364和365 (包括面366，369，371和373以 及表面375)中的至少一个为流体冷却的。该种流体冷却利用回路流体冷却和/或过程流体 冷却中的至少一种而予以实施。回路流体冷却利用闭合的冷却流体回路而予以实施且在下 文进一步论述。该种过程流体冷却利用包括但不限于燃料和氧化剂的过程流体而实现。此 外，在示例性实施例中，没有耐火材料涂层形成在面366，369，371和373以及表面375上。 作为备选，至少一层耐火材料涂层形成在面366，369，371和373以及表面375中的至少一 个的至少一部分上。作为备选，采用有助于操作如文中所述的喷射器本体360的流体冷却 和耐火材料涂层的任何组合。此外，作为备选，喷射器本体360不包括流体冷却也没有耐 火材料涂层，并且至少部分地由包括但不限于至少一种耐火材料的一种或多种耐热材料形 成。在示例性实施例中，如上文所述的该种回路流体冷却通过限定在喷射器本体360 内的多个周向冷却通路367而得以促进。具体而言，通路367限定在部分364内且联接成分 别与进口仓室354和出口仓室356流动连通。而且，在示例性实施例中，三个通路367限定 在部分364内。此外，一定数目的周向冷却通路(未示出)以类似方式限定在部分362内。 作为备选，任何数目的冷却通路以有助于操作如文中所述的尖端部分312的任何定向和构 造而限定在喷射器本体360的任何部分中。喷射器本体360的冷却在下文进一步论述。在示例性实施例中，部分362，363，364和365相协作以形成多个反应剂喷射环状 空间352。具体而言，部分364和363相协作以限定外部GOX喷射环状空间370以及联接成 与外部GOX通路340流动连通的相关的环形外部GOX喷射端口 384。此外，具体而言，部分 363和365相协作以限定含碳反应剂环状空间，或更具体而言，浆料喷射环状空间372和相 关的含碳反应剂端口，或更具体而言，联接成与浆料通路338流动连通的环形浆料喷射端 口 386。此外，具体而言，部分365和362相协作以限定环形内部GOX喷射环状空间374以 及联接成与内部GOX通路342流动连通的内部GOX喷射端口 388。作为备选，任何数目的反 应剂喷射通路和喷射端口限定在有助于操作如文中所述的尖端部分312的喷射器本体360 内。在示例性实施例中，环状空间370，372和374以及相关的同心喷射端口 384，386和388 如限定在面366，369，371和373那样是连续的。备选实施例在下文进行论述。图4和图5 中所示的区域6在下文进一步论述。图6是沿着区域6 (图4和图5中所示)所截取的尖端部分312的一部分的示意性 截面视图。线376显示出以便透视且大致平行于中心线316 (在图2，3，4和5中示出)和 318。浆料喷射环状空间372和浆料喷射端口 386构造成以关于线376的角378排出或喷 射浆料流(在图6中未示出)。也就是说，浆料喷射环状空间372和浆料喷射端口 386以关 于中心线316(也就是说，围绕喷射装置轴向中心线316大致居中)的倾斜角定向。此外， 外部GOX喷射环状空间370和外部GOX喷射端口 384构造成以关于浆料流的角380排出或 喷射外部GOX流(在图6中未示出)，使得外部GOX流以大约角380与浆料流相交。此外， 内部GOX喷射环状空间374和内部GOX喷射端口 388构造成以关于浆料流的角382排出或 喷射内部GOX流(在图6中未示出)，使得内部GOX流以大约角382与浆料流相交和以大约角380和角382的总和与外部GOX流相交。三个流的该种相交出现在距尖端部分312的预 定距离以及距气化反应器中心线318沿径向向外的预定距离处。在示例性实施例中，角378大于0°，或更具体而言，大于大约5°至30°度，且优 选范围为大约15°至20°。此外，在示例性实施例中，角380为大约20°至70°且优选范 围为大约30°至60°。此外，在示例性实施例中，角382为大约20°至70°且优选范围为 大约30°至60°。作为备选，角度378，380和382为有助于操作如文中所述的尖端部分 312的任何值。例如，对于角度378，380和382的此类值至少部分地基于构造参数，该参数 分别包括但不限于环状空间370，372和/或374以及相关的喷射端口 384，386和/或388 的尺寸，与气化腔302的尺寸相比，包括但不限于处在壁304(图2中所示)之间的直径距 离(未示出)，其中，该种直径距离大致正交于中心线318。构造喷射环状空间370，372和374 (分别包括构造端口 384，386和388)以便于浆 料流和GOX流(二者在图6中均未示出)带有预定动量以预定角度相交，有助于混合反应剂 流和改善在浆料和氧气之间的化学反应的效率。具体而言，构造喷射环状空间372以便于 以角378远离中心线316和318排出或喷射浆料流，有助于改善来自浆料的煤粒子的驻留 时间。此外，具体而言，构造喷射环状空间370以便于以角380朝向浆料流且朝向线376 (其 大致平行于中心线318)排出或喷射外部GOX流，以及构造喷射环状空间374以便于以角 382朝向浆料流且朝向线376排出或喷射内部GOX流，有助于形成围绕线318的回流区320 和322 ( 二者在图2中示出)。此外，具体而言，角378预定为有助于排出或喷射浆料流，使 得回流区320和322 二者形成为围绕中心线318。以此方式混合浆料流和GOX流帮助促进 使用在雾化浆料中各流中的动能和帮助促进雾化浆料与GOX混合。因此形成的两个回流区 320和322还帮助改善燃料和GOX混合物的有效驻留时间分布和快速地使得浆料微滴暴露 于高温，从而有助于蒸发和加热浆料。而且，角378其大小还形成为用以在浆料流已有充足 的机会与氧气混合和反应之前减轻在进入腔302的浆料流内形成空穴(void)的潜在可能。 该种减轻在围绕中心线318的浆料流内形成空穴通过减小在GOX/燃料比方面的变化而有 助于散布均勻性。该种机理有助于形成局部高温(也就是说，高于成渣状态)，以及升高在 反应剂之间的有效驻留时间分布。因此，定向和构造如文中所述的喷射环状空间370，372和374以及角度378，380 和382有助于蒸发反应剂，也就是浆料、微滴。具体而言，回流区320和322有助于升高浆 料和GOX的有效驻留时间分布，使得在含碳材料和GOX之间的反应进行得更为完全。而且， 在头端部分308(图2中所示)附近形成该种回流区320和322有助于在此附近的散热速 率，这随后有助于在浆料流中蒸发水和加热燃料。作为备选，角度378，380和382构造成用 以将回流区320和322定位在腔302的预定区域中，其将第一区域320定位成更加靠近和/ 或进一步远离壁304和/或将第二区域322定位成更加靠近和/或进一步远离中心线318。 此外，作为备选，角度378，380和382 —般而言可以增大，使得相关片的相交点沿轴向朝向 部分364移动，如果耐火材料损耗(例如但不限于散裂)和通过尖端312的热保持不成为 问题的话。图7是喷射装置尖端部分312、具体而言是喷射器本体360的示意性前视图。中心 线316和318显示出以便透视。在示例性实施例中，喷射器本体360具有外径389，其为有 助于操作如文中所述的喷射装置300的任何值。此外，在示例性实施例中，环状空间370，372和374，包括端口 384，386和388，分别限定和构造成用以有助于经由喷射相关的流而形 成大致环形地发散和环形地收敛的片(在图7中并未示出)。作为备选，任何数目和任何构 造的喷射环状空间370，372和374用来以有助于操作如文中所述的喷射装置尖端部分312 的任何流构造排出或喷射相关的流。图8是喷射装置尖端部分312的一部分的示意性前视图。部分312包括多个冷却 剂通路392，这些通路392经由包括但不限于中心部分冷却通路(未示出)的标准引导器 件(未示出)而与冷却剂进口仓室354和冷却剂出口仓室356 ( 二者在图4和图5中均有 示出)以及通路367相协作。在示例性实施例中，交替的通路392构造成用以在尖端部分 312内引导冷却剂沿径向向内和向外(如由实心箭头所示)，用以有助于冷却尖端部分312， 或具体而言冷却中心部分362(分别包括第四径向外部面373和轴向外部表面375)，以及 冷却外部环形部分364 (包括第一径向外部面366)。作为备选，分别冷却径向外部部分363 和径向内部部分365 (分别包括面369和371)还通过通路392而得以促进。此外，作为备 选，采用了任何数目的和任何构造的冷却剂引导器件，包括但不限于在有助于操作如文中 所述的尖端部分312的至少一个冷却回路(未示出)内的预先限定的通路和仓室。此外还 作为备选，结构支承和对准构件(包括但不限于支承杆)与通路392相协作，或者代替通路 392 (对于没有冷却通路392的那些实施例而言)。在示例性实施例中，冷却剂为水。作为 备选，冷却剂包括但不限于蒸汽。进一步作为备选，有助于冷却和操作如文中所述的尖端部 分312的任何冷却剂都可使用。每当尖端部分312的温度高于渣料黏连温度，例如，高于大约871摄氏度(°C ) (1600华氏度(°F ))，便可能发生渣料粘附。因此，在示例性实施例中，仓室354和356 以及通路367和392构造成用以有助于保持尖端部分312的各部分(包括但不限于面 366和表面375)的温度在大约204°C (400 0F )至649°C (1200 0F )的范围内，优选是在 2320C (450 0F )至399°C (750 0F )的范围内。作为备选，面366和表面375具有有助于冷 却面366和表面375和有助于操作如文中所述的尖端312的任何构造和/或定向。各个喷射端口 384，386和388分别包括径向尺寸394，396和398。尺寸396以及 喷射端口 386的相关截面区域其大小形成为有助于经由环状空间372和喷射端口 386排出 或喷射薄的浆料流(未示出)。尺寸396以及喷射端口 386的相关截面区域定向成垂直于 传送通过端口 384的薄浆料流。薄的浆料流随后形成易于分裂成小的反应剂微滴的薄的浆 料片，这些微滴容易蒸发，即改善了浆料雾化，从而有助于提高浆料中的有机材料热解和气 化的效率和有效性。该种热解和气化效率和有效性的提高有助于提高合成气的生产率，同 时降低副产灰烬的产生率(二者均未示出)。在示例性实施例中，尺寸396具有有助于操作 如文中所述的尖端部分312的任何值。尺寸394和398以及相关的截面区域分别垂直于外部GOX流和内部GOX流(分别 从端口 384和388排出)的流动，并且其大小独立地形成为有助于将外部GOX流和内部GOX 流与浆料流相混合，从而有助于提高浆料中的有机材料热解和气化的效率和有效性。例如， 确定尺寸394和398的方法包括但不限于配制标准氧化剂/燃料比以及如本领域中所公知 的雷诺数、韦伯数(Weber number)和欧氏数(Ohnesorge number)。在示例性实施例中，尺 寸394和398以及相关的截面区域其大小形成为有助于分布GOX流率，该流率产生范围在 大约1177°C至1482°C (2150 °卩至2700 0F )内的绝热气化温度。弧线9_9通过径向透视显示出尖端部分312的一部分。各个外部面369，371和373均分别包括径向尺寸393，395和397。如在下文进一 步论述，尺寸393，395和397预定为有助于与包括但不限于尺寸394，396和398的其它参 数相协作，以有助于将内部GOX流和外部GOX流与浆料流相混合，从而有助于提高浆料中的 有机材料热解和气化的效率和有效性。图9是沿着弧线9_9(图8中所示)所截取的喷射装置尖端部分312的一部分的 示意性径向透视图。具体而言，多个流动分离器400定位在喷射器本体360内以有助于围 绕通路392分离浆料和随后使浆料再结合，从而保护通路392和/或任何机械支承装置和 结构构件(包括但不限于延伸经过环状空间372的杆和间隔件(二者均未示出))免受浆 料引起的腐蚀。流动分离器400因此将正处在喷射端口 386上游的浆料喷射环状空间372 的轴向内部部分分隔成多个浆料槽口，或通路401，从而至少部分地限定环状空间372。各 流动分离器400均包括第一侧402和至少部分地限定通路401的相对的第二侧404。煤浆 料通常未表现为牛顿流体。相反，煤浆料通常表现为类似于宾汉(Bingham)塑料的方式。具 体而言，作为具有粘度值的替代，煤浆料更易于以屈服应力和刚性系数为特征。因此，一旦 位于浆料通道壁(例如，通路401的第一侧402和第二侧404)处的剪切应力小于浆料的屈 服应力，则通路401内的流动阻塞(pluggage)将得以促进，其中，浆料流动将降低直至完全 停止。各个流动分离器400还包括至少部分地由侧402和404的连接所限定的上游顶点 406。各上游顶点406均大致与线408对准，其中，线408大致与角378(如图6中所示)对 准和大致使分离器400分叉，包括使各顶点406均平分成两个大致相等的角度410。角度 410有助于将接收自浆料通路338(图4中所示)的至少一部分浆料流发散到邻近的通路 401中，使得浆料中的煤粒子的研磨性质和流动阻塞特性有所减轻。在示例性实施例中，角 度410具有大约3°至大约15°的值。作为备选，角度410具有有助于操作如文中所述的 尖端部分312的任何值。各流动分离器400还包括由侧402和404的连接至少部分地限定的下游顶点407。 在示例性实施例中，顶点406稍微圆整以有助于流动分离，以及顶点407大致指向为有助于 在流动分离器400下游使流动流在环状空间372内再结合。作为备选，顶点406和顶点407 具有有助于操作如文中所述的尖端部分312的任何形状。在示例性实施例中，通路392和/或任何杆，间隔件，或其它结构支承构件，以及流 动分离器400和浆料通路401在环状空间372内沿轴向在面369和/或371的上游凹进预 定的轴向距离411。距离411和顶点407的形状基于离开喷射端口 386进入气化腔302的 浆料流的再结合特性而预定。作为备选，通路392和/或任何杆，间隔件，或其它结构支承 构件，以及流动分离器400定位在环状空间372内，具有有助于操作如文中所述的喷射装置 300的关于面369和/或371的任何定向。此外，在示例性实施例中，环状空间370和374(图8中所示)包括多个流动分离 器400以有助于经由顶点406分离反应剂流和随后在顶点407下游使反应剂流再结合。该 种流动分离有助于保护通路392和/或任何杆、间隔件或延伸经过环状空间370和/或374 的其它结构支承构件免受反应剂流引起的腐蚀。然而，相关的上游顶点和下游顶点(二者 均未示出)的角度具有有助于与特定反应剂流体相关联的预定反应剂流体流动特性的值。
此外，在示例性实施例中，流动分离器400采用机械联接的标准方法而形成为围 绕通路392和/或杆或其它结构构件或附加于其上。在备选实施例中，流动分离器400为 通路392和/或杆和/或延伸经过一个或多个环状空间370，372和374的任何其它结构构 件的组成部分。此外，在备选实施例中，流动分离器400用来分别替代杆或其它结构构件以 有助于一个或多个环状空间370，372和374和相关的喷射端口 384，386和388的结构整体 性和/或对准。此外还作为备选，流动分离器400中的至少一个为尖端部分364，363，365 和/或362中至少一个的组成部分。作为备选，径向内部部分365的各部分(包括面371)和径向外部部分363的各部 分(包括面369)使用传输经过单独的冷却水回路(未示出)的冷却剂进行冷却，该冷却水 回路包括至少一个冷却剂进口和至少一个冷却剂出口( 二者均未示出)。此外，作为备选， 径向内部部分365的各部分(包括面371)和径向外部部分363的各部分(包括面369)，通 过有助于操作如文中所述的喷射器尖端300的任何器件进行冷却。此外，作为备选，如果中 心部分362未经冷却或中心部分362经由单独的冷却源(未示出)而非经由通路392得到 冷却，则通路392利用结构构件替代以有助于尖端部分312的结构整体性和/或对准。图10是喷射装置尖端部分312的一部分、具体而言是喷射器本体360的示意性截 面视图。浆料喷射环状空间372和喷射端口 386构造成用以有助于引导浆料流412进入气 化腔302中。具体而言，环状空间372和端口 386构造成用以与流动分离器400的下游顶 点407相协作(二者在图9中示出)用以形成大致连续和均勻的浆料片414，其以角378远 离中心线318指向而排出或喷射到气化腔302中。浆料片414也是大致环形且发散的。类似的是，外部GOX喷射环状空间370和喷射端口 384构造成用以有助于引导外 部GOX流416进入气化腔302中。具体而言，环状空间370和端口 384构造成用以形成大 致连续和均勻的外部GOX片418，其关于浆料片414以角382指向中心线318而排出或喷射 到气化腔302中。外部GOX片418也是大致环形且收敛的。此外，类似的是，内部GOX喷射环状空间374和喷射端口 386构造成用以有助于引 导大致连续和均勻的内部GOX流420进入气化腔302。环状空间374和端口 388构造成用 以形成大致连续和均勻的内部GOX片422，其关于浆料片414以角380远离中心线318指向 而排出或喷射到气化腔302中。内部GOX片422也是大致环形且发散的。在示例性实施例 中，内部GOX流为经过喷射装置300的总体GOX流的大约50%，其中，外部GOX流占余下的 大约50%。作为备选，采用有助于操作如文中所述的喷射装置300的内部GOX流相对于外 部GOX流的任何比率。生产合成气体(合成气)(未示出)的一种示例性方法包括经由喷射装置300排 出或喷射反应剂流412，416和420到气化反应器208中。该方法还包括混合反应剂流412， 416和420中各个的至少一部分，以便由反应剂流412，416和420限定回流区320和322。 该方法还包括经由混合反应剂流412，416和420中各个的至少一部分而在回流区320和 322内产生合成气。在操作中，并参看图10，包括煤和/或煤粒子和水的煤浆料(未示出)，具有类似 湿水泥的稠度和粘度，从材料磨碎和成浆单元211经由管道214引导至气化反应器208 (全 在图1中示出)。具体而言，煤浆料经引导通向至少一个喷射器进给组件319的中间浆料区 段323 ( 二者在图3中示出)。随后，煤浆料经引导通向位于各喷射装置300的管路过渡部分330( 二者在图4和图5中示出)内的大致环形浆料通路338。煤浆料进一步经由壁363 和365(在图4和图5中示出)引导至喷射器本体360。具体而言，煤浆料经引导通向浆料 喷射器环状空间372用以形成浆料流412。流412然后经引导围绕流动分离器400 (图9中 所示)，其中，将至少一部分的流412发散到邻近通路401 (图9中所示)中有助于使得流 412中的煤粒子的研磨性质和流动阻塞特性得到减轻。引导经过通路401的流412中的各部分在分离器400的下游再结合用以形成大 致连续、均勻、环形且发散的浆料片414，该浆料片414经由喷射端口 386关于气化腔中心 线318以角378排出或喷射到气化腔302中。以此方式喷射浆料有助于改善煤和/或煤粒 子在气化腔302内的驻留时间和驻留时间分布。而且，呈薄片的形式喷射浆料片414到腔 302中有助于提高浆料中的有机材料热解和气化的效率和有效性，其中，该薄片易于分裂成 小的反应剂微滴，且带有改进的雾化而容易蒸发。此外，在操作中，诸如GOX的流体反应剂(未示出)经由管道210从空气分离单 元202引导至气化反应器208 (全在图1中示出)。具体而言，在适当的压力和流动控制之 后，GOX经引导分别通向至少一个喷射器进给组件319的内部O2区段321和外部O2区段 324 (全在图3中示出)。在示例性实施例中，流动经过区段321和324的GOX流通过O2旁 通管线325而受到促进，其中，旁通管线325至少在区段324和321之间建立了一定的流动 连通，使得O2质量流率分布得到促进。该种O2质量流率分布基于经过喷射器进给组件319 的各个O2流动路径的累积的O2压降而受到促进。因此，有助于保持外部O2质量流率相对 于内部O2质量流率(二者均未示出)的预定比率。作为备选，包括但不限于流动孔口以及 手动操作式节流阀和自动式节流阀的方法结合或代替旁通管线325而得到使用。在各个喷射装置300的管路过渡部分330 (全在图4和图5中示出)内，GOX从区 段321和324分别引导至大致环形内部GOX通路340和大致圆形内部GOX通路342。GOX 经由适配器350进一步引导至喷射器本体360。具体而言，GOX经引导分别通向大致环形的 内部GOX喷射器环状空间374和外部GOX喷射器环状空间370，分别用以形成大致环形的内 部GOX流420和外部GOX流416。流420和416然后引导经过流动分离器，在其中，分别使 通向环状空间374和370中的流420和416的至少一部分发散和再结合且分别经过喷射端 口 388和384，有助于GOX流420和416的有益的流动特性，以及减轻GOX流420和416的 不利的流动特性。流420和416分别形成大致连续、均勻、环形发散和环形收敛的内部GOX片422和 外部GOX片418，这些内部GOX片422和外部GOX片418关于大致环形发散的浆料片414分 别以角度380和382排出或喷射到气化腔302中。以此方式喷射GOX有助于浆料片414和 GOX流418和422以预定角度伴有预定动量地相交，这进一步有助于雾化，从而改善在浆料 和氧气之间的化学反应的效率。具体而言，片414，418和422的该种相交有助于形成大致 环状的回流区320和322。第一回流区320形成为接近中心线318并围绕中心线318大致 居中。第二回流区322也围绕中心线318大致居中，且紧密邻近壁304(图2中所示)。回 流区320和322有助于增加浆料和GOX的驻留时间和/或驻留时间分布，使得在浆料和GOX 之间出现更大数目的化学反应。而且，形成该种回流区320和322 (图2中所示)有助于散 热速率，这随后有助于浆料流412中水的蒸发。分别包括端口 384，386和388的环状空间 370，372和374的构造有助于形成大致环状形状的回流区320和322。
此外，在操作中，流体冷却剂经由冷却流体进口歧管326 (图3中所示)从冷却剂 源(未示出)引导到冷却剂进口仓室354(图4中所示)中。冷却剂经由标准的引导器件(未 示出)进一步从仓室354分别引导至多个周向冷却剂通路367和径向冷却剂通路392 ( 二 者在图8中示出)。在通路367内的冷却剂有助于从外部部分364的各部分(包括面366) 去除热。引导冷却剂经过通路392有助于在中心部分362 (包括面373和表面375)中去除 热。而且，通路392内的冷却剂经由通路392引导经过流动分离器400的轴向下游部分(图 9中所示)，以便帮助从喷射器本体360的中心部分362 (全在图8和图9中示出)附加地 去除热。加热的冷却剂随后经由标准的引导器件(未示出)从通路367和392引导至冷却 剂出口仓室356 (图4中所示)，且随后引导至冷却流体出口歧管327 (图3中所示)。该方 法提供冷却以有助于保护部分362和364，减轻来自回流区320和322的熔化的煤粒子附 着到部分362和364上，以及减轻熔化的煤粒子分别围绕环状空间370，372和374和端口 384，386和388进行收集和堵塞环状空间370，372和374和端口 384，386，和388。参看图2、图4、图5、图6、图7、图8和图10，以及先前讨论的与角度368、378、380 和382，面径向尺寸393、395和397，以及喷射端口径向尺寸394、396和398相关联的参数， 在示例性实施例中，对与此类角度和尺寸的此类参数相关联的多个设计和操作考虑因素详 细地进行了描述。如上文所述的此类设计和操作考虑因素包括但不限于浆料中煤粒子的研 磨性质和流动阻塞特性，包括由于浆料冲击而腐蚀壁304，使浆料和GOX流以预定角度伴有 预定动量地相交以有助于混合反应剂流从而改善在浆料和氧气之间的化学反应的效率以 及改善来自浆料的煤粒子的驻留时间，形成围绕线318的回流区320和322，从而改善燃料 和GOX混合物的有效的驻留时间分布，在浆料流内形成空穴，浆料散布均勻性和GOX/燃料 比率的变化，浆料微滴的形成和蒸发，浆料中的有机材料热解和气化的效率和有效性，和合 成气和副产灰烬的产生率，以及与尖端部分312相关联的成渣、散裂和热保持。存在与角度368、378、380和382，面径向尺寸393、395和397，和喷射端口径向尺 寸394、396和398相关联的上述参数的大量附加的设计和操作考虑因素。例如，GOX喷射 端口 384’和388’的径向尺寸394和398分别都应具有一定值，使得当氧气反应剂流出喷 射器尖端部分312时其预定临界速度和/或临界动量超出。此外，例如，浆料喷射端口 386’ 的径向尺寸396应至少稍微宽于源于浆料中的最大期望粒子的预定恒定值，从而形成对于 尺寸396的下限。而且，与端口 386相关联的润湿的周界(未示出)应大小形成为使得浆 料流以有助于超过浆料的最小剪切应力的速度流出端口 386和形成的浆料片将易于雾化， 从而协作形成对于端口 386截面区域的上限。因此，如果希望增大尺寸396以容纳更大的 浆料粒子尺寸，端口 386可替代地由多个弓形环状空间部分形成，用以确保经过端口 386的 浆料速度超出浆料的最小剪切应力。类似的是，如果需要沿着喷射器300中心线的空间用 以容纳占据尖端312中心部分的装置(例如但不限于火焰燃烧器1300)，则各个环形端口 384，386和388可由多个弓形环状空间部分构成。在示例性实施例中，喷射装置300嵌入在IGCC发电装备100内。作为备选，装置 300嵌入在任何气化系统内，其中，装置300有助于操作如文中所述的该种气化系统。图11是可结合喷射器进给组件319 (图3中所示)使用的备选喷射装置500的备 选喷射装置尖端部分512、具体是备选喷射器本体560的示意性前视图。中心线316和318 和备选中心部分562、外部环形部分564、备选的径向外部中间部分563以及备选的径向内部中间部分565经显示以便透视。在该备选实施例中，喷射器本体560具有外径589，其具 有有助于操作如文中所述的喷射装置500的任何值。多个面，也就是说，第一轴向外部面 566、第二轴向外部面569、第三轴向外部面571、第四轴向外部面573和第五轴向外部面575 形成在喷射器本体560上。部分564包括多个环形外部GOX喷射端口 584，这些喷射端口 584周向地围绕中心 线316和318定位，用以部分地限定外部GOX喷射端口环状空间570。多个端口 584中的各 个通过备选的流动分离器600周向地分离。此外，周向地围绕中心线316和318定位的多 个环形浆料喷射端口 586部分地限定定位在环状空间570径向内部的浆料喷射端口环状空 间572。多个端口 586中的各个通过流动分离器600周向地分离。此外，周向地围绕中心线 316和318定位的多个环形内部GOX喷射端口 588部分地限定定位在环状空间572径向内 部的内部GOX喷射端口环状空间574。多个端口 588中的各个通过流动分离器600周向地 分离。在该备选实施例中，环状空间570，572和574限定和构造成用以经由分别经过该 多个相关的喷射端口 584，586和588喷射相关的流而有助于形成大致环形地发散和收敛的 片(未示出)。作为备选，采用的是以有助于操作如文中所述的喷射装置尖端部分512的任 何流构造而喷射相关流的任何数目和任何构造的喷射端口 584，586和588。图12是备选喷射装置500的备选喷射装置尖端部分512的一部分的示意性前视 图。部分512包括多个冷却剂通路592，这些冷却剂通道592经由标准的引导器件(未示 出)而与冷却剂进口仓室354和冷却剂出口仓室356( 二者在图4和图5中示出)以及多 个周向冷却通路567相协作。在示例性实施例中，交替的通路592构造成用以在尖端部分 512内沿径向向内和向外引导冷却剂(如由实心箭头所示)，以有助于冷却尖端部分512，或 具体而言是冷却分别包括面573和575的中心部分562，以及冷却包括面566的外部环形部 分564。作为备选，通过通路592还有助于冷却分别包括面569和面571的径向外部部分 563和径向内部部分565。此外，作为备选，采用的是任何数目的和任何构造的冷却剂引导 器件，包括但不限于在至少一个冷却回路内(未示出)的有助于操作如文中所述的尖端部 分512的预定通路和仓室。此外，还作为备选，包括但不限于支承杆的结构支承和对准构件 与通路592相协作，或代替通路592。在示例性实施例中，冷却剂为水。作为备选，冷却剂包 括但不限于蒸汽。还作为备选，可使用有助于冷却和操作如文中所述的尖端部分512的任 何冷却剂。尖端部分512的冷却大致类似于尖端部分312(图8中所示)的冷却，且在下文 进一步论述。每当尖端部分512的温度高于渣料黏连温度，例如，高于大约871摄氏度(°C ) (1600华氏度(°F ))，则可能发生渣料粘附。因此，在示例性实施例中，仓室354和356以及 通路567和592构造成用以有助于保持尖端部分512 (包括但不限于面566和575)的温度 在大约 204°C (400 0F )至 649°C (1200 0F )、优选的是在 232°C (450 0F )至 3"°C (750 0F ) 的范围内。作为备选，面566和575具有有助于冷却面566和575和有助于操作如文中所 述的尖端512的任何构造和/或定向。喷射端口 584，586和588中的各个分别包括径向尺寸594，596和598。尺寸596 以及喷射端口 586的相关截面区域其大小形成为有助于经过环状空间572和喷射端口 586 排出或喷射薄的浆料流(未示出)。尺寸596以及喷射端口 586的相关截面区域定向成垂直于传送经过端口 584的薄浆料流。薄的浆料流随后形成薄的浆料片，该浆料片易于分裂 成小的反应剂微滴，该反应剂微滴容易蒸发，即改善了浆料雾化，从而有助于提高浆料中的 有机材料热解和气化的效率和有效性。该种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，同时降低副产灰烬的产生率(二者均未示出)。在示例性实施例中，尺寸596 以及喷射端口 586的相关截面区域具有有助于操作如文中所述的尖端部分512的任何值。尺寸594和598以及相关的截面区域分别垂直于分别从端口 584和588排出的外 部GOX流和内部GOX流的流动，且其大小独立地形成为有助于将外部GOX流和内部GOX流 与浆料流相混合，从而有助于提高浆料中的有机材料热解和气化的效率和有效性。例如，确 定尺寸594和598的方法包括但不限于配制标准的氧化剂/燃料比以及如本领域中所公知 的雷诺数、韦伯数和欧氏数。在示例性实施例中，尺寸594和598以及相关的截面区域，其 大小形成为有助于产生绝热气化温度在大约1177°C至1482°C (2150 2700 °F )范围内 的GOX流率分布。弧线13-13通过径向透视显示出尖端部分512的一部分。图13是沿着弧线13-13 (图12中所示)所截取的备选喷射装置尖端部分512的 一部分的示意性径向透视图。具体而言，多个流动分离器600定位在喷射器本体560内，以 有助于分离围绕通路592的浆料和随后使其再结合，从而保护通路592和/或任何结构构 件(包括但不限于延伸经过环状空间572的杆和间隔件(二者均未示出))免受因浆料引 起的腐蚀。各流动分离器600类似于分离器400(图9中所示)且包括第一侧602、至少部 分地限定喷射端口 586的相对的第二侧604。各分离器600还包括至少部分地通过侧602 和604的连接所限定的上游顶点606。各上游顶点606均大致对准线608，其中，线608大 致与角378 (图6中所示)对准和大致使分离器600分叉，包括使各顶点606平分成两个大 致相等的角度610。角度610有助于使接收自浆料通路338(图4中所示)的至少一部分浆 料流发散到邻近端口 586中，使得减轻在浆料中的煤粒子的研磨性质和流动阻塞特性。在 该备选实施例中，角度610具有大约3°至15°的值。作为备选，角度610具有有助于操作 如文中所述的尖端部分512的任何值。各流动分离器600还包括至少部分地通过侧602和604的连接而限定的下游顶点 607。在该备选实施例中，顶点606稍微圆整以有助于流动分离，以及顶点607大致指向为有 助于使流动流一旦离开流动分离器600下游的喷射端口 586便再结合成薄片。作为备选， 顶点606和顶点607具有有助于操作如文中所述的尖端部分512的任何形状。在该备选实施例中，流动分离器600的下游顶点607大致沿轴向与面569和/或 571共面。顶点607的形状基于离开端口 584进入气化腔302的浆料流的再结合特性而预 定。例如但不限于，第一侧602和第二侧604可构造成用以消除对于包括但不限于分离器 600充足地分离以有助于在腔302内的预定状态的情形的顶点607，其中，相关浆料流的再 结合特性关于邻近的浆料喷射端口 586和GOX喷射端口 584和588是不合需要的。作为备 选，流动分离器600定位在环状空间572内，关于面569和/或571具有有助于操作如文中 所述的喷射装置500的任何构造和任何定向。在该备选实施例中，环状空间570和574 (图12中所示)还包括多个流动分离器 600，以有助于经由顶点606分离反应剂流和随后在顶点607下游使反应剂流再结合。该种 流动分离有助于保护通路592和/或任何杆、间隔件或延伸经过环状空间570和/或574 的其它结构支承构件免受因反应剂流动引起的腐蚀。然而，相关的上游顶点和下游顶点的角度(二者均未示出)具有有助于与具体反应剂流体相关联的预定反应剂流体流动特性的值。此外，在该备选实施例中，流动分离器600采用标准的机械联接方法形成为围绕 或附加到通路592和/或杆或其它结构构件上。在其它备选实施例中，流动分离器600为 通路592和/或杆和/或延伸经过一个或多个环状空间570，572和574的任何其它结构构 件的组成部分。此外，在其它备选实施例中，采用流动分离器600作为杆或其它结构构件的 替代，以有助于一个或多个环状空间570，572和574的结构整体性和/或对准。此外还作 为备选，流动分离器600中的至少一个是尖端部分564，563，565和/或562的组成部分。作为备选，径向内部部分的各部分(包括面571)以及径向外部部分的各部分(包 括面569)，采用传输经过单独的冷却水回路(未示出)的冷却剂进行冷却，该冷却水回路包 括至少一个冷却剂进口和至少一个冷却剂出口( 二者均未示出)。此外，作为备选，径向内 部部分的各部分(包括面571)以及径向外部部分的各部分(包括面569)，通过有助于操作 如文中所述的喷射器尖端500的任何器件进行冷却。此外，作为备选，如果中心部分562未 经冷却或中心部分562经由单独的冷却源(未示出)而非经由通路592进行冷却，则通路 592利用结构构件进行替代以有助于尖端部分512的结构整体性和/或对准。图14是可结合具有完全插入的火焰喷管750的气化反应器208 (图2中所示)使 用的备选喷射器进给组件700的示意性截面视图。在该备选实施例中，备选的喷射器进给 组件700包括类似于尖端部分312(图3中所示)的尖端部分712。此外，在该备选实施例 中，组件700包括内部氧气(O2)供应区段721、中间浆料区段723和外部O2供应区段724， 它们类似于全在图3中示出的内部O2供应区段321、中间浆料区段323和外部O2供应区段 324。此外，在该备选实施例中，组件700包括分别类似于冷却流体进口歧管326和冷却流 体出口歧管327 ( 二者在图3中示出)的冷却流体进口歧管726和冷却流体出口歧管727。 而且，在该备选实施例中，组件700包括分别类似于冷却流体旋管328和安装法兰329 ( 二 者在图3中示出)的多个冷却流体旋管728和安装法兰729。此外，在该备选实施例中，备选的喷射器进给组件700包括火焰喷管750。火焰喷 管750为永久安装的或可移除地插入中的一种。而且，在该备选实施例中，火焰喷管750和 尖端部分712为彼此联接的单独构件。作为备选，火焰喷管750和尖端部分712形成整体 单元。在该备选实施例中，火焰喷管750包括与空气源(未示出)联接成流动连通的空气 进口连接件752。此外，备选的喷射器进给组件700包括与燃料源(未示出)联接成流动连 通的燃料进口连接件754。而且，组件700包括有助于对引导经过燃料进口连接件754的燃 料点火的点火器和仪器套件756。作为备选，点火和仪器器具与组件700整体形成。此外， 组件700包括联接成与适当的吹扫和冷却剂液体源(未示出)流动连通的多个吹扫和冷却 剂连接件758。此外，组件700包括使火焰(未示出)引出的火焰排放端口 760，如在下文 进一步论述。而且，组件700包括限定在组件700内的喷管插入通道762，其中，喷管插入通 道有助于插入和移除火焰喷管750。在操作中，火焰喷管750用来在如上所述的气化操作之前或之后预热气化反应器 208的耐火陶瓷侧壁304( 二者在图2中示出)。图15是火焰喷管750部分地收回的备选喷射器进给组件700的示意性截面视图。 可移除的火焰喷管750有助于降低设计和操作要求，包括但不限于对于火焰喷管750在气化操作期间的吹扫和隔离要求。火焰喷管750沿双向箭头770的方向插入喷管插入通道 762中和从喷管插入通道762中移除。图16是火焰喷管750完全收回且插入件780准备插入的备选喷射器进给组件700 的示意性截面视图。在该备选实施例中，插入件780包括吹扫连接件782和多个冷却剂连 接件784，这些冷却剂连接件784在插入件780插入喷管插入通道762中时与它们的相关流 体源(未示出)联接成流动连通。作为备选，插入件780如操作情形规定的那样为完全吹 扫的、部分吹扫的、未吹扫的、未冷却的、部分冷却的以及完全冷却的任何组合。插入件780 沿双向箭头770的方向插入喷管插入通道762中和从喷管插入通道762中移除。图17是插入件780完全插入喷管插入通道762中的备选喷射器进给组件700的 示意性截面视图。插入件780有助于填充空隙体积或喷管插入通道762，以及有助于降低 在如上所述的气化操作期间对于合成气和相关的副产物经过喷管插入通道762逸出的潜 在可能。作为备选，在移除火焰喷管750之后插入喷管插入通道762中的其它装置或设备 包括但不限于用来引导过程进料(feed)进入气化器的进给管路和尖端，这些进料例如但 不限于以类似于对于喷射器进给组件319 (图3中所示)所描述的方式的GOX流和/燃料 流。而且，作为备选，此类其它装置或设备包括但不限于温度监控传感器、压力监控传感器、 合成气取样装置，以及材料喷射装置。图18是可结合喷射器进给组件319(图3中所示)使用的备选喷射装置尖端部 分812的示意性截面视图。装置尖端部分812是采用类似于装置尖端部分312和喷射装置 300 ( 二者在图4中所示)那样的方式的喷射装置800的一部分。装置尖端部分812围绕喷 射装置轴向中心线316大致对称地延伸，且部分812包括类似于喷射器本体360 (图4中所 示)的喷射器本体860。具体而言，备选的喷射器本体860包括中心部分862、径向外部中 间部分863、外部部分864以及径向内部中间部分865，它们分别类似于中心部分362、径向 外部中间部分363、外部部分364以及径向内部中间部分365 (全在图4中示出)。而且，具 体而言，备选的喷射器本体860限定了第一径向外部面866、第二径向外部面869、第三径向 外部面871、第四径向外部面873以及径向外部表面875，它们分别类似于面366，369，371， 373和表面375 (全在图4中示出)。在该备选实施例中，至少一层的外部耐火材料和/或陶瓷材料形成在面866，869， 871和873以及表面875上。具体而言，至少一层的外部耐火/陶瓷涂层866R，869R，871R， 873R和875R分别形成在面866，869，871和873以及表面875中的至少一个的至少一部分 上。此外，在该备选实施例中，部分862，863，864和865，包括面866，869，871和873以及表 面875，均未经流体冷却。作为备选，部分862，863，864和865 (包括面866，869，871和873 以及表面875)中的至少一个是流体冷却的。例如，中心部分862的表面875可利用类似于 如上所述的冷却剂通路392(图8中所示)的冷却剂通路(未示出)进行冷却。作为备选， 采用有助于操作如文中所述的备选喷射器本体860的流体冷却和外部耐火/陶瓷材料的任 何组合。此外，作为备选，备选喷射器本体860不包括流体冷却也不包括外部耐火/陶瓷涂 层，而是由包括但不限于至少一种耐火材料和/或陶瓷材料的一种或多种材料构成。例如， 但不限于，部分862，863，864和865 (包括面866，869，871和873以及表面875)中的至少一 个由采用铸造工艺制成的耐火材料和或陶瓷材料形成。此外，作为示例但不限于，部分862， 863，864以及865 (包括面866，869，871，和873以及表面875)中的至少一个由耐火材料和或陶瓷材料采用涂覆和/或成层工艺形成。图19是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的备选喷射装置尖端部分900 的示意性前视图。喷射装置轴向中心线316和气化腔纵向中心线318显示出以便透视。备选 的喷射装置尖端部分900类似于喷射装置尖端部分312 (图7中所示)，除开部分900包括备 选中心部分962和备选外部环形部分964，它们不像中心部分362和外部环形部分364 ( 二 者在图7中示出)而限定了多个进给开口，或更具体而言，限定了第一或径向外部进给环圈 970、第二或径向中间进给环圈，以及第三或径向内部进给环圈990。在该备选实施例中，备 选中心部分962和备选外部环形部分964限定了任何数目的进给环圈970，980和990，它们 具有任何数目的进给开口，这些开口具有能使喷射装置尖端部分900如文中所述那样操作 的任何尺寸和定向。径向外部进给环圈970、径向中间进给环圈980和径向内部进给环圈990用来排出 或喷射附加的流体(液体和/或气态)进料(未示出)到气化反应器208(图2中所示) 中，其中，该进料包括但不限于气态氮气和二氧化碳。在该备选实施例中，尖端部分900包 括专用于引导相关流体的至少一个内部通道(未示出)。此外，在该备选实施例中，环圈 970,980和990包括有助于分布附加的流体进给流到气化反应器208中的孔口(未示出)。 此外，在该备选实施例中，附加的流体进给流通过在引出时从中心部分962和环形外部部 分964去除热而有利地促进对尖端部分900的冷却。而且，在该备选实施例中，通过附加的 流体进给流而进行的冷却还通过尖端部分900内部的装置(包括但不限于挡板和通路(二 者均未示出))而得到促进。此外，在该备选实施例中，径向外部进给环圈970、径向中间进 给环圈980和径向内部进给环圈990包括预定尺寸、间距、数目和定向，结合附加的流体进 料的预定成分和性质，以有助于防止使回流区320和322 (图2和图10中所示)过度骤冷。 而且，在该备选实施例中，尖端部分900包括如对于喷射器尖端部分312和512(分别在图 8和图12中所示)所述的类似冷却器具。作为备选，附加的流体进料(未示出)引导自与备选的内部GOX流环状空间(未 示出)同心地对准且位于其内部的至少一个环形开口(未示出)，以有助于混合附加的流体 进料与氧气和燃料进料(图19中未示出)，其中，该备选的内部GOX流环状空间类似于内 部GOX流环状空间374 (图4，图5，图6，图7以及图8中所示)。该附加的流体进给流定向 成用以产生至少一个附加的流体进料片，该附加的流体进料片与氧气和燃料片(图19中未 示出)以如同氧气和燃料流相交那样距尖端部分900大致相同的轴向距离(图19中未示 出)相交。此外，作为备选，附加的流体进料引导自与备选的内部GOX流环状空间(未示出) 同心地对准且位于其外部的至少一个环形开口(未示出)，以有助于混合该附加的流体进 料与氧气和燃料进料(图19中未示出)，其中，该备选的内部GOX流环状空间类似于内部 GOX流环状空间370 (图4，图5，图6，图7以及图8中所示)。该附加的流体进给流定向成 用以产生附加的进料片，该附加的进料片与氧气和燃料片以如同氧气和燃料流相交那样距 尖端部分900大致相同的轴向距离(图19中未示出)相交。此外，作为备选，附加的流体进料引导自中心部分962中的开口，二者位于类似于 内部GOX流环状空间374 (图4，图5，图6，图7以及图8中所示)的备选内部GOX流环状空 间(未示出)的外部和类似于内部GOX流环状空间370 (图4，图5，图6，图7以及图8中所示)的备选内部GOX流环状空间(未示出)的内部。此外，作为备选，一个或多个附加的 进料经引导穿过喷射器尖端部分900中的一个或多个专用通道(未示出)且引导自与内部 GOX和燃料进给流以及燃料和外部GOX进给流(图19中均未示出)中的任一个或二者同 心地对准且位于其间的一个或多个开口(未示出)。而且，作为备选，附加的流体进料形成 气态或蒸气进给流(未示出)中的一种，其中，用于附加的进给流的一个或多个开口(未示 出)构造和定向成用以引导至少一部分的附加的进给流越过尖端部分900的一个或多个表 面(未示出)，或者基于连续的或者基于断续的，以便采用类似于商用锅炉中煤烟喷吹操作 的方式而有助于限制沉积物(未示出)的积聚和尖端部分900的表面冷却。此外还作为备 选，尖端部分900和/或其部件至少部分地通过包括但不限于排出气化反应器208或喷射 到气化反应器208中的燃料和/或氧化剂的过程流体进行冷却。此外，作为备选，尖端部分900利用流体放泄系统(未示出)进行蒸发冷却。也 就是说，尖端部分900的各部分，包括但不限于中心部分962和环形外部部分964，由容许 或液态或气态的低流率流体的多孔材料(未示出)制成。例如但不限于，喷射器尖端部分 900的直接热接触高温和与反应器208中的化学物质直接热接触的那些部分由多孔金属或 耐火材料制成，这些多孔金属或耐火材料例如但不限于为多孔板或通过烧结金属线和/或 粉状的超级合金所形成的形状，它们通过包括但不限于焊接、钎焊和其它适当的结合工艺 的一种或多种方法而连结到喷射器尖端部分900的非多孔部分上。作为备选，采用保持硬 件(未示出)。在该备选实施例中，冷却剂流率预定为以便有助于防止使回流区320和322 骤冷。图20是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的备选喷射装置尖端部分1000 的示意性截面前视图。尖端部分1000包括通过喷射环状空间部分1063分离的中心部分 1062和外部环形部分1064。尖端部分1000还包括联接成与冷却剂流体进口歧管326 (图 3中所示)流动连通的冷却剂流体供应集管1070。尖端部分1000还包括联接成与冷却剂 流体出口歧管327(图3中所示)流动连通的冷却剂流体返回集管1072。尖端部分1000还 包括用以将一部分冷却剂流体沿顺时针方向1074从冷却剂流体供应集管1070引导至冷却 剂流体返回集管1072的至少一个通路(未示出)。尖端部分1000还包括用以将一部分冷 却剂流体沿逆时针方向1076从冷却剂流体供应集管1070引导至冷却剂流体排出集管1072 的至少一个通路(未示出)。在该实施例中，流体冷却专用于外部环形部分1064，而中心部 分1062未经流体冷却。图21是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的备选喷射装置尖端部分1100 的示意性截面前视图。尖端部分1100包括通过喷射环状空间部分1163分离的中心部分 1162和外部环形部分1164。尖端部分1100还包括联接成与冷却剂流体进口歧管326 (图3 中所示)流动连通的冷却剂流体供应集管1170。尖端部分1100还包括联接成与冷却剂流 体出口歧管327(图3中所示)流动连通的冷却剂流体返回集管1172。尖端部分1100还包 括用以将一部分冷却剂流体沿顺时针方向1178从冷却剂流体供应集管1170引导至冷却剂 流体返回集管1172的至少一个通路(未示出)。尖端部分1100还包括流动分配器1180， 该流动分配器1180有助于以不同于顺时针方向1178分离在冷却剂流体供应集管1170和 冷却剂流体返回集管1172之间的流动连通。在该实施例中，流体冷却专用于外部环形部分 1164，而中心部分1162未经流体冷却或未通过备选器件进行冷却。
图22是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的备选喷射装置尖端部分1200 的示意性截面前视图。尖端部分1200包括通过喷射环状空间部分1263分离的中心部分 1262和外部环形部分1264。尖端部分1200还包括联接成与冷却剂流体进口歧管326 (图 3中所示)流动连通的冷却剂流体供应集管1270。尖端部分1200还包括联接成与冷却剂 流体出口歧管327(图3中所示)流动连通的冷却剂流体返回集管1272。尖端部分1200还 包括用以将一部分冷却剂流体沿顺时针方向1274从冷却剂流体供应集管1270引导至冷却 剂流体返回集管1272的至少一个通路(未示出)。尖端部分1200还包括用以将一部分冷 却剂流体沿逆时针方向1276从冷却剂流体供应集管1270引导至冷却剂流体排出集管1272 的至少一个通路(未示出)。在该实施例中，流体冷却经引导通向外部环形部分1264和中 心部分1262 二者，而中心部分1262未经流体冷却或未通过备选器件进行冷却。更具体而言，备选的喷射装置尖端部分1200包括联接成与冷却剂流体供应集管 1270流动连通的中心部分供应歧管1282。尖端部分1200还包括联接成与冷却剂流体返回 集管1272流动连通的中心部分返回歧管1284。中心部分供应歧管1282和中心部分返回歧 管1284通过流动分配器1286而分离，其中，歧管1282和1284以及分配器1286相协作用 以在中心部分1262内形成沿顺时针方向1288的冷却流体流和沿逆时针方向1290的冷却 流体流。图23是可结合气化反应器208 (图2中所示)使用的备选喷射装置尖端部分1300 的示意性截面前视图。尖端部分1300包括通过喷射环状空间部分1363分离的中心部分 1362和外部环形部分1364。尖端部分1300还包括联接成与冷却剂流体进口歧管326 (图3 中所示)流动连通的冷却剂流体供应集管1370。尖端部分1300还包括联接成与冷却剂流 体出口歧管327(图3中所示)流动连通的冷却剂流体返回集管1372。尖端部分1300还包 括用以将一部分冷却剂流体沿顺时针方向1378从冷却剂流体供应集管1370引导至冷却剂 流体返回集管1372的至少一个通路(未示出)。尖端部分1300还包括流动分配器1380， 该流动分配器1380有助于以不同于顺时针方向1378分离在冷却剂流体供应集管1370和 冷却剂流体返回集管1372之间的流动连通。在该实施例中，流体冷却经引导通向外部环形 部分1364和中心部分1362 二者。更具体而言，备选的喷射装置尖端部分1300包括联接成与冷却剂流体供应集管 1370流动连通的中心部分供应歧管1382。尖端部分1300还包括联接成与冷却剂流体返回 集管1372流动连通的中心部分返回歧管1384。中心部分供应歧管1382和中心部分返回 歧管1384通过流动分配器1380的延伸部1386而分离，其中，歧管1382和1384以及延伸 部1386相协作以在中心部分1362内形成沿顺时针方向1392的冷却流体流。作为备选，歧 管1382和1384由延伸在中心部分1362和外部环形部分1364之间的单个管道构成，该单 个管道包括延伸到中心部分1362和外部环形部分1364中的内部流动分配器，且有助于在 中心部分1362和外部环形部分1364中的冷却剂流体供应集管1370和冷却剂流体返回集 管1372之间的该种流动连通分离。对于喷射器的环形三通管概念是完全升级的。也就是说，在备选实施例中，尖端部 分312(图4，图5，图6，图7，图8以及图10中所示)和尖端部分512(图11和图12中所 示)的变型包括多组环形三通管构造，其中，各组均设置成沿着喷射器轴线318 (图2，图3， 图4，图5，图6，图7，图10以及图11中所示)且围绕其同心地对准。例如但不限于，在双三通管实施例中，喷射器尖端312采用一系列相继更大的环状空间，包括由最内部的第一 内部GOX环状空间、第一燃料环状空间和第一外部GOX环状空间构成的内部或第一三通管， 以及由第二内部GOX环状空间、第二燃料环状空间和第二外部GOX环状空间构成的外部或 第二三通管。在一个实施例中，用来喷射相同进料到气化器中的相继的环状空间供应自位 于控制环状空间之间的流动分离的喷射器300 (图2，图3，图4，图5，图7，图8和图10中所 示)和喷射器500(图11和图12中所示)内的公共的通道、管道或集管。在还有的另一备 选实施例，环形三通管的阵列结合到一个或多个喷射器本体中。图24是利用IGCC发电装备100(图1中所示)生产合成气体(合成气)的示例 性方法2000的流程图。多个反应剂流(即浆料流412、外部GOX流416和内部GOX流420) 通过分别引导2004多个反应剂流412，416和420中的至少一个经过通道(即中间浆料通 路338、外部GOX通路340和内部GOX通路342)而经由具有多个喷射环状空间370/372/374 的至少一个喷射装置300喷射2002到气化反应器208中。喷射装置300还包括环形地围 绕延伸经过喷射装置300的中心线316延伸的内部部分即中心部分362，以及大致环形地围 绕中心部分362延伸的外部部分363，364和365。外部部分363，364和365的至少一部分 关于喷射装置中心线316倾斜地定向。第一反应剂流(也就是含碳反应剂流或浆料流)412 以喷射角378喷射2006到气化反应器208中，该喷射角378大于0°，或更具体而言，处在 关于延伸经过气化反应器208的气化反应器中心线318为大约5°至大约30°之间。多个 第二反应剂流(也就是外部GOX流416和内部GOX流420)通过处在关于浆料流412为大约 20°至大约70°之间的至少一个喷射角380和/或382喷射2008到气化反应器208中，使 得浆料流412以距喷射装置300的预定距离与外部GOX流416和内部GOX流420相混合。该多个反应剂流(即浆料流412、外部GOX流416和内部GOX流420)中各个的至 少一部分混合2010在一起，使得由这些反应剂流限定出多个回流区320和322。回流区320 和322具有环状形状且围绕气化反应器中心线318同心地对准，其中，该环状形状为大致在 空间上连续和至少部分地在空间上分段中的一种。喷射装置300的至少一个喷射器端口 (也就是外部GOX喷射端口 384、浆料喷射端口 386以及内部GOX喷射端口 388)定向2012 成有助于使反应剂雾化和使多个反应剂微滴蒸发。而且，外部GOX喷射端口 384、浆料喷射 端口 386和内部GOX喷射端口 388中的至少一个引导2014气态氧气、空气、富氧空气、蒸汽、 氮气以及二氧化碳中的至少一个经过喷射装置。合成气经由混合该多个反应剂流(也就是浆料流412、外部GOX流416和内部GOX 流420)中各个的至少一部分而在回流区320和322内产生2016。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操作气化系 统，例如，与联合循环发电装备整体形成的气化系统，整体气化联合循环(IGCC)发电装备， 具体为合成气生产系统，且更具体而言为气化反应器。具体的是，以预定定向喷射合成气生 产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，如文中所述形成大致环形 成片的反应剂流且使它们相交有助于形成回流区。而且，形成回流区有助于相对于彼此增 加反应剂的有效驻留时间和/或驻留时间分布，使得在反应剂之间出现更高效率和有效性 的化学反应。此外，构造具有预定尺寸的反应剂喷射端口有助于形成通过改进的雾化而容 易蒸发的小反应剂微滴，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 生产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。上文详细地描述了与IGCC装备相关联的合成气生产的示例性实施例。该方法、设 备和系统不限于文中所述的特定实施例或具体示出的IGCC装备。尽管本发明已就各种特 定实施例进行了描述，但本领域普通技术人员将会认识到的是，本发明可利用处在权利要 求精神和范围内的改动而予以实施。本书面说明采用了包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使得本领域普通技 术人员能够实施本发明，包括制作和采用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本 发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员所能想到的其它 示例。这些其它示例如果它们具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果 它们包括与权利要求的书面语言并无实质差异的同等结构元件，则认为这些其它示例处在 权利要求的范围内。
权利要求
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)。
2.根据权利要求1所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述内部部分(362)包括定向 成大致垂直于所述喷射装置中心线(316)的至少一个内部面(375)。
3.根据权利要求1所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述外部部分(363/365)还包 括构造成用以自其喷射反应剂流(416/420)的多个反应剂喷射端口(384/388)。
4.根据权利要求3所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述多个反应剂喷射端口 (384/388)中的各个和所述至少一个含碳反应剂喷射端口(386)构造成用以限定距所述喷 射装置预定距离(D1/D2)的多个回流区(320/322)。
5.根据权利要求4所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述多个反应剂喷射端口 (384/388)包括下列中的至少一个定位在所述至少一个含碳反应剂喷射端口(386)的径向内部的第一流体喷射端口 (388)，所述第一流体喷射端口定向成用以排出第一反应剂流体流(420)以便与含碳反应 剂流(412)相混合；以及定位在所述至少一个含碳反应剂喷射端口的径向外部的第二流体喷射端口(384)，所 述第二流体喷射端口定向成用以排出第二反应剂流体流(416)以便与所述含碳反应剂流 相混合。
6.根据权利要求5所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述多个反应剂流体喷射端口 (384/388)还包括由多个流动分离器(400)限定的多个喷射器端口槽口(401)，所述多个流 动分离器中的至少一个至少部分地限定下列中的至少一个至少一个冷却剂通路(392)；和至少一个机械支承装置(400)。
7.根据权利要求5所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述至少一个含碳反应剂喷射 端口(386)、所述第一流体喷射端口(388)和所述第二流体喷射端口(384)中的至少一个大 小形成为有助于雾化自其排出的反应剂。
8.根据权利要求1所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述至少一个含碳反应剂喷射 端口(386)包括由多个流动分离器(400)限定的多个喷射器端口槽口(401)，所述多个流动 分离器中的至少一个至少部分地限定下列中的至少一个至少一个冷却剂通路(392)；和至少一个机械支承装置(400)。
9.根据权利要求1所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述喷射装置(300)还包括尖 端部分(312)，所述尖端部分(312)包括下列中的至少一个限定在所述尖端部分的至少一部分内的至少一个冷却剂通路(367/392)；以及形成在所述尖端部分的至少一部分上的至少一个耐火材料层 (866R/869R/871R/873R/875R)。
10.根据权利要求1所述的喷射装置(300)，其特征在于，所述内部部分(362)和所述 外部部分(363/365)中的至少一个至少包括部分地多孔的材料，所述部分地多孔的材料有 助于蒸发冷却所述内部部分和所述外部部分中的至少一个。
全文摘要
本发明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)。
文档编号C10J1/207GK101993731SQ20101026057
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者K·M·斯普劳斯, R·M·萨克塞尔比, S·法汉吉 申请人:通用电气公司