专利名称：流体冷却重整器和用于冷却重整器的方法
技术领域：
本主题大体上涉及燃气涡轮系统，尤其地涉及用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器和用于冷却燃料重整器和由这种燃料重整器产生的热重整产品(reformate)流的方法。
背景技术：
燃气涡轮广泛地用于发电的商业操作。通常，燃气涡轮可包括围绕发动机的轴线成环形阵列布置的多个燃烧器。压缩机将压缩空气供应至每个燃烧器，在燃烧器中压缩空气与燃料混合并燃烧。热的燃烧气体从每个燃烧器流动至发动机的涡轮分段，在涡轮分段中从燃烧气体提取能量以作功。对获得并维持令人满意的总体燃气涡轮操作和获得可接受的诸如NOx水平的排放水平来说需要的是控制燃烧器性能。通常已知的是，提高存在于供应至燃烧器的空气/ 燃料混合物中的氢的量能显著影响燃气涡轮的操作。例如，空气/燃料混合物内某些量的氢的存在能提高燃烧稳定性和可调比(turndown)，从而使较低的排放和在较低负载时符合排放标准的操作成为可能。已知将传统碳氢燃料源重整或转变成富氢气流的燃料重整系统。例如，已知利用诸如催化部分氧化(CPOX)反应器的部分氧化反应器的重整器，其部分氧化氧/燃料混合物以主要形成氢和一氧化碳。这种重整系统传统地针对燃料电池市场、尤其地集中于生产高质量的氢。在燃料重整过程期间出现的反应本质上是放热的，并因此产生高温产物。例如， 离开反应器的富氢重整产品流的温度可超过1700华氏度。由于在重整过程中涉及的高温，所以限制了燃料重整系统在燃气涡轮内的使用。 例如，由重整器产生的热重整产品流的温度通常可超过用于形成燃气涡轮的管道系统中的管的材料的容许温度。因此，为了允许将热重整产品流直接送入管道系统，所有的下游管道均需要高温材料。然而，这种管道显著提高燃气涡轮的材料成本。另外，重整器本身通常需要冷却以防止过热和对重整器构件的损坏。然而，诸如热交换器的附加的冷却系统增加不必要的复杂性和费用。因此，在技术上欢迎一种燃料重整器，其用于从重整器排出的热重整产品流的成本合算的且相对简单的冷却，以及用于重整器本身的冷却。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下的说明中部分地提出，或者可从说明显而易见，或者可通过本发明的实践得到学习。在一个方面中，本主题提供一种用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器。流体冷却重整器包括压力容器和设置在压力容器内的反应器组件。反应器组件可包括反应器并可构造成接收并重整氧/燃料混合物以产生热重整产品流。另外，流体冷却重整器可包括构造成将流体流引导到压力容器中的入口。可至少将流体流的一部分用于冷却反应器组件。重整产品冷却分段可设置在反应器组件的反应器的下游，并可构造成冷却热重整产品流。
在另一方面中，本主题提供一种用于冷却燃料重整器和由这种燃料重整器产生的热重整产品流的方法。该方法包括围绕燃料重整器的反应器组件引导流体流以冷却反应器组件，其中反应器组件构造成产生热重整产品流；以及将热重整产品流与流体流混合以冷却该热重整产品流。本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参考以下的说明和所附的权利要求变得更好地理解。结合并构成该说明书的一部分的附示了本发明的实施例，并与说明一起用于解释本发明的原理。
在参考附图的说明书中提出了本发明的包括本发明最佳模式的针对本领域技术人员的完整且可实施的公开，附图中图1图示燃气涡轮的示意图；图2图示根据本主题的方面的流体冷却重整器的实施例的剖视侧视图；图3图示在图2中所图示的流体冷却重整器的实施例的剖视侧视图，尤其地图示流体冷却重整器的压力容器的放大视图；图4图示根据本主题的方面的流体冷却重整器的另一实施例的剖视侧视图；以及图5图示根据本主题的方面的流体冷却重整器的又一实施例的剖视侧视图。部件列表10燃气涡轮系统12压缩机分段14燃烧器分段16涡轮分段18 轴20主燃料源22燃料冷却重整器对压力容器26反应器组件28混合分段30散装(bulk)燃料入口32重整产品冷却分段34 前端36 后端38周向表面40前端的外表面42氧/燃料通路44 出口46反应器48反应器衬套49衬套的下游端
50会聚分段
52氧源
54燃料源
56预混器管
58冲击套筒
60冲击孔
62套筒的下游端
64流动引导壁
66空腔
68冷却管
70冷却套筒
71冷却孔
72凹口端
74氧通路
76突起
78外表面
80燃料注入口
82细长出口
84燃料通路
86混合室
88前端的内表面
90混合盘
92混合孔
94瓣状结构
具体实施例方式现在将详细参考本发明的实施例，其中的一个或多个示例示于附图中。作为本发明的解释而非本发明的限制提供各示例。实际上，对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，能在本发明中作出各种变型和变化。例如，图示或描述成一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生更进一步的实施例。因此，本发明意在涵盖如归入所附权利要求及它们的等同物的范围之内的这种变型和变化。通常，本主题提供一种用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器，以及一种用于冷却燃料重整器和由这种重整器产生的热重整产品流的方法。在一个实施例中，本主题公开了一种流体冷却重整器，其利用流自燃气涡轮的主燃料源的燃料流的至少一部分以冷却燃料重整器的反应器组件和压力容器。例如，可在反应器组件上、周围和/或附近引导来源于主燃料源的燃料流的一部分，以冷却反应器组件并防止由过热引起的对燃料重整器的损坏。 另外，还可将燃料流用于冷却由反应器组件产生的热重整产品流。例如，可将燃料流与热重整产品流混合以将重整产品的总体温度降低至可接受的水平，使得可利用低成本低温的管道材料向下游输送燃料/重整产品混合物。因此，在燃气涡轮内可提供具成本效益的在线
5(in-line)燃料重整过程，以产生本身可提供许多操作性益处的富氢燃料流。例如，燃料流内提高的氢水平可在低的NOx操作期间提供改善的火焰稳定性，并提供较低的排放和提高的可调比。另外，重整过程可导致提高的燃料温度，这能提高燃烧效率并导致沃布(WcAbe) 值的改变。另外，在线燃料重整器可允许控制燃料反应性，这可导致较大的燃料灵活性。应容易意识到的是，尽管本主题的流体冷却重整器在此大体上被描述成将燃料流用于冷却目的，但可用任何合适的流体流冷却重整器的反应器组件以及热重整产品流。例如，在一个实施例中，可通过入口将蒸汽引导到重整器中，以为反应器组件提供冷却。此外， 还可将蒸汽与离开反应器组件的热重整产品流混合，以为重整产品流提供冷却。在替代性实施例中，可将诸如氮稀释剂流的稀释剂流引导到本主题的重整器中，以冷却反应器组件和热重整产品流。此外，本领域技术人员应意识到的是，在本主题的范围内可将各种其它流体用于冷却反应器组件以及热重整产品流。参考附图，图1图示燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10可包括压缩机分段12、 形成燃烧器分段14的多个燃烧器和涡轮分段16。压缩机分段12与涡轮分段16可通过轴 18联接。轴18可以是单根轴或者联接到一起以形成轴18的多根轴区段。在操作期间，压缩机分段12将压缩空气供应至燃烧器分段14，并且主燃料源20将主燃料流供应至燃烧器分段14。空气与燃料在各燃烧器中混合并燃烧，并且热的燃烧气体从燃烧器分段14流动至涡轮分段16，在涡轮分段16中从燃烧气体提取能量以作功。另外，根据本主题的实施例，流体冷却重整器22可设置在燃烧器分段14的上游、诸如加燃料歧管(未图示)的上游，以重整主燃料流的一部分，从而产生富氢重整产品流。然后，可将该富氢重整产品流与主燃料流的剩余部分混合并输送至燃烧器分段14以便燃烧。此外，如以下将参考本主题的多个实施例更详细地描述地，主燃料流的未重整部分，在此通常被描述成散装燃料流，在未重整燃料与重整产品流混合之前可用于冷却燃料重整器22。根据本主题的方面，图2和3图示用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器22的一个实施例。通常，流体冷却重整器22包括压力容器M和设置在压力容器M内的反应器组件 26。反应器组件沈通常可包括反应器46和反应器衬套48。另外，反应器组件沈可构造成接收含氧气体与燃料的混合物，并重整该混合物以产生热重整产品流。混合分段观可设置在反应器46的上游，并可构造成将含氧气体与燃料混合以形成氧/燃料混合物。另外， 流体冷却重整器22可包括构造成将散装燃料流引导到压力容器M中的诸如散装燃料入口 30的入口。可在反应器组件沈上、周围和/或附近引导散装燃料流，以便冷却反应器组件 26。此外，重整产品冷却分段32可设置在反应器46的下游，并可构造成利用先前用于冷却反应器组件沈的流体流冷却从反应器组件26排出的热重整产品流。流体冷却重整器22的压力容器M通常可包括前端34、后端36和设置在前端34 与后端36之间的周向表面38。压力容器M的前端34通常可限定一个或多个开口或通路， 以允许含氧气流、燃料流或两者的混合物流入压力容器对。例如，如图2和3所示，前端34 可限定氧/燃料通路42，其构造成接纳混合分段观的预混器管56，使得可将氧/燃料混合物引导到压力容器M中。另外，压力容器M的后端36可限定至少一个出口 44，用于从压力容器M排出离开反应器组件26的热重整产品流和围绕反应器组件沈流动的散装燃料流。此外，压力容器M的周向表面38可设置在前端34与后端36之间，以便大体上限定压力容器M的侧面或壁。例如，如图2和3所描绘地，可将周向表面38安装至前端34和后
6端36，并且可将密封件(未图示)设置在周向表面38与端部34、36之间的接口处以防止从压力容器M泄漏。应意识到的是，尽管压力容器M在形状上通常被描绘成圆柱形，但压力容器M通常可具有任何合适的形状。例如，压力容器M可以是矩形的并包括设置在前端34与后端 36之间的周向表面38，以便限定压力容器M的四个侧面或壁。另外，还应意识到的是，由于在反应器组件沈内发生的反应的放热性质，所以压力容器M可适合于经得起高温。因此，本领域技术人员应意识到的是，压力容器M可由能够经得起在重整过程期间产生的温度的高温材料形成。例如，压力容器M可由高温陶瓷形成。如上所述，本主题的反应器组件沈可设置在压力容器M内并可构造成接收并重整流自流体冷却重整器22的混合分段观的氧/燃料混合物。另外，反应器组件沈可包括反应器46和反应器衬套48。反应器46通常可包括本领域已知的任何合适的燃料反应器， 其构造成转变或重整燃料流以产生富氢的热重整产品流。在示例性实施例中，反应器46可包括催化部分氧化(CPOX)反应器，其用于重整流自混合分段观的氧/燃料混合物，以主要产生氢和一氧化碳。例如，CPOX反应器可构造成在放热过程中利用氧部分地重整流自主燃料源20的燃料的一小部分，以产生富氢的热重整产品流。然后，可将热重整产品流与未重整的散装燃料流混合并向下游输送至燃气涡轮10的燃烧器分段14以改善火焰稳定性、降低排放和提高可调比。 反应器组件沈的反应器衬套48通常可围绕反应器46，以便包含由在反应器46内发生的放热反应形成的高温产品。另外，反应器衬套48可构造成将由这种反应产生的热重整产品流引导到流体冷却重整器22的重整产品冷却分段32中。因此，如图3所示，反应器衬套48可具有用于将热重整产品流引导到重整产品冷却分段32中的会聚分段50。应意识到的是，类似于压力容器对，反应器衬套48通常可适合于经得起由放热重整过程产生的高温，并因此可由诸如高温陶瓷的任何合适的高温材料制成。如上所述，流体冷却重整器22的混合分段28可设置在反应器46的上游。通常， 混合分段观可构造成将含氧气体与燃料混合以形成氧/燃料混合物。因此，如图2所示， 混合分段可与氧源52和燃料源M流动连通。在示例性实施例中，含氧气体包括空气。因此，燃气涡轮10的压缩机分段12可用作用于混合分段观的氧源52。例如，可将离开压缩机分段12的压缩机(未图示)的压缩空气的一部分从主空气流引开并输送或以另外的方式供应至混合分段观。在这种实施例中，可将诸如增压器的附加压缩机(未图示)设置在混合分段观的上游，以进一步加压流自压缩机分段12的空气和/或补偿在管内出现的任何压力损失。另外，在示例性实施例中，用于燃气涡轮的主燃料源20可用作用于混合分段 28的燃料源M。因此，在一个实施例中，可将流自主燃料源20的主燃料流的一小部分引到混合分段观中，以与来源于压缩机分段12的空气混合，从而形成氧/燃料混合物。然后， 可将氧/燃料混合物引导到反应器组件26中以激活重整过程。然而，本领域技术人员应意识到的是，被引导到混合分段观中的燃料不一定来源于燃气涡轮10的主燃料源20。例如， 在替代性实施例中，辅助燃料供应可用作用于混合分段观的燃料源M。另外，应意识到的是，流入混合分段观的含氧气体可起源于除压缩机分段12以外的源，诸如辅助空气源或外部空气源。混合分段28通常可具有用于促进被供应至混合分段28的含氧气体与燃料的混合的任何构造。在图2所示的一个实施例中，混合分段观可包括从压力容器M的前端34向外延伸的预混器管56。预混器管56可与氧源52和燃料源M流动连通，使得可在预混器管 56中混合含氧气体与燃料以形成氧/燃料混合物。因此，应意识到的是，预混器管56通常可具有任何合适的尺寸、长度或混合特征，以允许含氧气体与燃料在被引导到反应器组件 26中之前充分地混合。另外，如图2和3所图示地，预混器管56可被接纳于在压力容器M 的前端34中形成的氧/燃料通路42中。因此，氧/燃料混合物可直接从预混器管56流入反应器组件26。在替代性实施例中，可将预混器管56安装、焊接或以另外的方式固定至压力容器M的前端34的外表面40。在这种实施例中，离开预混器管56的氧/燃料混合物可在流入反应器组件沈以便重整之前流过在前端34中形成的氧/燃料通路42。仍然参考图2和3，流体冷却重整器22还可包括用于将流体流引导到压力容器中的入口。在一个实施例中，重整器22可包括用于将散装燃料流引导到压力容器M中的散装燃料入口 30。如图所示，散装燃料入口 30可被限定在压力容器M的周向表面38中以允许燃料流进入压力容器M。然而，应意识到的是，在替代性实施例中，散装燃料入口 30可被限定在压力容器M的前端34或后端36中。另外，应意识到的是，散装燃料流可包括从主燃料源20供应的主燃料流的一部分或全部。例如，在图2和3的实施例中，散装燃料流可包括主燃料流减去从主燃料流被引开并被引导至流体冷却重整器22的混合分段观的一小部分燃料。流入压力容器M的散装燃料流可提供多种功能。例如，散装燃料流可处于相对低的温度，尤其地同压力容器M和反应器组件26的表面和/或衬套的温度相比。因此，可将散装燃料流用于冷却压力容器M和反应器组件26。例如，可在反应器衬套48上、周围和/ 或附近引导散装燃料流，以冷却反应器组件26。尤其地，在一个实施例中，可围绕反应器组件26引导散装燃料流，以便接触反应器衬套48并允许通过衬套48与燃料流之间的传导传递热。另外，可将散装燃料流用于冷却离开反应器组件26的热重整产品流。例如，可将散装燃料流与热重整产品流混合，以将重整产品的温度降低至下游管道能经得起的温度。然而， 应意识到的是，可将除散装燃料流以外的流体流引导到压力容器M中以提供冷却。例如， 在替代性实施例中，蒸汽流或诸如氮稀释剂流的稀释剂流可引导通过入口并进入压力容器 24中以冷却反应器组件沈和热重整产品流。为了促进反应器组件沈的冷却，流体冷却重整器22还可包括冲击套筒58。尤其如图3所示，可将冲击套筒58设置在压力容器M内并可邻近和至少部分地围绕反应器组件26的反应器衬套48。因此，冲击套筒58通常可构造成使散装燃料流分布在反应器衬套 48上、周围和/或附近以冷却反应器组件26。因此，在冲击套筒58中可形成有多个冲击孔60以允许散装燃料流流过套筒58并冲击反应器衬套48。应意识到的是，可改变在冲击套筒58中形成的冲击孔60的位置、尺寸和数量，以变更或增强散装燃料流的冷却效果。此外，流动引导壁64可设置在压力容器M内，以限定用于流入压力容器M的散装燃料流的流道。因此，如图3中的箭头所图示地，通过散装燃料入口 30进入压力容器M的散装燃料流可流入并围绕流动引导壁64流动，然后在冲击套筒58上流动并流过冲击套筒58以允许散装燃料流冲击反应器衬套48。另外，本领域技术人员应意识到的是，在反应器衬套48的外表面上还可设置有任何合适的传热特征，以增强从反应器组件沈到散装燃料流的传热。 例如，在一个实施例中，散热片(未图示)可沿着反应器衬套48设置以改善散装燃料流的
8冷却性能。此外，可在反应器组件沈与压力容器M的前端34之间引导流过压力容器M的散装燃料流的一小部分。例如，如图3所示，可将反应器组件沈安装至压力容器M的前端 34，使得反应器组件沈与前端34间隔开。因此，空腔66可限定在反应器组件沈与前端34 之间。因此，如由箭头所图示地，可将散装燃料流的一小部分引导到空腔66中以冷却压力容器M的前端34和反应器组件沈的任何相邻部分。本主题的流体冷却重整器22还包括设置在反应器46的下游的重整产品冷却分段 32。重整产品冷却分段32通常可构造成利用在反应器组件沈上、周围和/或附近流动的散装燃料流冷却离开反应器组件26的热重整产品流。例如，重整产品冷却分段可构造成将散装燃料流与热重整产品流混合，以将热重整产品流冷却至所有下游管道能经得起的温度。在图2所示的一个实施例中，重整产品冷却分段32通常可包括冷却管68和冷却套筒70。冷却套筒70可大致设置在冷却管68内并通常可构造成接收从反应器46排出的热重整产品流。另外，如图2和3所图示地，冷却套筒70可形成反应器衬套48的延伸。因此，离开反应器46的热重整产品流可流过反应器衬套48的会聚分段50并流入冷却套筒 70。然而，在替代性实施例中，应意识到的是，冷却套筒70可作为单独构件固定至反应器衬套48。冷却套筒70还可用于保护冲击套筒58和冷却管68免受高温重整产品流影响。 因此，冷却套筒70可包含热重整产品流，直到充分冷却重整产品并获得安全操作温度。例如，如图2所示，冷却套筒70可大致延伸遍及冷却管68的整个长度以保护冷却管68免受高温重整产品影响。此外，在冷却套筒70中可形成有多个冷却孔71，以允许围绕冷却套筒 70流动的散装燃料流的一部分注入热重整产品流，以与重整产品混合和降低重整产品的温度。本领域技术人员应意识到的是，在冷却套筒70中形成的冷却孔71的尺寸、数量和位置通常可根据重整产品冷却分段32的构造和所需要的冷却性能而改变。参考图2和3，冷却管68通常可被接纳在限定压力容器M的后端36的出口 44 中，使得可从压力容器M排出热重整产品流和散装燃料流。另外，冷却管68可延伸到压力容器M中并接合冲击套筒58的下游端62。因此，可在冷却管68与冷却套筒70之间引导散装燃料流的没有通过冷却孔71注入热重整产品流的部分，以冷却冷却套筒70和进一步冷却热重整产品流。然后，可将散装燃料流的该部分与流过冷却套筒70的散装燃料/重整产品混合物混合，以进一步降低混合物的温度。然后，可将该冷却的重整燃料混合物向下游输送至燃气涡轮10的燃烧器分段14。应意识到的是，冷却管68的长度和/或其它尺寸通常可根据重整产品冷却分段32 的构造和所需要的冷却性能而改变。另外，应意识到的是，冷却管68可与冲击套筒58滑动接合，以适应由在重整过程中涉及的高温引起的冲击套筒58的热生长。因此，如图3所示， 冷却管68可包括凹口端72，以允许冲击套筒58的下游端62相对于冷却管68滑动。在根据图2和3所图示的实施例的流体冷却重整器22的操作期间，可将来自主燃料源20的主燃料流的一小部分引向流体冷却重整器22的混合分段28，以便与含氧气体混合。可将来自主燃料流的燃料的构成散装燃料流的剩余部分引导到在压力容器M中限定的散装燃料入口 30中。流自混合分段观的氧/燃料混合物可被接收在反应器组件沈中， 在该反应器组件沈中，混合物经历放热反应以产生富氢的热重整产品流。为了给反应器组
9件26提供冷却，可在反应器衬套48上、周围和/或附近引导流入散装燃料入口 30的散装燃料流。在冷却反应器组件沈之后，可将散装燃料流引导到重整产品冷却分段32中，在该重整产品冷却分段32中，可将散装燃料流用于冷却热重整产品流。尤其地，可将散装燃料流的一部分注入热重整产品流并与该热重整产品流混合。散装燃料流的剩余部分可围绕重整产品冷却分段32的冷却套筒70流动，以冷却冷却套筒70并为重整产品流提供进一步的冷却。然后，可将流自流体冷却重整器22的冷却的富氢燃料流向下游引导至燃气涡轮10 的燃烧器分段14内的一个或多个燃烧器。应意识到的是，添加剂可添加至离开流体冷却重整器22的散装燃料流或富氢燃料流。例如，可在将燃料流引导到压力容器对中之前添加蒸汽或诸如氮稀释剂的稀释剂至散装燃料流。例如可包括该添加剂以稀释散装燃料流，从而减轻压力容器M内的燃料的燃烧。另外，蒸汽或稀释剂可添加至富氢燃料流以便为燃料流提供进一步的冷却。此外，在一个实施例中，从主燃料流引开以经历重整过程的燃料可在引导到混合分段观中之前被预热。例如，可通过邻近压力容器M的周向表面38设置的管(未图示) 引开燃料，使得热从压力容器M传递至管，以预热燃料。现在参考图4，图示了根据本主题的另一方面的流体冷却重整器22的替代性实施例。类似于图2和3所图示的实施例，流体冷却重整器22包括压力容器M和设置在压力容器M内的反应器组件26。反应器组件沈可构造成接收氧/燃料混合物并重整该混合物以产生热重整产品流。混合分段观可设置在反应器组件26的反应器46的上游并可构造成将含氧气体与燃料混合以形成氧/燃料混合物。另外，流体冷却重整器22可包括构造成将散装燃料流引导到压力容器M中的诸如散装燃料入口 30的入口。可在反应器组件沈上、周围和/或附近引导散装燃料流，以便冷却反应器组件26。此外，重整产品冷却分段32 可设置在反应器46的下游，并可构造成利用先前用于冷却反应器组件沈的散装燃料流冷却从反应器组件沈排出的热重整产品流。如上所述，压力容器M可包括前端34、后端36和设置在前端与后端之间的周向表面38。另外，如图4所示，压力容器M的前端34可限定用于将含氧气体引导到压力容器M 中的氧通路74。尤其地，氧通路74可与诸如燃气涡轮10的压缩机分段12的氧源52 (图 2)流动连通，以允许将诸如空气的含氧气体引导到压力容器对中。另外，压力容器对的前端34还可包括向内延伸的突起76。如图4所示，冲击套筒58可从突起76的外表面78延伸。例如，冲击套筒58可固定至突起76或与突起76—体地形成。此外，反应器组件沈的反应器衬套48可固定至突起76的端部或与该端部一体地形成。压力容器M的前端34的向内延伸的突起76通常可限定流体冷却重整器22的混合分段观。尤其地，在突起76中可形成有多个燃料注入口 80。燃料注入口 80可构造成将流过压力容器M的散装燃料流的一部分注入通过氧通路74供应的含氧气体流。例如，在一个实施例中，在将散装燃料流的一小部分引导通过燃料注入口 80的同时，散装燃料流的大部分可通过冲击套筒58并冲击到反应器衬套48上。然后，可将流过注入口 80的燃料注入并与含氧气体混合以形成氧/燃料混合物。然后，氧/燃料混合物可从混合分段观引导并进入反应器组件26以重整。应容易意识到的是，在突起76中形成的注入口 80的尺寸和数量可根据来自将由反应器46重整的散装燃料流的燃料的所需部分而改变。此外，在图4所图示的实施例中，流体冷却重整器22的重整产品冷却分段32通常
10可由压力容器M的后端36限定。例如，如图所示，压力容器M的后端36可包括从后端36 向外延伸的细长出口 82。细长出口 82通常可构造成接收离开反应器组件沈的热重整产品流，并将该热重整产品流与在反应器衬套48上、周围和/或附近流动的散装燃料流的未重整部分混合。因此，热重整产品流与散装燃料流的未重整部分可分别会聚于反应器衬套48 和冲击套筒58的下游端49、62，并流入细长出口 82，在该细长出口 82中，热重整产品流由散装燃料流冷却。应容易意识到的是，细长出口 82的特定的长度可根据热重整产品流的温度和足以将热重整产品流冷却至下游管道所能经得起的温度所需的混合量而改变。在根据图4所图示的实施例的流体冷却重整器22的操作期间，可通过由压力容器 24的前端34限定的氧通路74将含氧气体供应到压力容器M中。另外，可将散装燃料流引导到压力容器M的散装燃料入口 30中。当散装燃料流流入压力容器M时，可将散装燃料流的一部分引导到混合分段观中。尤其地，散装燃料流的一部分可流过在压力容器M的前端34中限定的燃料注入口 80，并可注入氧通路74以便与含氧气体混合以形成氧/燃料混合物。可将流自混合分段观的氧/燃料混合物引导到反应器组件26中，在该反应器组件26中，混合物经历放热反应以产生富氢的热重整产品流。为了给反应器组件沈提供冷却，可在反应器衬套48上、周围和/或附近引导散装燃料流的剩余部分。然后，可将散装燃料流的未重整部分引导到重整产品冷却分段32中，在该重整产品冷却分段32中，散装燃料流可用于冷却流自反应器46的热重整产品流。尤其地，可将热重整产品流与散装燃料流的未重整部分混合以降低热重整产品流的温度。然后，可将该冷却的富氢燃料流向下游输送至燃气涡轮10的燃烧器分段14内的一个或多个燃烧器。根据本主题的另一方面，图5图示了流体冷却重整器22的另一实施例。类似于图 2-4所图示的实施例，流体冷却重整器22包括压力容器M和设置在压力容器M内的反应器组件26。反应器组件沈可构造成接收氧/燃料混合物并重整该混合物以产生热重整产品流。混合分段观可设置在反应器组件沈的反应器46的上游并可构造成将含氧气体与燃料混合以形成氧/燃料混合物。另外，流体冷却重整器22可包括构造成将散装燃料流引导到压力容器M中的诸如散装燃料入口 30的入口。可在反应器组件沈上、周围和/或附近引导散装燃料流，以便冷却反应器组件26。此外，重整产品冷却分段32可设置在反应器 46的下游，并可构造成利用用于冷却反应器组件沈的散装燃料流冷却从反应器组件沈排出的热重整产品流。如上所述，压力容器M可包括前端34、后端36和设置在前端34与后端36之间的周向表面38。另外，如图5所示，压力容器M的前端34可限定用于将含氧气体引导到压力容器M中的氧通路74和用于将燃料引导到压力容器M中的燃料通路84。氧通路74 可与诸如燃气涡轮10的压缩机分段12的氧源52(图2)流动连通，以允许将诸如空气的含氧气体引导到压力容器M中。另外，燃料通路84可与诸如流自主燃料源20的主燃料流的燃料源图2、流动连通，以允许将来自主燃料流的燃料的一部分引导到压力容器M的前端34中。在压力容器M的前端34中限定的氧通路74和燃料通路84可构造成将含氧气体和燃料分别引导到流体冷却重整器22的混合分段观中。如图5所示，混合分段观通常可由混合室86限定，该混合室86在压力容器M的前端34的内表面88与反应器46之间由反应器组件沈的反应器衬套48形成。通常，混合室86可构造成将流过前端34的含氧气
11体与燃料混合以形成氧/燃料混合物。为了促进含氧气体与燃料的混合，在混合室86内可设置有混合盘90。例如，在混合盘90中可形成有多个混合孔92，以增强含氧气体与燃料的
混合ο另外，在图5所描绘的实施例中，流体冷却重整器22的重整产品冷却分段32通常可由压力容器M的后端36限定。例如，类似于图4所图示的实施例，压力容器M的后端 36可包括从后端36向外延伸的细长出口 82。细长出口 82通常可构造成接收离开反应器组件26的热重整产品流，并将该热重整产品流与在反应器衬套48上、周围和/或附近流动的散装燃料流混合。然而，除细长出口 82之外，重整产品冷却分段32还可包括至少一个混合元件，其构造成增强热重整产品流与散装燃料流的混合，以便为热重整产品流提供进一步的冷却。例如，如图5所示，混合元件可包括从反应器衬套向外延伸的发散瓣状结构94。 瓣状结构94可构造成在流汇聚并流入细长出口 82时将湍流引入热重整产品流和散装燃料流，以促进混合。应意识到的是，瓣状结构94可形成反应器衬套48的一部分或可作为单独构件诸如通过焊接固定至反应器衬套48。另外，本领域技术人员应意识到的是，在本主题的范围内可利用其它合适的混合元件以进一步增强热重整产品流的冷却。例如，散热片(未图示)可形成在反应器衬套48上以将湍流引入散装燃料流、热重整产品流或两者。在根据图5所图示的实施例的流体冷却重整器22的操作期间，含氧气体和来自主燃料源20的主燃料流的一部分可引导通过压力容器M的前端34并进入混合分段观的混合室86中。在混合室86内，可将燃料与含氧气体混合以形成氧/燃料混合物。可将构成散装燃料流的来自主燃料流的燃料的剩余部分引导到在压力容器M中限定的散装燃料入口 30中。可将流自混合分段观的氧/燃料混合物引导到反应器组件沈中，在该反应器组件沈中，混合物经历放热反应以产生富氢的热重整产品流。为了给反应器组件沈提供冷却，可在反应器衬套48上、周围和/或附近引导散装燃料流。然后，可将散装燃料流引导到重整产品冷却分段32中，在该重整产品冷却分段32中，散装燃料流可用于冷却热重整产品流。尤其地，可将热重整产品流与散装燃料流混合以降低热重整产品流的温度。在重整产品冷却分段32中可包括诸如瓣状结构94的混合元件，以增强热重整产品流的冷却。然后， 可将该冷却的富氢燃料流向下游输送至燃气涡轮10的燃烧器分段14内的一个或多个燃烧
ο应意识到的是，在本主题的替代性实施例中，用于冷却反应器组件沈的诸如散装燃料流的流体流在不与热重整产品流混合的情况下可从压力容器M引开。在这种实施例中，热重整产品流在与散装燃料流混合之前可由诸如下游热交换器的另一源冷却。还应意识到的是，本主题还提供用于冷却燃料重整器22和由这种燃料重整器22 产生的热重整产品流的方法。该方法通常可包括围绕燃料重整器22的反应器组件沈引导诸如散装燃料流、蒸汽流或稀释剂流的流体流以冷却反应器组件沈，其中反应器组件沈构造成产生热重整产品流；以及将热重整产品流与流体流混合以冷却热重整产品流。该书面的说明使用示例以公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。
1权利要求
1.一种用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器(22)，所述流体冷却重整器0 包括压力容器(24)；反应器组件( )，其设置在所述压力容器04)中，所述反应器组件06)包括反应器 (46)和围绕所述反应器G6)的反应器衬套(48)，所述反应器组件06)构造成接收并重整氧/燃料混合物以产生热重整产品流；入口(30)，其构造成将流体流引导到所述压力容器04)中，所述流体流的至少一部分用于冷却所述反应器组件06)；以及重整产品冷却分段(32)，其设置在所述反应器06)下游，所述重整产品冷却分段(32) 构造成利用所述流体流的所述至少一部分冷却由所述反应器组件06)产生的所述热重整广品流。
2.根据权利要求1所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，所述流体流包括散装燃料流、蒸汽流和稀释剂流。
3.根据任一前述权利要求所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，包括设置在所述反应器G6)上游的混合分段(观)，所述混合分段08)构造成将含氧气体与燃料混合以形成所述氧/燃料混合物。
4.根据任一前述权利要求所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，包括至少部分地围绕所述反应器衬套G8)的冲击套筒(58)，所述冲击套筒(58)构造成围绕所述反应器衬套G8)分布所述流体流的所述至少一部分。
5.根据任一前述权利要求所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，所述反应器06) 为催化部分氧化反应器。
6.根据任一前述权利要求所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，所述反应器组件 (26)与所述压力容器04)的前端(34)间隔开，以便在所述反应器组件04)与所述前端 (34)之间限定空腔(66)，所述流体流的所述至少一部分的一小部分被引入所述空腔(66)。
7.根据任一前述权利要求所述的流体冷却重整器(22)，其特征在于，所述重整产品冷却分段(3 包括构造成将所述热重整产品流与所述流体流的所述至少一部分混合的至少一个混合元件(94)。
8.—种冷却燃料重整器0 和由这种燃料重整器0 产生的热重整产品流的方法， 所述方法包括围绕燃料重整器0 的反应器组件06)引导流体流以冷却所述反应器组件( )，其中，所述反应器组件06)构造成产生热重整产品流；以及将所述热重整产品流与所述流体流混合以冷却所述热重整产品流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述流体流包括未重整燃料流。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其特征在于，包括添加蒸汽或稀释剂至所述热重整产品流与所述未重整燃料流的混合物，以进一步冷却所述热重整产品流。
全文摘要
本主题公开流体冷却重整器和用于冷却重整器的方法，尤其为用于燃气涡轮系统的流体冷却重整器(22)和用于冷却燃料重整器(22)和由这种燃料重整器(22)产生的热重整产品流的方法。流体冷却重整器(22)可包括压力容器(24)和设置在压力容器(24)内的反应器组件(26)。反应器组件(26)可包括反应器(46)，并可构造成接收并重整氧/燃料混合物以产生热重整产品流。另外，流体冷却重整器(22)可包括构造成将流体流引导到压力容器(24)中的入口(30)。流体流的至少一部分可用于冷却反应器组件(26)。重整产品冷却分段(32)可设置在反应器组件(26)的反应器(46)的下游并可构造成冷却热重整产品流。
文档编号F02C7/141GK102207032SQ201110089978
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者A·R·罕, H·凯林, J·D·贝里 申请人:通用电气公司