[發明專利]用于緊湊式氣化反應器系統的噴射器混合器

有效

• 申請號: 201180071242.4
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN103608434A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: C.森萬;K.M.斯普勞斯
• 申請（專利權）人: 特拉華空氣噴射火箭達因公司
• 主分類號: C10J3/30
• 分類號: C10J3/30;C10J3/50;F23D1/00;C10J3/72
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

技術領域

本公開涉及用于氣化反應器系統的噴射器混合器，氣化反應器系統利用燃料材料和氧化劑反應劑。

背景技術

諸如粉煤的燃料是已知的，并且在氣化系統中用于生產合成氣體或合成氣(例如，氫和一氧化碳的混合物)。在傳統的氣化系統中，燃料通過進料管線饋送到反應器容器中。在反應器容器中，燃料與氧化劑混合和反應，以產生合成氣體，作為反應產物。

氣化系統的高速噴射器典型地包括多個通道，通過該多個通道來噴射反應劑。在五元(pentad)噴射器中，燃料通過中心通道饋送，并且氧化劑通過四個沖擊通道饋送，使得氧化劑在噴射器的反應側沖擊在燃料流上。

對于高速五元噴射器，根據Rupe效率Elverum-Morey(EM)數，反應劑的混合效率取決于反應劑的質量流率和密度，以及噴射器的通道的面積，其中，沖擊角度為30o。

附圖說明

根據以下詳細描述，公開的示例的各種特征和優點將對本領域技術人員變得顯而易見。伴隨詳細描述的圖可簡要地描述如下。

圖1顯示符合本文公開的公式(I)的示例噴射器混合器。

圖2顯示圖1的噴射器混合器的橫截面圖。

圖3顯示Rupe混合效率與本文公開的公式(I)的關系的圖表。

圖4顯示結合了符合公式(I)的噴射器混合器的示例氣化反應器系統。

圖5顯示符合本文公開的公式(I)的另一個示例噴射器混合器。

具體實施方式

圖1示出用于在氣化反應器系統中使用的示例噴射器混合器20的選定的部分。圖2根據圖1中顯示的截面線顯示噴射器混合器20。如將描述的那樣，噴射器混合器20包括用于在氣化反應器系統中的反應劑之間獲得目標混合效率的特征。

在一個示例中，燃料混合物是包括攜帶在載體氣體(例如氮、二氧化碳等)中的燃料材料(例如粉煤)的雙相燃料混合物。在另一個示例中，含碳顆粒材料是特性像賓漢塑性料(空隙分數低于57%)的超濃相粉煤材料。在另一個示例中，粉煤材料是干的(小于18重量%水分)，并且名義上具有70?wt%的穿過200網目(74毫米)篩網的微粒。如將描述的那樣，噴射器混合器20包括對于蒸汽/氧在煤流上的不同的沖擊角度而允許用戶獲得煤和蒸汽/氧的目標混合效率的特征。要理解的是，本文公開的示例不限于煤，而是可用于其它類型的燃料，諸如(但不限于)石油焦和生物質量。

在示出的示例中，噴射器混合器20包括大體在第一面24a和第二面24b之間延伸的噴射器本體22。例如，噴射器本體22是圓板，并且第一面24a和第二面24b位于彼此平行的平面上。在實施例中，噴射器混合器20是用于將反應劑噴射到氣化反應器中的多元件噴射器設計的一個噴射器元件。

噴射器本體22包括至少在第一面24a和第二面24b之間延伸且沿著第一中心軸線26a延伸的第一通道26(例如管)。噴射器本體22還包括也在第一面24a和第二面24b之間延伸的至少一個第二沖擊通道28(例如管)。在示出的示例中，噴射器本體22包括四個第二通道28(即，五元噴射器)，并且第二通道28布置成沿周向圍繞第一通道26。備選地，噴射器本體22包括完全圍繞第一通道(即，錐形噴射器)延伸的單個第二通道28，但第二通道或通道28的數量和布置不限于任何特定設計。在示出的示例中，第二通道28沿著相應的第二中心軸線28a延伸，第二中心軸線28a與第一軸線26a具有角度θ，在30處表示角度θ。對于具有圍繞第一通道26呈去頂錐形圓環的形式的單個第二通道28的錐形噴射器，第二通道具有平行于去頂錐形的表面的相關聯的軸線，該軸線形成角度θ(即，錐形的半角度)。不管具體設計如何，角度θ不等于30o，并且滿足混合效率公式(I)：

公式(I)?????????????????????????????????????????????????

其中，是通過至少一個第二通道28的氧化劑的質量流率；

是通過第一通道26的燃料材料的質量流率；

是氧化劑的密度；

是燃料材料的密度；

A_fuel是第一通道26的燃料橫截面積；以及

A_stox是第二通道或通道28的總橫截面積。

在一個示例中，燃料混合物是包括攜帶在載體氣體(例如氮、二氧化碳等)中的燃料材料(例如煤(coal))的雙相燃料混合物。就此而言，燃料混合物包括固體顆粒煤材料和載體氣體，使得燃料流的密度符合公式(II)：