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CN102277199B - 用于增加燃料喷射器寿命的系统 - Google Patents

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CN102277199B
CN102277199B CN201110170642.2A CN201110170642A CN102277199B CN 102277199 B CN102277199 B CN 102277199B CN 201110170642 A CN201110170642 A CN 201110170642A CN 102277199 B CN102277199 B CN 102277199B
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Abstract

本发明涉及用于增加燃料喷射器寿命的系统。根据各种实施例，一种系统包括气化燃料喷射器(104)。该气化燃料喷射器(104)包括：构造成喷射燃料(162)的燃料导管(164)；构造成喷射氧气(158)的第一氧气导管(160)；构造成喷射氧气(158)的第二氧气导管(168)和构造成流动冷却气体(170)的冷却气体导管(172)。冷却气体(170)是阻燃性的。

Description

用于增加燃料喷射器寿命的系统
技术领域
在本文中公开的主题涉及燃料喷射器，且更具体地，涉及用于气化器的燃料喷射器。
背景技术
各种燃烧系统使用燃料喷射器，以将燃料喷入燃烧室。例如，整体煤气化联合循环(IGCC)发电设备包括带有一个或更多燃料喷射器的气化器。燃料喷射器将例如有机给料的燃料和氧气及蒸汽一起供应到气化器中，以产生合成气。通常，燃烧发生在燃料喷射器下游。然而，火焰的临近处和/或来自燃烧的热可损坏燃料喷射器和/或降低燃料喷射器的寿命，特别是如果燃料喷射器超过一定温度时。因此，水冷却盘管可绕各个燃料喷射器盘卷以提供水冷却。不幸的是，水冷却盘管可在燃料喷射器中引起明显的热梯度，从而增加应力裂纹在燃料喷射器中形成的可能性。
发明内容
以下概述了与最初所主张权利的发明的范围相称的某些实施例。这些实施例并非意图限制所主张权利的发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括与以下阐述的实施例可能类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，系统包括气化燃料喷射器。气化燃料喷射器包括：构造成喷射燃料的燃料导管；构造成喷射氧气的第一氧气导管；构造成喷射氧气的第二氧气导管；构造成流动冷却气体的冷却气体导管。冷却气体是阻燃性的。
在第二实施例中，系统包括燃料喷射器。燃料喷射器包括：构造成喷射燃料的燃料导管；构造成喷射氧气的第一氧气导管；构造成在燃料喷射器和燃料喷射器下游的燃烧区域之间喷射含碳气体的含碳气体导管。
在第三实施例中，系统包括燃烧室和联接至燃烧室的燃料喷射器。燃料喷射器包括：构造成喷射燃料的燃料导管；构造成喷射氧气的第一氧气导管；和构造成冷却燃料喷射器的多个泻流冷却(effusioncooling)孔。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中贯穿附图，相似符号代表相似零件，其中：
图1是结合根据一个实施例的燃料喷射器的IGCC发电设备的方块图；
图2是带有冷却气体导管的燃料喷射器的一个实施例的轴向横截面图；
图3是带有冷却气体导管的燃料喷射器的实施例的径向横截面图；以及
图4是带有冷却气体导管、冷却液体导管和冷却盘管的燃料喷射器的一个实施例的轴向横截面图。
零部件列表
100整体煤气化联合循环(IGCC)系统
102燃料源
103给料制备单元
104燃料喷射器
105冷却剂
106气化器
108渣
110气体净化器
111硫
112硫处理器
113盐
114水处理单元
116碳捕获系统
118燃气涡轮发动机
120燃烧器
122空气分离单元(ASU)
123补充的空气压缩机
124稀释剂(DGAN)压缩机
128冷却塔
130涡轮
131驱动轴
132压缩机
134负载
136蒸气涡轮发动机
138热回收蒸气发生(HRSG)系统
140第二负载
142冷凝器
152轴向轴线
154上游侧
156末端
158氧气
160第一氧气导管
161第一氧气出口
162燃料
164燃料导管
165燃料出口
166预混合区域
168第二氧气导管
169第二氧气出口
170冷却气体
172冷却气体导管
173冷却气体出口
174径向冷却孔
178角度
200带有气体和液体冷却两者的燃料喷射器
202冷却液体
204冷却液体导管
206入口
208出口
210冷却盘管
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应该理解是在任何此类实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计项目中)，必须做出许多实施方式特定的决定以达到开发者的具体目标，例如适应系统相关和商业相关的约束，这些约束可从一种实施方式到另一种实施方式而变化。此外，应该理解的是这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域技术人员而言，仍然将是承担设计、制作和制造的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”、和“所述”意图表示具有一个或多个该元件。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的，且意味着可能有除了所列元件之外另外的元件。
在IGCC发电设备的气化器中的气化燃料喷射器是可在燃烧中使用的燃料喷射器的示例。由于燃烧在燃料喷射器的末端附近发生，该末端可暴露于高达大约1300摄氏(C)度的温度下。另外，热燃烧气体可向燃料喷射器再循环返回。此类高温度可引起燃料喷射器的损坏，虽然喷射器是由专门为高温设计的材料制成。因此，可使用不同的冷却方法以增加燃料喷射器的寿命。例如，燃料喷射器末端可具有集成的冷却液体导管，冷却液体穿过该冷却液体导管。另外，冷却盘管可环绕燃料喷射器的主体以将冷却液体带至冷却液体导管。然而，当在没有任何其他冷却技术的情况下使用此类方法时，在燃料喷射器的内表面与冷却液体接触时，燃料喷射器的外表面可暴露于热的再循环气体中。例如，冷却液体的温度可为大约40摄氏度，引起大约1260摄氏度的温度差。这样的大温度梯度可导致在燃料喷射器的末端附近的裂纹。具体地，高温和温度波动可在末端附近引起径向裂纹。另外，由高的温度梯度引起的高的变形力可导致环向裂纹。此类裂纹可降低燃料喷射器的寿命。
为了解决这些问题，在以下描述的各种实施例中，构造成流动冷却气体(例如阻燃性冷却气体)的冷却气体导管可被添加至燃料喷射器，以提供另外的冷却。冷却气体导管可被构造成燃料喷射器的最外层导管，且从而帮助将气化器的高温从燃料喷射器的末端移走。另外，冷却气体导管可包括一个或更多侧孔，以在沿着燃料喷射器的表面的各种位置处喷射冷却气体。冷却气体可沿着表面和/或在燃料喷射器和燃烧之间提供阻燃性气体屏障。从而，冷却气体冷却了燃料喷射器且阻止火焰驻留在燃料喷射器的表面上。所引起的冷却将降低跨越燃料喷射器的温度梯度。在某些实施例中，冷却气体导管可与冷却液体导管和/或冷却盘管结合。
现在转向附图，图1是可产生且燃烧合成气体(即合成气)的IGCC系统100的一个实施例的图表。如在以下详细所述，IGCC系统100可包括气化燃料喷射器的实施例，气化燃料喷射器包括构造成流动合适的阻燃性冷却气体(例如，二氧化碳(CO2)、氮气、氩气、氦气、惰性气体、稀有气体或它们的任何组合)的冷却气体导管。IGCC系统100的其他元件可包括燃料源102，其可是可被用作IGCC系统的能量源的固体或液体。燃料源102可包括煤、石油焦炭、油、生物质、木基材料、农业废弃物、焦油、焦炉煤气和沥青或其他含碳物品。
燃料源102的燃料可被传递至给料制备单元103。给料制备单元103可例如通过将燃料源102切碎、研磨、破碎、粉碎、压块或制粒对燃料源102进行大小改变或形状改变，以产生给料。另外，水或其他合适的液体可被添加至在给料制备单元103中的燃料源102以产生浆式给料。在其他实施例中，没有液体被添加至燃料源，因而产生干式给料。在另外的实施例中，如果燃料源102是液体，则给料制备单元103可被省略。
接着，给料可被传递至联接至气化器106的燃料喷射器104。如所理解的是，气化器106是燃烧室的一个示例，燃烧室可使用带有如以下详细所述的冷却气体导管的燃料喷射器104。在某些实施例中，燃料喷射器104以促进有效率燃烧的方式将各种给料流与气化器106结合。另外，如以下更详细所述，冷却剂105可被引导至燃料喷射器104，以提供冷却且延长燃料喷射器的寿命。具体地，气化器106可将给料转化成合成气，例如一氧化碳和氢气的组合。该转换通过在升高的压力(例如从大约20bar到85bar)和温度(例如大约700摄氏度到1600摄氏度，取决于所利用的气化器106的类型)下使给料遭遇受控制的量的蒸气和氧气而实现。气化过程可包括给料经历高温分解过程，借此给料被加热。在高温分解过程期间，取决于产生给料所利用的燃料源102，气化器106内的温度可在从大约150摄氏度到700摄氏度的范围内。在高温分解过程期间，加热给料可产生固体(例如焦)和残余气体(例如，一氧化碳、氢气和氮气)。由高温分解过程从给料残余的焦的重量可仅达到原始给料的重量的大约30％。
燃烧过程然后可发生在气化器106中。燃烧可包括将氧气引至焦和残余气体。焦和残余气体可与氧气反应以形成二氧化碳和一氧化碳，该反应为随后的气化反应提供热。在燃烧过程期间的温度可在大约700摄氏度到1600摄氏度的范围中。接下来，在气化步骤期间，可将蒸气引入气化器106。在从大约800摄氏度到1100摄氏度的范围中的温度下，焦可与二氧化碳以及蒸气反应以产生一氧化碳和氢气。本质上，气化器利用蒸气和氧气以允许给料中的一些被“点燃”，从而产生一氧化碳且释放能量，该能量驱动将给料进一步转换成氢气和另外的二氧化碳的第二反应发生。
以该方式，气化器106制造了生成物气体。该生成物气体可包括大约85％的相同比例的一氧化碳和氢气，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于给料的硫含量)。该生成物气体可被称为未处理合成气，由于其包括例如H2S。气化器106还可产生例如渣108的废弃物，其可以是湿灰材料。该渣108可从气化器106移除，且可被例如作为路基或作为另外的建筑材料处置。为了清洁该未处理的合成气，可使用气体净化器110。在一个实施例中，气体净化器110可以是水煤气转换反应器。气体净化器110可清洗该未处理的合成气，以从该未处理的合成气中移除HCl、HF、COS、HCN和H2S，其可包括在硫处理器112中硫111的分离，例如通过在硫处理器112中的酸性气体移除过程。此外，气体净化器110可通过水处理单元114从未处理合成气中分离盐113，水处理单元114可利用水净化技术以从未处理合成气产生可使用的盐113。随后，来自气体净化器110的气体可包括带有痕量的其他化学物品(例如NH3(氨)和CH4(甲烷))的处理后的合成气(例如，硫111已经从合成气中移除)。
在一些实施例中，可利用气体处理器以移除另外的残余气体成分，例如氨和甲烷以及甲醇或来自处理后的合成气的任何残余化学品。然而，从处理后的合成气移除残余气体成分是可选择的，因为处理后的合成气即使当其包括例如尾气的残余气体成分时也可被用作燃料。在该点上，处理后的合成气可包括大约3％的CO、大约55％的H2和大约40％的CO2，且处理后的合成气随后被去除H2S。
在一些实施例中，碳捕获系统116可移除且处理包括在合成气中的含碳气体(例如，大约80-100或90-100体积百分数纯度的二氧化碳)。碳捕获系统116还可包括压缩机、净化器、供给CO2用于隔离或增强的油回收的管道、CO2储罐或它们的任何组合。被捕获的二氧化碳可被转移至二氧化碳膨胀机，其降低了二氧化碳的温度(例如，大约5-100摄氏度或大约20-30摄氏度)，从而使得二氧化碳能够被用作系统的合适的冷却剂。例如，被冷却的二氧化碳可当作冷却气体而被转移至燃料喷射器104的冷却气体导管。被冷却的二氧化碳还可循环穿过系统以满足其制冷需求或通过随后的级膨胀以达到甚至更低的温度。在启动期间，对燃料喷射器104而言，被冷却的二氧化碳可不是立即获得的。在此类情况中，被存储的二氧化碳可被用作燃料喷射器104的冷却气体。例如，在操作期间产生的二氧化碳或从非现场获得的二氧化碳均可被转移至储罐。另外，其他阻燃性气体(例如但不限于蒸气或氮气)可被用于替代二氧化碳，作为用于燃料喷射器104的冷却剂。例如，蒸气和氮气均可从IGCC系统100中的别处获得，且从而是用于冷却燃料喷射器104的合适的候选者。返回至处理后的合成气，其已经经历了处理后的合成气的含硫成分和大部分的二氧化碳的移除，合成气然后可作为可燃烧燃料被送至燃烧器120(例如，燃气涡轮发动机118的燃烧室)。
IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU)122。该ASU122可通过例如蒸馏技术操作以将空气分离成成分气体。ASU122可从空气中分离氧气，空气从补充的空气压缩机123被供给至ASU122，且ASU122可将被分离的氧气转移至燃料喷射器104。另外，ASU122可将被分离的氮气送至燃料喷射器104(例如作为冷却气体)或稀释剂氮(DGAN)压缩机124。
DGAN压缩机124可将从ASU122接收到的氮气至少压缩至与燃烧器120中的压力水平相等的压力水平，以便不影响合成气的合适的燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124已经将氮气充分压缩至合适水平，DGAN压缩机124可将被压缩的氮气送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。该氮气可被用作稀释剂，以促进例如控制排放。
如先前所述，被压缩的氮气可从DGAN压缩机124被送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。该燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、驱动轴131和压缩机132以及燃烧器120。燃烧器120可接收例如合成气的燃料，燃料可在压力下从燃料喷嘴被喷射。该燃料可与被压缩的空气以及来自DGAN压缩机124的被压缩的氮气混合，且在燃烧器120内燃烧。该燃烧可产生热的增压废气。
燃烧器120可将废气引向涡轮130的废气出口。当来自燃烧器120的废气经过涡轮130时，废气迫使涡轮130中的涡轮叶片旋转沿着燃气涡轮发动机118的轴线的驱动轴131。如所图示，驱动轴131被连接至燃气涡轮发动机118的各种构件，包括压缩机132。
驱动轴131可将涡轮130连接至压缩机132以形成转子。该压缩机132可包括联接至驱动轴131的叶片。从而，在涡轮130中的转子叶片的转动可引起将涡轮130连接至压缩机132的驱动轴131旋转在压缩机132内的叶片。压缩机132中的叶片的此旋转引起压缩机132压缩经由压缩机132中的空气入口所接收到的空气。被压缩的空气可然后被送至燃烧器120且与燃料和压缩的氮气混合，从而允许更高效率的燃烧。驱动轴131也可连接至负载134，负载134可以是静载，比方说用于例如在发电设备中产生电功率的电力发电机。事实上，负载134可以是由燃气涡轮发动机118的旋转输出提供动力的任何合适的装置。
IGCC系统100还可包括蒸气涡轮发动机136和热回收蒸气发生(HRSG)系统138。该蒸气涡轮发动机136可驱动第二负载140。该第二负载140还可以是用于产生电功率的电力发电机。然而，第一负载130和第二负载140均可以是能够由燃气涡轮发动机118和蒸气涡轮发动机136驱动的其他类型的负载。另外，尽管燃气涡轮发动机118和蒸气涡轮发动机136可驱动分离的负载134和140，但如在图示的实施例中所示，燃气涡轮发动机118和蒸气涡轮发动机136还可被一前一后利用，以经由单个轴驱动单个负载。蒸气涡轮发动机136以及燃气涡轮发动机118的具体构造可以是实施方式特定的且可包括多个部分的任何组合。
该系统100还可包括HRSG138。来自燃气涡轮发动机118的被加热的废气可被运送到HRSG138中，且被用于加热水并产生蒸气，蒸气被用于向蒸气涡轮发动机136提供动力。来自例如蒸气涡轮发动机136的低压部分的废气可被引入冷凝器142。该冷凝器142可利用冷却塔128以用被加热的水交换冷却的水。该冷却塔128起作用以向冷凝器142提供冷却水，从而帮助冷凝从蒸气涡轮发动机136被发送至冷凝器142的蒸气。来自冷凝器142的冷凝物又可被引入HRSG138中。再次，来自燃气涡轮发动机118的废气还可被引入HRSG138中，以加热来自冷凝器142的水且产生蒸气。
在联合循环系统中，例如IGCC系统100，热的废气可从燃气涡轮发动机118流动且通向HRSG138，在HRSG138处，热的废气可被用于产生高压、高温蒸气。由HRSG138产生的蒸气然后可移动穿过蒸气涡轮发动机136，用于产生功率。另外，所产生的蒸气还可被供给至可使用蒸气的任何其他过程，例如至气化器106。该燃气涡轮发动机118发电循环常被称为“至顶循环”，而蒸气涡轮发动机136发电循环常被称为“及底循环”。如在图1中所示，通过结合该两个循环，IGCC系统100可导致在两个循环中的更高的效率。具体而言，来自至顶循环的废热可被捕获且被用于产生蒸气，以用于及底循环中。
在前述基础上，图2是根据一个实施例的燃料喷射器104的轴向横截面图。轴向轴线152经过燃料喷射器104的中心。该燃料喷射器104具有上游侧154，给料、氧气和其他物质可来自该上游侧154。燃料喷射器104还具有末端156，给料、氧气和其他物质可在末端156处离开。从而，末端156对物质而言是出口。接着转向燃料喷射器104的导管，尽管将描述导管的一种排列，但取决于特定应用的要求，其他排列是可能的。具体地，经过燃料喷射器104的最里面的物质是氧气158，其通过第一氧气导管160被引至末端156，第一氧气导管160在第一氧气出口161中终止。第一氧气导管160为在燃料喷射器104的末端156的下游的燃烧供应氧气158。氧气158可包括但不限于纯氧气、氧气混合物和空气。接着的最外面的物质是燃料162，其可通过燃料导管164被引至末端156，燃料导管164在燃料出口165中终止。从而，燃料导管164以同轴或同心排列环绕第一氧气导管160。燃料162可包括干式燃料、浆式燃料、液体燃料或它们的任何组合。燃料导管164将燃料162引至来自第一氧气导管160的氧气158的紧下游，以增强燃料和氧气的混合。来自第一氧气导管160的氧气158和燃料162结合的区域可称为预混合区域166。接着的最外面的物质是氧气158，其通过第二氧气导管168被引至燃料喷射器104的末端156，第二氧气导管168在第二氧气出口169中终止。从而，第二氧气导管168以同轴或同心排列环绕燃料导管164。第二氧气导管168可将氧气158引至燃料162和来自第一氧气导管160的氧气的混合物，从而为有效率的燃烧产生精细喷雾。来自第二氧气导管168的氧气158还可包括但不限于纯氧气、氧气混合物和空气。
冷却气体导管172环绕第一氧气导管160、燃料导管164和第二氧气导管168，其在燃料喷射器104的末端156附近引导冷却气体170。冷却气体导管172在冷却气体出口173中中止，冷却气体出口173围绕第一氧气出口161、燃料出口165和第二氧气出口169。在某些实施例中，冷却气体导管172可沿着燃料喷射器104至末端156的整个长度或整个长度的某一部分延伸。在操作中，冷却气体170在燃料喷射器104和在燃料喷射器下游的燃烧区域之间被喷入。从而，冷却气体170在来自燃料喷射器104的燃料162和氧气158的混合物与气化器106中的任何火焰或热燃烧气体之间形成薄膜(或热屏障)。换言之，冷却气体170的薄膜是不可燃的和/或阻燃性的，且从而阻止火焰驻留在燃料喷射器104的表面上。通过减少末端对燃烧气体的高温的暴露，冷却气体170的薄膜还保护燃料喷射器104的末端156免受损坏。冷却气体导管172在末端处156的位置由至少两个考虑因素决定。第一，如果冷却气体导管172位于离第二氧气导管168下游太远处，则可能出现火焰失稳，其可降低燃烧效率。第二，如果冷却气体导管172位于离第二氧气导管168上游太远处，则第二氧气导管的末端可能遭受高温。从而，如果冷却气体导管172合适地定位，则冷却气体170的薄膜可帮助保护末端156免受高温，降低裂纹形成的可能性，且延长燃料喷射器104的寿命。
如上所述，冷却气体170可以是来自碳捕获系统116的二氧化碳。在IGCC系统100的操作期间，来自碳捕获系统116的二氧化碳可以以适合用作冷却气体170的量和温度获得。其他阻燃性气体可被用作冷却气体170，尤其是当二氧化碳不可获得时(例如在启动情况期间)。冷却气体170的示例包括但不限于非可燃的含碳气体、蒸气和氮气。此类气体并不有助于燃烧。当使用具体气体时，冷却气体导管172可按所选择的冷却气体170的名称被称呼，例如氮气导管、含碳气体导管或二氧化碳导管。为了提供冷却，冷却气体170可在大约20摄氏度和40摄氏度之间的温度下(且更具体地，在大约30摄氏度下)被输送。然而，可使用任何合适的冷却剂、冷却剂温度和冷却剂流率，以提供燃料喷射器104的冷却。
除了被引向末端156之外，冷却气体170可从冷却气体导管172的一个或多个径向冷却孔174喷出。冷却气体170可流出冷却孔174，形成邻近冷却气体导管172的外表面的冷却气体的薄膜。通过降低外表面对高温再循环的燃烧气体和驻焰的暴露，冷却气体170的薄膜可保护冷却气体导管172的外表面。另外，冷却气体170的流动冷却了冷却气体导管172的内表面。从而，由于降低了在冷却气体导管172的内表面和外表面温度之间的差异，减少了对冷却气体导管172损坏(例如应力裂纹)的可能性。通过保护冷却气体导管172，燃料喷射器104余下的部分也可被保护免受损坏。从而，由径向冷却孔174提供的冷却可降低损坏燃料喷射器104的可能性，且可增加燃料喷射器104的使用寿命。
可从上游侧154到末端156遍布冷却气体导管172提供冷却孔174。另外，冷却孔174可以是圆形的，或构造成其他形状，例如正方行、椭圆形、三角形或矩形。在一些实施例中，径向冷却孔174的直径(或宽度)176可在大约0至20mm、0至10mm、1至5mm或2至4mm之间。例如这些孔的小孔可使得气体能够泻出，或缓慢流动，且因而并不显著地降低冷却气体170在末端156附近离开的流率。由于冷却气体170可泻出，该冷却孔174可被称为泻流冷却孔。另外，冷却孔174的数量可构造成使得充分的泻流冷却和末端156的冷却都能够进行。在某些实施例中，燃料喷射器104可包括大约1至1000、1至500、1至100或1至10个冷却孔174。此外，冷却孔174可以以远离轴向轴线152的角度178布置。该角度178可在大约0至90度、0至60度、0至45度或0至30度之间。从而，冷却孔174可被构造成使得将冷却气体引向下游，朝向燃料喷射器104的末端156。此外，朝向末端156移动时冷却孔174的角度178可降低至大约0度。例如，从上游冷却孔174至下游冷却孔174，角度178可逐渐改变大约百分之5至100、百分之10至75、或百分之20至50。这可使得更多的冷却气体被引向末端156。最终，冷却气体导管172和其他导管可以以专门为高温设计的材料(例如但不限于奥氏体镍镉基超合金)制成。
为了从不同视点图示以上所述的导管的结构，图3是沿着在图2中标示为3-3的线的燃料喷射器104的径向横截面图。对应地，图2的轴向横截面图沿着在图3中的标示为2-2的线被指示。与在图2中所示元件相同的元件被以相同的标号标示。在所示的特定实施例中，各个导管160、164、168和172均在径向横截面中作为环孔出现。从而，导管160、164、168和172彼此同轴或同心，从而提供氧气158、燃料162、氧气158和冷却气体170的同向流动。在各个导管之间的空间可被构造成调节穿过导管的物质的流速。所图示的径向冷却孔174围绕冷却气体导管172均匀地周向隔开。在某些实施例中，径向冷却孔174可不均匀地围绕冷却气体导管172周向隔开。另外，所图示的径向冷却孔174沿着径向轴线定向，径向轴线从燃料喷射器104的中心直接延伸。在某些实施例中，径向冷却孔174的轴线可带有角度，且从燃料喷射器104的轴线152偏移，从而提供冷却气体170围绕燃料喷射器104的外表面的旋流。
除了在图3中所示的之外，穿过燃料喷射器104的流的其他排列也是有可能的。例如，最内的导管160可包含气体燃料，导管164可包含液体燃料，导管168可包含氧气而导管172可包含冷却气体170，冷却气体170可以是CO2、氮气、蒸气或这些气体的任何混合物。在另一种可能的排列中，最内的导管160可包含蒸气，导管164可包含氧气，导管168可包含燃料而导管172可包含氮气和CO2的混合物。另外，燃料喷射器104可具有少于或多于4个导管。具体而言，最内的导管160可包含氧气，导管164可包含燃料，导管168可被省略，而导管172可包含冷却气体170。备选地，导管160可包含蒸气，导管164可包含氧气，导管168可包含燃料，另外的导管可包含氧气，而导管172可包含CO2。此外，导管160、164、168和172中的任一个均可包含混合物。例如，最内的导管160可包含氧气和燃料的混合物，导管164可包含氧气，导管168可被省略，而导管172可包含冷却气体170。
尽管由冷却气体170单独提供的冷却可能足以保护燃料喷射器104的末端156，但冷却液体导管和冷却盘管还可被添加至燃料喷射器104。例如，图4是根据带有气体和液体冷却的一个实施例的燃料喷射器200的轴向横截面图。与在图2中所示元件相同的元件以相同标号标示。在该图示的实施例中，冷却液体202在燃料喷射器200的末端156附近循环。冷却液体202的示例可包括但不限于水和其他可获得的冷却剂。该冷却液体202循环穿过冷却液体导管204，冷却液体导管204与冷却气体导管172结合在一起。冷却液体导管204的横截面可具有在图4中所示的特定形状，或被构造成其他合适的形状，例如正方形、椭圆形、三角形、矩形或其他规则或不规则的形状。另外，冷却液体导管204可包括彼此周向隔开大约180度定位的入口206和出口208。此外，冷却液体导管204和燃料喷射器200的剩余部分可以以如上所述的专门为高温设计的材料制成。
在该图示的实施例中，冷却盘管210围绕燃料喷射器200，以将冷却液体202引至冷却液体导管204。该冷却盘管210可被布置成螺旋状盘管。为了简洁，图4仅显示了冷却盘管210沿着横截面的部分，而没有冷却盘管210互相连接的部分。例如，冷却液体202可在燃料喷射器200的上游侧154附近进入冷却盘管210。该冷却液体202经过冷却盘管210，直至冷却液体到达冷却液体导管204。当冷却液体202经过冷却盘管210和冷却液体导管204时，由于热的燃烧气体，冷却液体202的温度可增加。然而，当变暖的冷却液体202离开冷却液体导管204时，热可从末端156被移走。该变暖的冷却液体202可经过热交换器以被冷却且循环回燃料喷射器200。制冷剂或例如空气可被用于在热交换器中的冷却。通过从热燃烧气体吸收热且将热从燃料喷射器200带走，冷却液体导管204帮助保护末端156免受高温损坏。
此外，冷却气体导管172和冷却孔174与冷却液体导管202一起工作，以保护燃料喷射器200。如上所述，冷却气体导管172引导冷却气体170越过末端156，帮助保护末端免受火焰和热燃烧气体影响。另外，冷却孔174在冷却气体导管172的外表面上产生了冷却气体170的薄膜，通过泻流冷却保护了导管和燃料喷射器200免受高温影响。因此，通过冷却冷却液体导管204的外表面和内表面，可降低任何温度梯度，这可降低损坏(例如应力裂纹)的可能性。此外，经过冷却孔174的冷却气体170还可保护冷却盘管210免受高温影响，因为它们极为贴近。最终，在冷却气体170不可获得的启动情况期间，冷却液体202穿过冷却液体导管204的循环可提供对燃料喷射器200的末端156的一些保护。
本书面描述使用示例公开了本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，或执行任何结合的方法。本发明可被授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的书面语言并非不同的结构元件或它们包括与权利要求的书面语言非本质不同的等同结构元件，则此类其他示例意图落在权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种系统，包括：
气化燃料喷射器，包括：
燃料导管，其构造成从燃料出口喷射燃料；
第一氧气导管，其构造成从第一氧气出口喷射氧气；
第二氧气导管，其构造成从第二氧气出口喷射氧气；和
冷却气体导管，其构造成使冷却气体流动，其中，所述冷却气体是阻燃性的；
所述冷却气体导管包括冷却气体出口，所述冷却气体出口围绕所述第一氧气出口、所述燃料出口和所述第二氧气出口；
所述冷却气体导管包括多个径向冷却孔，所述多个径向冷却孔构造成远离轴向轴线的角度布置以使所述冷却气体向远离所述轴向轴线的方向流出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料导管包括干式燃料给料导管、浆式燃料给料导管、液体燃料给料导管或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却气体导管包括含碳气体导管。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述含碳气体导管包括二氧化碳(CO2)导管。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却气体导管包括氮气导管。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个径向冷却孔包括泻流冷却孔。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却气体导管围绕所述燃料导管、所述第一氧气导管和所述第二氧气导管。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料导管围绕所述第一氧气导管，所述第二氧气导管围绕所述燃料导管，而所述冷却气体导管围绕所述第二氧气导管。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成使冷却液体流动的冷却液体导管。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述气化燃料喷射器的气化器。
11.一种系统，包括：
燃料喷射器，包括：
燃料导管，其构造成从燃料出口喷射燃料；
第一氧气导管，其构造成从第一氧气出口喷射氧气；以及
含碳气体导管，其构造成在所述燃料喷射器与所述燃料喷射器下游的燃烧区域之间从含碳气体出口喷射含碳气体，其中所述含碳气体出口围绕所述燃料出口和所述第一氧气出口，其中所述含碳气体导管包括多个径向冷却孔，所述多个径向冷却孔构造成远离所述燃料喷射器轴向轴线的角度布置以使所述含碳气体向远离所述轴向轴线的方向流出。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述含碳气体导管包括二氧化碳(CO2)导管。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个径向冷却孔包括泻流冷却孔。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述燃料导管围绕所述第一氧气导管，所述燃料喷射器还包括构造成喷射氧气的第二氧气导管，所述第二氧气导管围绕所述燃料导管，而所述含碳气体导管围绕所述第二氧气导管。
15.一种系统，包括：
燃烧室；和
联接至所述燃烧室的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器包括：
构造成从燃料出口喷射燃料的燃料导管；
构造成从第一氧气出口喷射氧气的第一氧气导管；以及
冷却气体导管，其构造成从冷却气体出口喷射冷却气体，其中所述冷却气体出口围绕所述第一氧气出口、所述燃料出口,其中所述冷却气体导管包括多个泻流冷却孔，所述泻流冷却孔构造成远离所述燃料喷射器轴向轴线的角度布置以使所述冷却气体向远离所述轴向轴线的方向流出。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述冷却气体导管包括构造成使二氧化碳流动通过所述多个泻流冷却孔的二氧化碳(CO2)导管。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成喷射氧气的第二氧气导管，所述第二氧气导管包括第二氧气出口，且所述CO2导管包括CO2出口，其中所述CO2出口围绕所述燃料出口、所述第一氧气出口以及所述第二氧气出口。
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