[发明专利]流体冷却重整器和用于冷却重整器的方法

说明书

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图图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。

附图说明

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

24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