CN103224815B

CN103224815B - 用于加热气化器的系统和方法

Info

Publication number: CN103224815B
Application number: CN201310027820.5A
Authority: CN
Inventors: J.S.史蒂芬森; S.S.塔尔亚
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: US9150801B2; US20130192139A1; CN103224815A

Abstract

本发明涉及一种用于加热气化器的系统和方法。系统包括气化器，其构造成在气化模式期间使气化燃料气化。系统还包括第一喷射器，其构造成在热控制模式期间将热控制燃料和富氧空气喷射到气化器中用于燃烧。热控制燃料与气化燃料相同或不同，并且富氧空气包括富含附加氧的空气。

Description

用于加热气化器的系统和方法

技术领域

本文中公开的主题大体涉及气化器。更特别地，公开的主题涉及用于加热气化器的系统和方法。

背景技术

气化系统大体包括过程喷射器，其用于将诸如有机原料的气化燃料随同氧和蒸汽一起供应到气化器中以生成合成气。作为预备步骤，预热燃料与空气的混合物燃烧以在启动气化器中的原料的气化之前将气化器预热至升高的温度。不幸地，能够在预热期间实现的升高的温度可被空气和低压力(例如，大气压)的使用显著地限制。由于该温度限制，故如果在预热之后不可足够快地安装过程喷射器，则气化器温度可下降至低于适于开始原料的气化的温度阈值。在这种过度冷却的情况下，将需要重复预热过程以使气化器温度上升至升高的温度。由于该延迟，故对于使原料气化而言，可损失有价值时间，这进而可导致化学品的生产损失、电力的生成损失等。空气和低压力(例如，大气压)的使用还可显著地限制升温速率和完成最终预热阶段所需的总时间。此外，该延迟可导致气化生产的显著损失。

发明内容

在下面概括在范围上与最初要求权利的本发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围，而是相反地，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，本发明可包含可与在下面提出的实施例相似或不同的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括气化器，其构造成在气化模式期间使气化燃料气化。系统还包括第一喷射器，其构造成在热控制模式期间将热控制燃料和富氧空气喷射到气化器中用于燃烧。热控制燃料与气化燃料相同或不同，并且富氧空气包括富含附加氧的空气。

在第二实施例中，一种系统包括控制器，其构造成控制联接于气化器的第一喷射器的热控制模式。第一喷射器的热控制模式构造成控制将热控制燃料和富氧空气喷射到气化器中用于燃烧。热控制燃料与气化器中在气化模式期间使用的气化燃料相同或不同，并且富氧空气包括富含附加氧的空气。热控制模式构造成在气化器未以气化模式操作时控制将气化器加热至等于或高于温度阈值的温度。

在第三实施例中，一种方法包括控制联接于气化器的第一喷射器的热控制模式。控制热控制模式包括控制将热控制燃料和富氧空气喷射到气化器中用于燃烧。热控制燃料与气化器中在气化模式期间使用的气化燃料相同或不同，并且富氧空气包括富含附加氧的空气。控制热控制模式还包括在气化器未以气化模式操作时控制将气化器加热至等于或高于温度阈值的温度。

附图说明

当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中：

图1是可将富氧空气用于气化器的热控制的气化系统的实施例的示意性表示；

图2是图1的气化系统的用于与预热喷射器一起使用的某些构件的实施例的示意性表示；

图3是图1的气化系统的用于与组合喷射器一起使用的某些构件的实施例的示意性表示；

图4是用于利用预热喷射器以富集/制备空气来加热气化器的方法的实施例的流程图；

图5是用于利用组合喷射器以富集/制备空气来加热气化器和操作气化器的方法的实施例的流程图；

图6是用于使气化系统的某些构件以富氧空气加热模式操作的方法的实施例的流程图；

图7是当使气化器以空气/燃料加热模式和富氧空气/燃料加热模式操作时的气化器加热的实施例的图表表示；

图8是以气化模式操作和以富氧/混合空气加热模式操作的燃料喷射器的实施例的轴向透视图；

图9是以气化模式操作和以富氧空气加热模式操作的燃料喷射器的实施例的轴向透视图；

图10是可制备用于气化器的热控制的空气的气化系统的实施例的示意性表示；

图11是图10的气化系统的用于与预热喷射器一起使用的某些构件的实施例的示意性表示；

图12是图10的气化系统的用于与组合喷射器一起使用的某些构件的实施例的示意性表示；

图13是用于使气化系统的某些构件利用制备空气以热控制模式操作的方法的实施例的流程图；

图14是具有预热喷射器的气化系统的某些构件的实施例的示意性表示，该某些构件包括用于制备空气和/或使空气富含氧的流动管线；以及

图15是具有组合喷射器的气化系统的某些构件的实施例的示意性表示，该某些构件包括用于制备空气和/或使空气富含氧的流动管线。

部件列表

10气化系统

12气化器

14喷射器

16气体处理单元

18通风系统

20供应单元

22控制器

24气化燃料

26气化燃料供应源

28下游过程

30功率生成系统

32化学品生产系统

34气化室

36耐火衬套

38封壳

40富氧空气供应源

42热控制燃料供应源

44氧化剂供应源

46缓和剂供应源

48吹扫气体供应源

50空气

52附加氧

54热控制燃料

56气化氧化剂

58第一氮气

60蒸汽

62第二氮气

64气化器中的传感器

66喷射器中的传感器

68气体处理单元中的传感器

70通风系统中的传感器

72供应单元中的传感器

74下游过程中的传感器

76功率生成系统中的传感器

78化学品生产系统中的传感器

80供应阀

92热控制供应物

94热控制模式

96预热模式

98热保持模式

100热控制转变

102空气/燃料加热模式

104富氧空气/燃料加热模式

106热控制燃料阀

108第一空气阀

110第二空气阀

112氧阀

116气化模式

118气化供应物

130用于利用预热喷射器以富集/制备空气加热气化器的方法

132将预热喷射器安装到气化器中的第一步骤

134以热控制模式预热气化器的第二步骤

136监测和控制热控制模式的第三步骤

138断开热控制模式的第四步骤

140用气化喷射器替换预热喷射器的第五步骤

142吹扫氧系统的第六步骤

144起动气化供应源的第七步骤

146监测和控制气化模式的第八步骤

148断开气化模式的第九步骤

150吹扫/排出合成气的第十步骤

152用热保持喷射器替换气化喷射器的第十一步骤

154以热控制模式保持气化器中的热量的第十二步骤

156监测和控制热控制模式的第十三步骤

158断开热控制模式的第十四步骤

160用气化喷射器替换热保持喷射器的第十五步骤

162用于利用组合喷射器以富集/制备空气加热气化器的方法

164将组合喷射器安装到气化器上的第一步骤

166将组合喷射器构造用于预热的第二步骤

168以热控制模式预热气化器的第三步骤

170监测和控制热控制模式的第四步骤

172断开热控制模式的第五步骤

174将组合喷射器构造用于气化的第六步骤

176吹扫氧系统的第七步骤

178起动气化供应源的第八步骤

180监测和控制气化模式的第九步骤

182断开气化模式的第十步骤

184吹扫/排出合成气的第十一步骤

186将组合喷射器构造用于热保持的第十二步骤

188以热控制模式保持气化器中的热量的第十三步骤

190监测和控制热控制模式的第十四步骤

192断开热控制模式的第十五步骤

194将喷射器构造用于气化的第十六步骤

196用于使气化系统以富氧空气加热模式操作的方法

198开始富集空气热控制模式的第一步骤

200建立吸气的第二步骤

202吹扫气化系统的第三步骤

204保持细流吹扫的第四步骤

206开始至喷射器的先导空气流的第五步骤

208开始至喷射器的先导燃料流的第六步骤

210点燃空气/燃料混合物的第七步骤

212使空气富含氧的第八步骤

214使气化器加压/调节生产量的第九步骤

216监测气化器温度的第十步骤

218控制富集空气/燃料加热模式的第十一步骤

220启动热控制的断开的第十二步骤

222断开并吹扫氧流的第十三步骤

224断开并吹扫燃料流的第十四步骤

226断开并吹扫空气流的第十五步骤

228吹扫气化系统的第十六步骤

240曲线图

242纵坐标

244横坐标

246第一曲线

248第二曲线

250第三曲线

252第一操作窗口

254第二操作窗口

256第一最小过量氧百分比极限

258第二最小过量氧百分比极限

260第一操作窗口的左上角与第一曲线之间的距离

262第二操作窗口的左上角与第二曲线之间的距离

264期望的气化器温度

266第一操作窗口的右下角与第一曲线之间的距离

268第二操作窗口的右下角与第二曲线之间的距离

278第一组合喷射器

280富氧/混合空气加热模式

282第一喷射器通路

284第二喷射器通路

286第三喷射器通路

288第四喷射器通路

290第一圆形壁

292第二圆形壁

294第三圆形壁

296第四圆形壁

297成角度的末端

298点火器

300组合喷射器

302第一喷射器通路

304第二喷射器通路

306第三喷射器通路

308第四喷射器通路

310冷却插件

320气化系统

322混合空气

324独立的氧供应物

326独立的氮供应物

328稀释的热控制燃料供应物

330热控制燃料

332氮

334气化器喷射器

336混合空气/燃料加热模式

338热控制转变

340富氧混合空气/燃料加热模式

350用于使气化系统利用制备空气以热控制模式操作的方法

352开始先导氮流的第五步骤

354开始先导氧流的第六步骤

356使先导氮流与氧流混合的第七步骤

358开始至气化器的先导混合空气流的第八步骤

360点燃混合空气/燃料混合物的第十步骤

362使混合空气富含氧的第十一步骤

364控制富集混合空气/燃料加热模式的第十四步骤

366断开并吹扫氮流的第十八步骤

400用于富集空气/燃料加热模式的流动管线

402用于富集混合空气/燃料加热模式的流动管线

404先导流动管线

406火焰

408主流动管线

410流/压力控制装置

412混合空气组分检查装置

414富氧空气组分检查装置

416点火系统

418火焰检测系统

430喷嘴

432用于供应空气的流动管线

434用于混合空气的流动管线

436任选流动管线

438流/压力控制装置

440组分检查装置

442流控制装置。

具体实施方式

将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当理解，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、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，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。

本公开涉及用于利用富氧空气加热气化器的系统和方法。气化系统可在系统未以气化模式操作时将富氧空气和热控制燃料(例如，天然气)喷射到气化器中用于燃烧以加热气化器。喷射器可在系统以空气/燃料加热模式操作时将空气喷射到气化器中以加热气化器的耐火衬套。接着，喷射器可在系统转变为以富氧空气/燃料加热模式操作时将富含附加氧的空气喷射到气化器中，以向耐火层提供附加加热。在其它实施例中，喷射器可在空气/燃料加热模式期间将富含一定量的氧的空气喷射到气化器中，并且在富氧空气/燃料加热模式期间喷射富含附加氧的空气以提供附加加热。当附加氧供应至喷射器用于将富氧空气喷射到气化器中时，在至喷射器的空气流中可存在对应的调节(例如，减小)以便保持穿过喷射器的富氧空气的期望流率。在整个下面讨论中，对流动到喷射器中的空气的量的该调节可在空气富含氧时施加。控制器可控制气化系统的操作，从而使系统在空气/燃料加热模式与富氧空气/燃料加热模式之间转变以便将气化器的耐火衬套加热成高于温度阈值。

现在转向附图，图1是可将富氧空气用于气化器的热控制的气化系统10的实施例的示意性表示。气化系统10包括气化器12、喷射器14、气体处理单元16、通风系统18、供应单元20和控制器22。气化器12构造成使通过喷射器14供应至气化器12的气化燃料24气化。供应单元20可为用于准备、储存和/或输送可通过喷射器14喷射到气化器12中的各种供应物的一个或更多个单元。

气化燃料24可包括各种固体或液体形式的诸如煤的含碳燃料或碳氢化合物，或气态供给物(例如，天然气或燃料气体)。供应单元20可包括气化燃料供应源26，其可包括用于例如通过铣削、粉碎和磨碎固体形式的气化燃料24而准备用于气化的气化燃料24的单元。一旦做好气化的准备，则气化燃料24可根据需要从气化燃料供应源26传输至气化器12。气化器12可将气化燃料24转化为合成气，例如一氧化碳(CO)与氢(H₂)的组合物。该生成气体可被称为未处理合成气，因为它包括例如H₂S。气化器12还可生成副产物材料，诸如溶渣，其可为湿的灰烬材料。气体处理单元16可用于清洁未处理合成气。气体处理单元16可洗涤未处理合成气以从未处理合成气移除HCl、HF、COS、HCN和H₂S。此外，气体处理单元16可通过水处理技术使盐与未处理合成气分离以从未处理合成气产生可用盐。随后，来自气体处理单元16的气体可包括具有微量的其它化学品(例如，NH₃(氨)和CH₄(甲烷)的经处理合成气(例如，硫被从合成气移除)。接着，该经处理合成气可传输至下游过程28、功率生成系统30或化学品生产系统32。例如，来自气体处理单元16的合成气可传输至燃气涡轮发动机的燃烧室以便为功率生成过程提供燃料。气体处理单元16还可在气化期间提供气化系统10的背压控制，在气体处理单元的用于清洁和/或冷却合成气的区段中提供背压控制。然而，当系统10利用组合喷射器以热控制模式操作时，通风系统18可包括可用于调节气化器12中的压力的背压控制。

气化器12可包括气化在其中发生的气化室34、绕着气化室34布置的耐火衬套36和绕着耐火衬套布置的封壳38。耐火衬套36可由耐火材料(例如，陶瓷)制成，并且设计成充当气化器12内的热保护层。除了保护封壳38免受高温操作之外，耐火层36可控制热损失，并且用作用于用来起动气化器12的燃烧过程的热源。实际上，在气化器12变得能够以气化模式操作之前，耐火衬套36可加热至等于或高于温度阈值的温度。

除了气化燃料供应源26之外，供应单元20可包括富氧空气(EA)供应源40、热控制燃料(HCF)供应源42、氧化剂供应源44、缓和剂供应源46和吹扫气体供应源(purge supply)48。在示出的实施例中，富氧空气供应源40将包括富含附加氧52的空气50的富氧空气供应至第一喷射器14。同样地，HCF供应源42将HCF54供应至第一喷射器，HCF54可与气化燃料24相同或不同。例如，HCF54可为诸如天然气的清洁燃料，然而气化燃料24可为与水混合的煤浆。第一喷射器14在气化系统10的热控制模式(例如，预热或热保持)期间将进入的HCF54和富氧空气喷射至气化器12用于燃烧。也就是说，当气化器12不以气化模式操作时，富氧空气和HCF54可供应至气化器12以便将气化器12的耐火衬套36加热至等于或高于期望气化器温度阈值的温度。这可施加于在下面详细讨论的预热操作和热保持操作二者。

氧化剂供应源44可向喷射器14提供期望的量的气化氧化剂(GO)56，诸如氧。氮气58与蒸汽60的混合物还可经由缓和剂供应源46提供至喷射器14，并且氮气62和/或蒸汽还可经由吹扫气体供应源48供应至喷射器14。在其它实施例中，缓和剂供应源46可在气化模式期间向喷射器14提供回收的CO₂或合成气用于用作缓和剂。缓和剂(例如，氮58和/或蒸汽60、CO₂或合成气)、气化燃料24和气化氧化剂56为在气化期间使用的供应物，其可通过喷射器14顺次进入气化器12，在系统10以气化模式操作时连续地流动穿过喷射器14。吹扫气体供应源48可用于在气化器12的特定操作期间吹扫喷射器14内的某些通路，例如，在从热控制模式变化为气化模式时吹扫HCF54的喷射器14。空气分离单元可操作成通过例如蒸馏技术将由空气压缩机供应的空气分离成成分气体用于提供某些供应物(例如，附加氧52、气化氧化剂56和/或氮58和62)。空气分离单元还可提供无油空气50，或者无油空气50可由专用空气压缩机提供。

控制器22构造成基于传感器反馈来控制联接于气化器12的喷射器14的加热模式。也就是说，控制器22可基于传感器反馈控制富氧空气中的附加氧52的量。应当注意，无论控制器22何时调节(例如，增大)富氧空气中的附加氧52的量，控制器22还可调节(例如，减小)流动到喷射器14的空气的量，以便供给物在气化器12中产生期望的火焰温度(例如，保持或者增大火焰温度)。气化系统10可包括至少一个传感器，以获得指示HCF54的温度、压力、燃料参数、附加氧52的纯度、空气50的特性、富氧空气的特性、气化器12的参数或它们的组合的传感器反馈。例如，控制器22可从位于气化器12中的传感器64接收指示温度的传感器反馈。虽然示出为联接于气化器12的耐火衬套36，但是该传感器64可放置在气化器12周围的其它构件上，并且校准成提供耐火衬套36或其它气化器构件的大致温度。附加的传感器66、68、70、72、74、76和78可分别测量来自系统10的其它构件（包括喷射器14、气体处理单元16、通风系统18、供应单元20、下游过程28、功率生成系统30和化学品生产系统32）的参数。控制器22可基于从传感器64、66、68、70、72、74、76和78接收的反馈控制气化器12、喷射器14、气体处理单元16、通风系统18、供应单元20、下游过程28、功率生成系统30和化学品生产系统32的操作。控制器22还可基于传感器反馈操作供应阀80以便容许期望的加热和气化供应物的流从供应单元20到喷射器14。例如，在从热控制模式转变为气化模式期间，如在下面进一步讨论的，传感器64可测量低于气化器12的期望阈值温度的耐火衬套36的温度。作为响应，控制器22可控制阀80以便防止气化燃料24和气化氧化剂56流动到喷射器14，除非气化器12等于或高于用于以气化模式操作的阈值温度。

应当注意，虽然示出的实施例包括单个供应单元20和用于控制供应物至喷射器14的流的一系列阀80，但是其它配置可为可能的。例如，热控制供应源(即，富氧空气供应源40和HCF供应源42)可位于不同于气化供应源(即，GF供应源26、氧化剂供应源44、缓和剂供应源46和吹扫气体供应源48)的位置。此外，用于缓和剂供应源46的氮58和用于吹扫气体供应源48的氮62可来自共同的氮源。另外，热控制供应源可包括附加且分离的吹扫气体。此外，用于控制这些供应物至喷射器14的流的阀80中的一个或更多个可定位在供应单元20上游或在其内，从而例如允许控制器22在富集空气到达供应单元20或从其流动之前改变富集空气供应源40的氧浓度。

图2是图1的气化系统10的可在喷射器14设计用于气化器12的加热时使用的某些构件的实施例的示意性表示。在某些实施例中，示出的喷射器14可为预热喷射器，其用于在使气化器12以气化模式操作之前将气化器12的耐火衬套36预热至期望温度。在其它实施例中，喷射器14可为热保持喷射器，其用于在使气化器12以气化模式操作之后但在使气化器12以气化模式重新起动之前保持耐火衬套36中的热量。喷射器14在仅用于加热时可被移除并且用第二喷射器替换，以在气化模式期间将气化燃料、氧化剂和缓和剂喷射到气化器12中用于气化。不论是用于预热气化器12还是保持气化器12中的热量，可为用于预热和保持热量的相同或不同喷射器的喷射器14构造成将热控制供应物92喷射到气化器12中。一旦喷射到气化器12中，则HCF54和空气50被组合和点燃，从而在气化器12内建立燃烧以将耐火衬套36加热至期望温度。应当注意，喷射器14包括多个通路，热控制供应物92(即，HCF54、空气50和富氧空气40)通过该多个通路传送至喷射器14。穿过喷射器的不同路线可便于热控制供应物92在它们进入气化器12时的组合。

基于喷射器14的期望功能，控制器22操作阀80以控制对应的热控制供应物92到喷射器14和从喷射器14到气化器12中的流。控制器22可根据热控制模式94操作气化系统10的这些阀80和其它构件。在热控制模式94中，喷射器14构造成在热控制模式94期间将HCF54以及空气50或富氧空气40喷射到气化器12中用于燃烧。热控制模式94可包括预热模式96，其构造成操作阀80、第一喷射器14和气化器12，以便在使气化器12以气化模式操作之前预热气化器12。另外，热控制模式96可包括热保持模式98，其用于操作阀80、第一喷射器14和气化器12，以便保持气化器12的耐火衬套36内的热量。此外，热控制模式94可包括从空气/燃料加热模式102向富氧空气/燃料加热模式104的热控制转变100，从而允许系统10增大和减小附加氧52与空气50的比率和空气50的流率。例如，在预热模式96或热保持模式98开始时，控制器22可使阀80定位成使得HCF阀106和第一空气阀108开启，并且氧阀112保持闭合。这对应于控制器22使系统10以空气/燃料加热模式104(即，未使空气富含氧)操作。当系统10继续以热控制模式94操作并且耐火衬套36的温度增大时，热控制转变100可控制阀80以开启氧阀112和部分地闭合空气阀108。因此，向减小的量的空气50添加氧52，并且富氧空气40供应至喷射器14用于加热气化器12的耐火衬套36。与空气50相比包含较低百分比的氮和较高百分比的氧的富氧空气40的组分和流率因此可控制成允许耐火衬套36的温度增大到高于通过利用不具有附加氧52的空气50的燃烧而实现的温度。加热速率的调节还可包括调节热控制供应物的生产量。例如，为了增大热控制模式94中的加热速率，控制器22可增大HCF54的流率并且还调节空气50和氧52的流率，以控制至富氧空气40中的期望氧含量和/或过量空气的期望水平。在另一个实施例中，热控制模式94包括空气在其中已经包含较高百分比的氧的空气/燃料加热模式102，并且热控制转变100可使空气/燃料加热模式102转变为空气在其中包含甚至更高百分比的氧和较低百分比的氮的富氧空气/燃料加热模式104。

图3是图1的气化系统10的用于在第一喷射器14设计用于气化器12的加热和气化二者时使用的某些构件的实施例的示意性表示。也就是说，第一喷射器14可为组合喷射器(例如，合并喷射器(combi-injector))，其构造成在热控制模式期间将HCF54和富氧空气40喷射到气化器12中用于燃烧，并且构造成在气化模式116期间将气化燃料24和气化氧化剂56喷射到气化器12中用于气化。控制器22可根据用于预热模式96的控制操作喷射器14、气化器12和供应阀80，如关于图2的热控制模式94描述的。预热模式96包括在气化之前从空气/燃料加热模式102转变为富氧空气/燃料加热模式104。如先前讨论的，该转变可通过增大向已经在空气/燃料加热模式102中富含氧的空气添加的氧52的附加量而完成。以该方式，可仅利用富氧空气预热气化器12。一旦达到耐火衬套36的阈值温度，则控制器22可基于传感器反馈将喷射器14重新构造成用于在气化模式116中使用。首先，为了转变为气化模式116，对应于热控制供应物92的阀80可闭合，以便允许气化供应物118流动穿过喷射器14的相同通路并到气化器12中用于气化。其次，对应于气化燃料24、气化氧化剂56、氮58和蒸汽60的阀80可开启以向喷射器14提供气化供应物118。有时，可合乎需要的是使气化器离线，例如，从气化模式116转变为热保持模式98。因此，控制器22可操作阀80以阻塞气化供应物118并且接着实现热控制供应物92。因此，控制器22可根据先前描述的热保持模式98操作阀80、喷射器14和气化器12，热保持模式98包括从空气/燃料加热模式102转变为富氧空气/燃料加热模式104。因此，同一喷射器14可以以预热模式96、气化模式116和热保持模式98操作并且在这些模式之间转变。在这三种操作模式之间转变的过程包括许多其它步骤，关于图4-6在下面详细描述该许多其它步骤。

应当注意，控制器22中的模式(例如，预热模式96、热保持模式98、气化模式116、空气/燃料加热模式102和富氧空气/燃料加热模式104)可包括代码或指令，其在可被执行以计算阀80的适当位置的程序中被编码。代码或指令可储存在任何合适的制品中，其包括至少一种有形、非临时、机器可读取的媒介，诸如控制器22的存储器、具有控制器22的计算设备等。

图1-3示出了使空气富含附加氧以供应用于加热气化器的富氧空气40的气化系统。另外，类似效果可通过从富氧空气的构成部分(即，氮和氧)制备富氧空气而实现。在下面详细描述通过以该方式混合空气而操作的气化系统。图4-6的流程图适用于使由空气供应源供应的空气富集(例如，向空气添加氧)的气化系统和使空气与氮和氧混合的系统二者。

图4是用于利用预热喷射器（诸如，图2的喷射器）以富氧空气或制备空气加热气化器的方法130的实施例的流程图。该喷射器可特别地用于利用富氧空气或制备空气在气化之前将气化器预热至期望温度。如先前提到的，将富含较高含量的氧的空气和适当调节后(例如，减小)的比例的空气用于燃烧以加热气化器的耐火衬套可允许气化器达到比将利用具有较低含量的附加氧的空气实现的温度高的温度，同时还提供较快的加热速率。因此，气化器可在一段较长的时间内保持在适当的气化温度处。应当注意，方法300中列举的步骤中的至少一些或全部可为计算机实施的步骤，并且因此可对应于储存在诸如存储器的非临时、有形、机器可读取的媒介上的代码或指令。

方法130包括将预热喷射器安装到气化器上，如以方框132表示的。安装可包括将喷射器与气化器的开口联接并密封以及使热控制供应物(例如，HCF、空气和附加的氧)的适当供给源连接于喷射器。在安装之后，方法130包括以富集/制备空气热控制模式预热气化器(方框134)。富集空气热控制模式对应于富氧空气加热模式，其中，空气富含附加氧，并且制备空气加热模式对应于富集混合空气加热模式，其中，氮和氧被混合以产生富氧空气。在下面详细讨论用于预热气化器的特定步骤，包括从空气加热模式转变为富氧空气加热模式。方法130进一步包括监测和控制富集/制备空气热控制模式直到气化器达到阈值温度(方框136)。温度阈值可为基于所使用的特别气化器和/或特定气化过程的预设值。在达到用于气化过程的阈值温度之后，可断开富集/制备空气热控制模式(方框138)。断开富集/制备空气热控制模式（在下面详细讨论）可包括为了预热气化器而采取的颠倒步骤。

一旦断开富集/制备空气热控制模式，则方法130包括用气化喷射器（即，可以以气化模式操作的喷射器）替换预热喷射器(方框140)。换言之，预热喷射器和气化喷射器为两个分离的喷射器，其可相互排他地安装至气化器的入口。气化喷射器可用于将气化供应物(例如，气化燃料、氧化剂和缓和剂)喷射到气化器中用于气化。在用于替换喷射器（例如，使第一(预热)喷射器与气化器脱离并且使第二(气化)喷射器联接于气化器）的时间内，气化器中的耐火衬套的温度可开始损失热量。通过利用富氧空气将气化器温度预热至相对较高的温度，气化器可在对于气化喷射器的安装而言足够长的时间内保持高于温度阈值。该附加的热量和时间可显著降低气化器冷却到低于适合气化的较低温度阈值的可能性。

在用气化喷射器替换预热喷射器之后，该方法包括吹扫氧系统(方框142)。气化过程可在燃料相对富余的条件下执行，而预热在燃料相对稀薄的条件下执行。因此，可合乎需要的是在从加热模式转变为气化模式之前吹扫残留气体的系统，并且反之亦然。接着，方法130包括起动气化供应源以在气化器中启动气化模式(方框144)。这可包括向气化器供应气化燃料、气化氧化剂和缓和剂用于使气化燃料转化为合成气，该缓和剂可包括蒸汽和氮中的一个或二者。方法130还包括监测和控制气化器中的气化模式(方框146)。这可由控制器22完成，如图3所示，其中，控制器构造成在气化模式期间操作喷射器、气化器、供应阀和其它构件。可基于由控制器从遍及气化系统放置的传感器接收的传感器反馈来控制气化过程。方法130进一步包括在某些条件下断开气化模式(方框148)。一个这种条件可包括对维护、维修或修理的需要，其可通过来自位于气化器、喷射器、气化燃料供应源、气体处理单元等中的传感器的反馈而确定。当断开气化模式时，方法130包括从气化器吹扫/排出合成气(方框150)。这可通过使气化器减压，在气化器与喷射器之间建立真空并且通过由控制器操作的喷射器将氮和/或蒸汽的吹扫气体供应物喷射到气化器中而完成。因此，产生的合成气可从气化室排出至气体处理单元，用于下游过程、功率生成或化学品生产中的处理和最终使用。

在气化之后，方法130包括用热保持喷射器替换气化喷射器(方框152)。该喷射器（与预热喷射器一样）可利用在热控制模式中，并且在某些实施例中，喷射器可与预热喷射器相同。接着，热保持喷射器用于以富集/制备空气热控制模式保持气化器中的热量(方框154)。用于热保持的富集/制备空气热控制模式在下面被详细描述，并且使用与用于预热气化器的富集/制备空气加热模式相似的步骤顺序。差别在于，预热过程在气化之前将热量引入到气化器，而热保持用于保持在气化之前已经存在于气化器中的热量。在示出的实施例中，热保持用于在气化之后但在再次开始气化之前保持气化器中的热量。然而，在其它实施例中，热保持可用于在预热气化器之后但在开始气化之前保持气化器中的热量。如之前，控制器可监测和控制富集/制备空气热控制模式(方框156)以便使气化器的温度保持高于阈值温度。该阈值温度可为期望用于以预热喷射器预热气化器的相同阈值温度。接着，方法130包括在气化系统做好气化模式的准备时断开富集/制备空气热控制模式(方框158)，以及用气化喷射器替换热保持喷射器(方框160)。当系统以气化模式操作时，这可从方框142开始再次开始过程。

图5是用于利用组合喷射器(例如，热控制喷射器和气化喷射器)以富氧/制备空气加热气化器和操作气化器的方法的实施例的流程图。方法162中的许多步骤与来自图4的方法130的步骤相似，并且步骤中的至少一些或全部可为对应于储存在诸如存储器的非临时、有形、机器可读取的媒介上的代码或指令的计算机实施的步骤。因为该方法162使用组合喷射器，所以同一喷射器可以以富集/制备空气热控制模式和气化模式二者操作。另外，组合喷射器可用于在气化器未以气化模式操作时预热气化器并且保持气化器中的热量。同一喷射器从富集/制备空气加热模式重新构造为气化模式，而不是当在模式之间切换时用另一个喷射器替换一个喷射器，并且反之亦然。

方法162包括将组合喷射器安装到气化器上(方框164)、将组合喷射器构造用于预热(方框166)，以及以富集/制备空气热控制模式预热气化器(方框168)。方法162还包括监测和控制富集/制备空气热控制模式直到气化器达到阈值温度(方框170)，以及在达到阈值温度之后并且在做好气化模式的准备时断开富集/制备空气热控制模式(方框172)。接着，组合喷射器可构造用于气化(方框174)，而不是由不同喷射器替换。此外，方法162包括吹扫氧系统(方框176)，其可包括在开始气化供应物的流以启动气化器中的气化模式(方框178)之前使氮或蒸汽流动穿过组合喷射器。气化模式可由控制器监测和控制(方框180)，并且在诸如对维护、维修或修理的需要的某些条件下被断开(方框182)。

方法162进一步包括在将组合喷射器构造用于热保持(方框186)之前吹扫/排出合成气的气化系统(方框184)。在热保持构造中，组合喷射器以富集/制备空气热控制模式保持气化器中的热量(方框188)，并且控制器在当系统做好气化模式的准备时断开富集/制备空气热控制模式(方框192)之前监测和控制富集/制备空气热控制模式以使气化器保持高于阈值温度(方框190)。再者，该方法包括将组合喷射器构造用于气化(方框194)，其从吹扫氧开始再次开始方法162(方框176)。以该方式，气化器可通过利用富集(或制备)空气加热而循环，以全部利用同一组合喷射器而具有较高氧含量和气化燃料的气化。

图6是用于使气化系统的某些构件以富氧空气加热模式操作的方法196的实施例的流程图。该方法196包括如下步骤，其施加用于使气化系统以富氧空气加热模式操作，用于利用预热喷射器或组合喷射器如图4和图5所述地预热和/或保持气化器中的热量。方法196详细说明图4中用于预热喷射器的预热方框134、136和138及热保持方框154、156和158以及图5中用于组合喷射器的预热方框168、170和172及热保持方框188、190和192所包含的步骤。如先前提到的，方法196包括可为计算机实施的步骤的一个或更多个步骤，该计算机实施的步骤对应于储存在诸如存储器的非临时、有形、机器可读取的媒介上的代码或指令。

方法196包括开始富集空气热控制模式(方框198)，从在喷射器与气化器之间建立吸气(方框200)开始。这可通过利用蒸汽或真空泵建立从喷射器入口穿过气化器出口的、穿过气化器的吸气并且安装用于富集空气加热模式操作的喷射器而完成。一旦安装喷射器，则方法196包括吹扫气化系统的管线、喷射器和气化器(方框202)。该吹扫可通过使惰性气体(例如，氮)从吹扫气体供应源流动穿过喷射器和气化器以便除掉来自较早的气化或加热过程的这些残留物质的成分而完成。方法196还包括保持穿过喷射器的某些管线和通路的细流吹扫(方框204)。细流吹扫可为穿过喷射器通路的惰性气体的相对小的流，以便抑制未被使用的喷射器通路内的物质的聚集。可在其它流引入到喷射器中时调节细流吹扫。例如，方法196包括使先导或初始空气开始流动到喷射器(方框206)以及随后或同时使燃料开始流动到喷射器(方框208)。当每个流开始时，流动穿过喷射器的特定通路的惰性气体的细流吹扫可减小直到在通路中建立完整的先导或初始空气流或燃料流。在其它实施例中，细流流动可在将相应的先导或初始流引入到通路的同时或者刚好在此之前被缩减(curtail)。接着，空气/燃料混合物通过点火器点燃以在气化器中建立用于热控制(例如，预热或热保持)的空气/燃料加热模式的燃烧(方框210)。该燃烧可开始朝向期望的阈值温度加热耐火衬套。

为了朝向阈值温度进一步增大耐火衬套的温度和升温速率，方法196包括使空气富含氧以使气化器中的热控制从空气/燃料加热模式转变为富集空气/燃料加热模式(方框212)。也就是说，附加氧可逐渐地引入到穿过喷射器的空气流以在减小空气流的同时使空气富含氧，由此减小通过HCF和富氧空气的燃烧而生产的温度。可期望的是调节喷射器的生产量或者使气化器加压(方框214)作为加热模式操作的一部分。可响应于用于耐火材料的加热要求作出生产量调节以及富氧和过量空气的程度的调节。在利用专用预热或热保持喷射器预热和热保持期间，气化器的压力典型地在略微真空下保持在大气压处或略高于大气压。然而，当利用组合喷射器(合并喷射器)操作时，气化器可加压以使一个或更多个喷射器速度保持低于否则将使气化器中的火焰熄灭或者不稳定的速度。气化器可加压至在大约20至2500psi、50至2000psi、100至1500psi、或350-1200psi的范围内的气化压力。例如，气化器压力可升高至高于大约30-40psi且低于大约2500psi的压力。

方法196进一步包括通过以向控制器传递记录的温度的传感器测量气化器的温度而监测气化器温度(方框216)。控制器可控制富集空气/燃料加热模式直到气化器达到用于以热控制模式操作的气化系统的期望热控制温度阈值(方框218)。在这点上，方法196包括启动气化器的热控制的断开(方框220)，其可通过方法196的下列三个步骤完成。首先，氧流被断开和吹扫(方框222)，接着，燃料流被断开和吹扫(方框224)，并且最后，空气流被断开和吹扫(方框226)。实际上，这可对应于在断开系统中的热控制燃料和空气的流之前使气化系统从富氧空气热控制模式转变为空气热控制模式。各种吹扫可通过在流均被断开时使增大的量的惰性气体流动到喷射器通路中而完成。应当注意，流按与它们先前引入(方框206、208和212)到喷射器的次序相反的次序被断开(方框222、224和226)。一旦所有流被断开，则气化系统以惰性气体的吹扫气体供应吹扫(例如，管线、喷射器和气化器)(方框228)，从而使气化器做好气化供应物的流的准备。另外，气化器可在流被断开(方框222、224、226)时或者在吹扫气化系统(方框228)时减压。

图7是模拟当使气化系统以不同加热模式操作时可获得的气化器加热的实施例的曲线图240。曲线图240示出了气化器的火焰温度(纵坐标242)对喷射到气化器中的过量氧的百分比(横坐标244)。横跨曲线图240描绘的三条曲线246、248和250表示等焓火焰温度相对于过量氧的百分比的变化。第一曲线246对应于计算用于火焰的等焓火焰温度，其通过以100%空气点燃热控制燃料(例如，HCF54)而不使用任何附加的氧而产生。第二曲线248对应于等焓火焰温度，其通过利用以体积计的90%的空气与10%的附加氧的混合物燃烧热控制燃料(例如，HCF54)而产生。最后，第三曲线250对应于等焓火焰温度，其通过利用以体积计的80%的空气与20%的附加氧燃烧热控制燃料(例如，HCF54)而产生。曲线图240示出：对于给定百分比的过量氧而言，当更大量的氧添加于喷射到气化器12中用于加热气化器12的空气/燃料混合物时，气化器12的温度增大。

除了三条曲线246、248和250之外，曲线图240包括两个操作窗口252和254。这些操作窗口252和254分别反映用于曲线246和248的耐火衬套36的有效操作温度。例如，窗口252的左上角可表示最高温度，其可通过基于最小过量氧百分比极限256加热气化器而实现。对于空气/燃料加热模式(不使用附加氧)而言，该最小过量氧百分比极限256可为例如大约15%的过量氧。类似地，来看窗口254，对于富含10%的附加氧的空气而言，最小过量氧百分比极限258存在，并且该最小极限258大于过量氧百分比极限256。在示出的实施例中，操作窗口252与在最小过量氧百分比极限256处获得的对应等焓曲线246之间的距离260大约等于操作窗口254与在最小过量氧百分比极限258处获得的对应等焓曲线248之间的距离262。操作窗口252和254中的每一个的右下角可表示与最小气化器温度264有关的最大过量氧百分比极限。也就是说，为了在最终加热阶段期间达到期望气化器温度264，对于给定的空气/氧混合物比率而言，存在可与用于加热气化器的热控制燃料(例如，HCF54)一起使用的最大百分比的过量氧。操作窗口252的右下角与对应等焓曲线246之间的距离266大约等于操作窗口254的右下角与对应等焓曲线248之间的距离268。曲线图240示出：与不具有任何附加的氧的空气相比，可通过利用富含附加氧的空气来加热气化器而以给定百分比的过量氧达到较高火焰温度。另外，较高火焰温度可在利用较低百分比的燃料时实现，从而使加热过程更加燃料有效。再者，较高火焰温度还可改进热传递用于增大朝向预热气化器的最终阶段加热的速率。当过量氧244的百分比通过将较高组分的氧喷射到气化器中而增大时，控制器可在达到过量氧百分比的最小极限258时使气化系统从空气/燃料加热模式转变为富集空气/燃料加热模式。这可由从第一操作窗口252向第二操作窗口254的转变表示，从而允许达到较高气化器温度。

图8是从气化模式116转变为富氧/混合空气加热模式280的组合喷射器278的实施例的轴向透视图。示出的组合喷射器278包括四个通路282、284、286和288，各种供应物可通过四个通路282、284、286和288喷射到气化器12中。示出的实施例将通路282示出为被处于同心或同轴配置的环形通路284、286和288环绕的圆形通路。这些通路282、284、286和288可分别由大致圆形壁290、292、294和296限定，并且每个壁可相对于彼此轴向地固定或是可动的。在具有可动壁的实施例中，控制器22可改变壁290、292、294和296(和因此成角度的末端297)的相对位置，以便控制流动穿过其的气化供应物118或热控制供应物92的相对流率和压力。在气化模式116中，气化供应物118构造成流动穿过喷射器278的各个通路282、284、286和288。例如，氮58可流动穿过通路288，而气化燃料24流动穿过通路284，并且气化氧化剂56(例如，氧)流动穿过通路282和286。氮58可用于酌情吹扫气化系统，并且气化燃料24和氧化剂56可在气化器12中反应用于生产合成气。当氮58用于吹扫系统时，壁290、292、294和296中的一个或更多个可相对于彼此调节以容许使用穿过通路288的氮58的相对低的流率。

当示出的喷射器278从气化模式116转变为富氧/混合空气热控制模式280时，富氧空气40(或利用氮和氧的流的混合空气)可通过通路282、286和288喷射到气化器12中，而HCF54喷射穿过通路284。在一些实施例中，热控制模式94可控制氮随同HCF54一起通过喷射通路284喷射到气化器12中。也就是说，喷射器278可构造成通过燃料喷射通路284喷射热控制燃料54和氮并且通过至少一个附加喷射通路喷射富含氧的空气。至少一个附加喷射通路中的空气的量可减小以应对(account for)燃料喷射通路284中的氮的增加，并且空气的该减少可由热控制模式94控制。这些相对量的燃料54、氮和富集空气40的喷射可由控制器22调节。点火器298可延伸穿过喷射器278的最内部通路282以点燃进入气化器12的热控制供应物92用于加热气化器12。

当用于将混合空气(例如，利用分离的氮流和氧流)喷射到气化器12中用于加热时，喷射器278可通过不同的燃料喷射通路282、284、286和288使不同的混合空气部分流动到气化器12中。例如，喷射通路284可构造成使混合空气的第一部分与热控制燃料54一起流动到气化器12中，其中，混合空气的该部分是不具有氧的氮326的一部分。这可产生穿过喷射通路284的稀释热控制燃料(DHCF)流。附加喷射通路282、286和288中的至少一个可将混合空气的部分（诸如，氧324、氮326的第二部分、空气或它们的组合）喷射到由热控制模式94控制的气化器12中。控制器22还可减小附加通路282、286和288中的空气的量以应对喷射通路284中的氮的增加。喷射器278可构造成输出以期望的氧/氮比率流动穿过喷射通路282、284、286和288的组合的量的氧324、氮326和/或空气。例如，期望的氧/氮比率可大致等同于空气的氧/氮比率，或者期望的氧/氮比率可在氧方面比空气的氧/氮比率富余。这允许喷射器278将第一混合空气部分与第二混合空气部分混合以产生具有附加量的氧的混合空气，从而产生用于加热气化器12的富氧混合空气。因为流动穿过喷射器278的混合空气和燃料的期望相对体积流率可在热控制模式和气化模式中不同，所以使氮的一部分与燃料54一起流动穿过喷射通路284可重新平衡穿过不同通路的流，从而允许喷射器278以热控制模式和气化模式二者操作。在其它实施例中，喷射器278的至少一个燃料通路(例如，喷射器通路284)可将热控制燃料54和氮的第一部分喷射到气化器中，而至少一个其它通路可将氮的第二部分、氧和/或空气喷射到气化器中。氮、氧和/或空气的组合组分可控制成生成混合空气，其具有大致等同于空气或者大致等同于富氧空气的氧和氮的量。

应当注意，组合喷射器的其它配置可用于在以气化模式116操作与以富氧空气热控制模式104操作之间转变。作为实例，图9是从气化模式116转变为富氧空气加热模式280的组合喷射器300的另一个实施例的轴向透视图。该组合喷射器300包括由各个壁限定的四个通路302、304、306和308，该各个壁可相对于彼此固定或者是可动的。通路302可在气化模式116期间利用冷却插件310密封，而不是建立穿过通路中的一个的吹扫气体流。穿过通路304和308的气化燃料24的流和穿过通路306的气化氧化剂56的流可建立，以允许气化燃料24在气化器12内的气化。当喷射器300从气化模式116转变为富氧空气加热模式280时，冷却插件310可从最内部通路302移除或者充分地缩回，从而允许富集空气40的附加流通过喷射器300引入到气化器12。在富集空气加热模式280中，HCF54可流动穿过通路306，并且剩余量的富集空气40可通过通路304和308流动到气化器12中，燃烧在气化器12中发生。另外，点火器298可放置在通路302中或者延伸到通路302中用于点燃气化器12中的燃料/空气混合物。

图10是可制备用于控制气化器12的温度的空气的气化系统320的实施例的示意性表示。应当注意，图10包括与图1类似的元件，并且同样的元件在两个图中以同样的标记表示。具有对应于图1的同样元件的标号的图10的元件在气化系统10和320二者中执行类似的功能，并且因此将不被重新介绍。

如先前提到的，气化系统320可从氧324和氮326的独立供应物产生混合空气(MA)322用于加热气化器12。除了MA供应物322之外，供应单元20可包括稀释热控制燃料(DHCF)供应物328，其为HCF330与氮332的混合物。供应单元20中的不同供应物（诸如，DHCF供应物328和混合空气供应物322）可由与图2的喷射器14类似的气化器喷射器334喷射到气化器12中。从氧324和氮326生成混合空气322以及生成DHCF328可由控制器22控制。控制器22还可控制具有大致等同于空气的氧324与氮326的比率或具有产生富氧混合空气的比率的混合空气322的生成。气化燃料供应源26、氧化剂供应源44、缓和剂供应源46和吹扫气体供应源48可如先前在图1中描述地配置。

图11是图10的气化系统320的包括构造成加热气化器12的耐火衬套36的气化器喷射器334的某些构件的实施例的示意性表示。与图2的喷射器14类似，气化器喷射器334构造成在热控制模式94期间将热控制供应物92喷射到气化器12中用于燃烧。然而，在图11中，这些热控制供应物92包括DHCF328和混合空气322，并且热控制供应物92可取决于特定控制模式和喷射器构造以不同方式生成并输送至喷射器334。例如，气化系统320可构造成诸如当以混合空气/燃料加热模式336操作时产生具有大致等同于空气的氧324和氮326的比率的混合空气322。再例如，气化器喷射器334可构造成在热控制模式94期间将热控制燃料330和具有附加量的氧324的混合空气322喷射到气化器12中用于燃烧，以使附加氧324和混合空气322组合以形成富氧混合空气。示出的热控制模式94可包括从混合空气/燃料加热模式336向富氧混合空气/燃料加热模式340的热控制转变338。也就是说，气化器喷射器334可构造成在混合空气/燃料加热模式336期间喷射不具有附加量的氧324的混合空气322并且在富氧混合空气/燃料加热模式340期间喷射具有附加量的氧324的混合空气322。控制器22可基于传感器反馈控制氧324和氮326的量用于产生混合空气322和富氧混合空气二者。在某些实施例中，混合空气可组合并排出以在通过喷射器334引入混合空气以加热气化器12之前允许由控制器22调节混合空气组分。

图12是图10的气化系统320的某些构件的实施例的示意性表示，其中，气化器喷射器334是组合喷射器。如先前关于图3和图11描述的，示出的气化器喷射器334、气化供应物118和热控制供应物92可由控制器22控制，以基于传感器反馈在预热模式96、气化模式116和热保持模式98之间转变。热控制供应物92（包括用于产生混合空气322的氧324和氮326的独立供应物）可由如图11所述的控制器22控制，以在预热或保持气化器36内的热量时在混合空气/燃料加热模式336与富氧混合空气/燃料加热模式340之间转变。

图11和图12示出了在气化器喷射器334上游产生的混合空气322。这可通过混合装置(例如，混合室)完成，该混合装置位于气化器喷射器334上游，并且设计成从独立供应源接收氧324和氮326。接着，混合装置可产生混合空气322，并且将混合空气322输出至气化器喷射器334，如在示出的实施例中示出的。然而，在其它实施例中，气化器喷射器334可构造成使在组合之前直接流动到气化器喷射器334中的氧324与氮326混合。

图13是用于使气化系统的某些构件利用富含氧324的制备空气322以图11的热控制模式94操作的方法350的实施例的流程图。该方法350包括如下步骤，其施加用于使图10-12的气化系统以富氧空气加热模式操作，用于利用预热喷射器或组合喷射器如图4和图5所述地预热或保持气化器中的热量。方法196详细说明图4的用于预热喷射器的预热方框134、136和138及热保持方框154、156和158以及图5的用于组合喷射器的预热方框168、170和172及热保持方框188、190和192所包含的步骤。如之前，方法350包括可为计算机实施的步骤的一个或更多个步骤，该计算机实施的步骤对应于储存在诸如存储器的非临时、有形、机器可读取的媒介上的代码或指令。

方法350包括在图6中以等同方框198、200、202、204、208、214、216、220、222、224和228表示的若干步骤。然而，方法350中的其它步骤由于在气化系统中制备混合空气的过程而不同。例如，方法350包括开始富集空气热控制模式(方框198)，建立吸气(方框200)，吹扫例如管线、喷射器和气化器的气化系统(方框202)，以及保持开启的喷射器通路中的细流吹扫(204)。在这之后，方法350包括通过开始先导或初始氮流而执行热控制模式(方框352)，该先导或初始氮流为氮的氮流。方法350以开始先导或初始氧流继续(方框354)，随后通过混合氮流和氧流而生成混合空气(方框356)，该先导或初始氧流为氧的氧流。这些步骤允许空气根据加热模式混合成氧与氮的期望比率(例如，大致等同于空气)，而不是从分离的压缩机引入空气流。方法350进一步包括在开始穿过气化器喷射器到气化器中的热控制燃料的先导或初始燃料流(方框208)之前开始到气化器中的混合空气的先导或初始混合空气流(方框358)。接着，方法350包括点燃混合空气/燃料混合物以在气化器中建立用于热控制的混合空气/燃料加热模式的燃烧(方框360)。接着，混合空气可富含氧以使燃烧从混合空气/燃料加热模式转变为富氧混合空气/燃料加热模式(方框362)。在使气化器加压和/或调节流的生产量(方框214)之后并且在监测气化器温度(方框216)时，方法350包括控制富集混合空气/燃料加热模式直到气化器达到期望的热控制温度(方框364)。断开气化器的热控制跟随着与在图6中概述的步骤相同的步骤(方框220、222和224)，但是在氧和燃料流被断开之后，到气化器中的唯一剩余流为氮，这是因为空气/燃料混合物的混合空气从氧和氮流制备。因此，方法350以断开并吹扫氮流(方框366)和吹扫气化系统(方框228)结束。

图14是具有热控制喷射器(例如，预热或热保持喷射器)的气化系统的包括用于制备(例如，从独立的氧和氮流)空气和/或使空气富含氧的流动管线的某些构件的实施例的示意性表示。如先前在图2和图11中示出的，气化系统10、320包括预热喷射器14、334，其用于在热控制模式期间将热控制燃料以及空气、富氧空气或混合空气喷射到气化器12中用于燃烧。热控制燃料可为热控制燃料54或稀释热控制燃料328。示出的实施例包括在系统10、320以富氧空气/燃料加热模式104操作时使用的流动管线400，以及在系统10、320以富氧混合空气/燃料加热模式340操作时使用的流动管线402。在任一模式中，系统10、320建立经由先导流动管线404至喷射器14、334的空气或混合空气和燃料的先导流用于燃烧，从而生产火焰406以加热气化器12。主流动管线408用于将附加的热控制燃料54、328和富氧空气输送至热控制喷射器14、334以进一步增大气化器12的温度。

控制器22可与沿着不同流动管线400、402、404和408定位的流/压力控制装置410连通以便控制进入喷射器14、334的不同供应物的流率和压力。这些装置410可包括阀，诸如图1-3和图10-12的阀80。控制器22可控制装置410以供应空气50，或者使氮326与氧52、324混合用于生产至先导流动管线404和主流动管线408的混合空气。另外，控制器22可在以富集混合空气/燃料加热模式340操作时从混合空气组分检查装置412接收反馈。该装置412可监测流动穿过其的混合空气的组分(例如，从流动管线402组合的相对量的氧324和氮326)，并且控制器22可相应地调节这些供应物的流以实现氮和氧的期望混合物，以生产混合空气(例如，大致等同于空气)。类似的富氧空气组分检查装置414可沿着主流动管线408定位，以在富含附加氧52之后监测空气(例如，空气50或来自氮流326和氧流52、324的混合空气)的组分。控制器22可基于喷射器14、334内的空气和燃料混合物的浓度控制点火系统416，并且从火焰检测系统418接收关于燃烧的反馈。最后，控制器22构造成从气化器12内的温度传感器64接收气化器温度反馈。供应源、流动管线和控制装置的其它配置可使用在气化系统10、320中，以便向喷射器14、334供应空气(制备空气和/或富含氧的空气)的期望混合物。

图15是具有组合喷射器的气化系统的包括用于制备空气和/或使空气富含氧的流动管线的某些构件的实施例的示意性表示。示出的喷射器可分别执行如图3和图12所示的喷射器14和334的功能。也就是说，喷射器14、334构造成在以加热模式(例如，预热模式96或热保持模式98)操作与以气化模式116操作之间转变。系统包括流动管线，其用于通过入口端口或喷嘴430将各种热控制供应物和气化供应物输送至喷射器14、334内的适当通路。喷嘴430中的每一个可将不同供应物引入到喷射器14、334内的不同通路（诸如，在图8和图9中详细说明的通路）中。供应物可包括空气50、附加氧52、324、氮326、HCF54、330、用于稀释HCF54、330的氮332、气化燃料24和气化氧化剂56。气化氧化剂56可为从与用于热控制模式的附加氧52、324相同的供应物提供的氧，或者可从分离的供应源通过不同流动管线流动到喷射器14、334。

示出的实施例包括可在供应空气时使用的流动管线432和可在空气从氮326和氧324的独立供应物混合时使用的其它流动管线434。某些流动管线436可为任选流动管线，其可开启，并且用于重新平衡穿过喷射器14、334的不同供应物的流或者提供用于对应供应物的附加流动路径。遍及流动管线放置的流/压力控制装置438可控制到喷射器14、334中的供应物的流率和压力，并且组分检查装置440可确定燃料或进入空气的组分。组分可作为反馈提供给控制器22用于控制流/压力控制装置438。流控制装置442还可定位在喷嘴430中的每一个上游，以根据气化系统的操作模式控制到喷射器14、334中的不同供应物的流。

本发明的技术效果除了别的以外包括允许利用富氧空气将气化器的耐火衬套加热到高于阈值温度。由于用于燃烧以加热气化器的空气中的相对减小的氮浓度和相对增大的氧浓度，气化器可达到比将利用不具有较高含量的氧的空气来加热气化器而实现的温度高的温度。控制器可通过在当空气通过喷射器流动到气化器中时使空气富含氧时同时减小空气的流率而使气化系统在空气/燃料加热模式与富氧空气/燃料加热模式之间转变。通过将气化器加热至较高温度，系统允许气化器在相对较长的时间内保持用于气化的适当温度。另外，用于预热气化器的、空气中存在的较高浓度的氧可增大气化器预热的速率和燃料使用效力，由此在利用较少燃料时将气化器较快地加热至适当的气化温度。从独立的氮和氧供应物制备用于加热气化器的空气可提供在控制混合空气的氮和氧的相对浓度方面的更大灵活性。另外，通过使氮与氧混合以生产混合空气，气化系统可在不具有分离的空气压缩机的情况下操作，利用典型气化系统中已经存在的流动管线和气体供应源，并且重新分配喷射器内的燃料流和混合空气流以平衡这些供应物流动到气化器中所凭借的速率。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使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并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利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实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims

1.一种系统，其包括：

气化器，其构造成在气化模式期间使气化燃料气化；以及

第一喷射器，其连接到所述气化器；

控制器，所述控制器包括热控制模式和气化模式，其中所述控制器构造成在热控制模式期间将热控制燃料和富氧空气通过所述第一喷射器喷射到所述气化器中用于燃烧，其中，所述热控制燃料与所述气化燃料相同或者不同，并且所述富氧空气包括富含附加氧的空气；其中，所述热控制模式构造为当所述气化器不运行在所述气化模式时控制所述气化器的温度加热至达到或者高于温度阈值；

其中，所述控制器包括以下项中的至少一项：

所述热控制模式包括在所述气化模式之前的预热模式和在所述气化模式之后的热保持模式；或

所述热控制模式包括空气/燃料加热模式、富氧空气/燃料模式和热控制转变，所述热控制转变构造为在所述空气/燃料加热模式和所述富氧空气/燃料模式之间转换；或

上述各项的组合。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化器包括气化室、绕着所述气化室布置的耐火衬套和绕着所述耐火衬套布置的封壳，其中，所述热控制模式构造成在所述气化器未以所述气化模式操作时控制将所述耐火衬套加热至等于或高于温度阈值的温度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器构造成在使所述气化器以所述气化模式操作之前预热所述耐火衬套和/或在使所述气化器以所述气化模式操作之后保持所述气化器中的热量。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器构造成在所述气化模式期间将所述气化燃料和氧化剂喷射到所述气化器中用于气化。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括第二喷射器，其构造成在所述气化模式期间将所述气化燃料和氧化剂喷射到所述气化器中用于气化。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热控制模式包括从空气/燃料加热模式向富氧空气/燃料加热模式的热控制转变，所述第一喷射器构造成在所述空气/燃料加热模式期间喷射不具有任何附加氧的空气，所述第一喷射器构造成在所述富氧空气/燃料加热模式期间喷射具有所述附加氧的空气，并且所述系统构造成增大和减小所述附加氧相对于所述空气的比率。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括控制器，其构造成基于传感器反馈控制所述富氧空气中的所述附加氧的量。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器构造成通过燃料喷射通路喷射所述热控制燃料和氮，并且所述第一喷射器构造成通过至少一个附加喷射通路喷射富含氧的所述空气。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加喷射通路中的所述空气的量减小以应对所述燃料喷射通路中的所述氮的增加。

10.一种系统，其包括：

控制器，所述控制器包括用于控制将流体通过第一喷射器喷射到气化器的热控制模式，其中，所述热控制模式构造成控制将热控制燃料和富氧空气通过所述第一喷射器喷射到所述气化器中用于燃烧，所述热控制燃料与所述气化器中在气化模式期间使用的气化燃料相同或不同，所述富氧空气包括富含附加氧的空气，并且所述热控制模式构造成在所述气化器未以所述气化模式操作时控制将所述气化器加热至等于或高于温度阈值的温度；

其中，所述控制器包括以下项中的至少一个：

上述各项的组合。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一喷射器的热控制模式构造成在使所述气化器以所述气化模式操作之前控制所述气化器的预热和/或在使所述气化器以所述气化模式操作之后控制所述气化器中的热保持。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成在所述气化模式期间控制所述第一喷射器将所述气化燃料和氧化剂喷射到所述气化器中用于气化。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述热控制模式包括从空气/燃料加热模式向富氧空气/燃料加热模式的热控制转变，所述第一喷射器的空气/燃料加热模式构造成控制不具有任何附加氧的空气的喷射，并且所述第一喷射器的富氧空气/燃料加热模式构造成控制具有所述附加氧的空气的喷射。

14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成通过如下步骤执行所述热控制模式：

开始穿过所述第一喷射器的所述空气的空气流；

开始穿过所述第一喷射器的所述热控制燃料的燃料流；

点燃所述空气流与所述燃料流的混合物以建立用于空气/燃料加热模式的燃烧；以及

使所述空气富含所述附加氧以使所述燃烧从所述空气/燃料加热模式转变为富氧空气/燃料加热模式。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成通过如下步骤断开所述热控制模式：

断开用于使所述空气富集的所述附加氧的氧流；

断开穿过所述第一喷射器的所述热控制燃料的燃料流；

断开穿过所述第一喷射器的所述空气的空气流；以及

以吹扫气体吹扫所述第一喷射器和所述气化器。

16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，包括联接于所述气化器的所述第一喷射器。

17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述热控制模式构造成控制通过所述第一喷射器的燃料喷射通路喷射所述热控制燃料和氮，并且所述热控制模式构造成控制通过所述第一喷射器的至少一个附加喷射通路喷射富含所述附加氧的所述空气。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成减小所述至少一个附加喷射通路中的所述空气的量以应对所述燃料喷射通路中的所述氮的增加。

19.一种方法，其包括：

通过控制器的热控制模式来控制将流体通过第一喷射器喷射到气化器，其中，控制所述热控制模式包括：

控制将热控制燃料和富氧空气喷射到所述气化器中用于燃烧，其中，所述热控制燃料与所述气化器中在气化模式期间使用的气化燃料相同或不同，并且所述富氧空气包括富含附加氧的空气；以及

在所述气化器未以所述气化模式操作时控制将所述气化器加热至等于或高于温度阈值的温度；

其中，所述热控制模式包括以下项中的至少一项：

上述各项的组合。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，控制所述热控制模式包括从空气/燃料加热模式转变为富氧空气/燃料加热模式，所述第一喷射器的空气/燃料加热模式构造成控制不具有任何附加氧的空气的喷射，并且所述第一喷射器的富氧空气/燃料加热模式构造成控制具有所述附加氧的空气的喷射。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，控制所述热控制模式包括：

开始穿过所述第一喷射器的所述空气的空气流；

开始穿过所述第一喷射器的所述热控制燃料的燃料流；

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：

控制通过所述第一喷射器的燃料喷射通路喷射所述热控制燃料和氮；以及

控制通过所述第一喷射器的至少一个附加喷射通路喷射富含所述附加氧的所述空气。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，包括减小所述至少一个附加喷射通路中的所述空气的量以应对所述燃料喷射通路中的所述氮的增加。