电力和电动系统正在变得普遍适用而且人们也不断地想要寻找动力源。 例如，多种系统可将各种石化化合物诸如煤和石油焦转化为电能。此外，这 种石化化合物用于产生各种其他材料，诸如用于驱动蒸汽动力涡轮机的蒸 汽。
将煤和石油焦汽化为合成气体，例如氢气和一氧化碳的混合物，是一种 用在石化和气态动力涡轮机行业中的公知工业过程。在最近20年内，使用 附连(entrained)流煤炭燃气发生器已经变为在合成气体的生产过程中的一 道非常普通的过程。但是，这些附连流燃气发生器没有使用具有再生冷却硬 件的快速混合注射器技术。由于没有使用这种技术，所以燃气发生器的容积 和资本成本比必需的要高很多，而燃气发生器的热效率，即冷气效率(CGE) 比理论的可能值低很多。人们非常期望降低燃气发生器的总成本，提高汽化 系统的CGE。

在一项优选实施例中，本发明提供一种用于将含碳材料转化为气体产物 的紧凑、高效率燃气发生器系统。该燃气发生器系统包括在汽化腔筒管中有 效地“自由飘动”的陶瓷集体复合物(CMC)衬套。该CMC衬套适于由流 过所述汽化腔筒管的熔渣、在衬套的内表面上、形成固化熔渣保护层。该燃 气发生器系统还包括连接至汽化腔筒管的收缩筒管，也包括适于由流过所述 汽化腔筒管的熔渣在衬套的内表面上形成固化熔渣保护层的CMC衬套。
该汽化系统还包括连接至收缩筒管的换热器(HEX)淬火筒管，也包括 由流过所述汽化腔筒管的熔渣在衬套的内表面上形成固化熔渣保护层的 CMC衬套。另外，HEX淬火筒管包括平行板HEX芯部，该芯部包括多个 CMC板。CMC板适于由流过HEX淬火筒管的熔渣、在每个相应CMC板的 外表面上、形成固化熔渣保护层。另外，每个CMC板包括多个内部冷却剂 通道，适于使流过HEX淬火筒管的热产物与流过内冷却剂通道的冷却剂进 行废显热的交换。由冷却剂吸收的废显热通过在汽化系统的各个操作阶段使 用加热冷却剂而由汽化系统恢复。
本发明的特征、功能和优势可在本发明的各个实施例中独立地实现或者 可在其他实施例中结合得到。
附图说明
本发明将通过详细说明和附图变得清楚明了。
图1是根据本发明一项优选实施例的燃气发生器系统的图示；
图2是用于图1所示的燃气发生器系统的示例性质量/能量平衡表的图 示；
图3是根据本发明一项实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的 汽化腔筒管的一部分的剖视图；
图4是根据本发明另一实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的 汽化腔筒管中的一部分的剖视图；
图5A是根据图2所示的本发明示例性实施例的在汽化腔筒管中产生的 合成气体在汽化腔筒管中存留大概0.02秒时间所得到的温度分布图；
图5B是根据图2所示的本发明示例性实施例的在汽化腔筒管中产生的 合成气体在汽化腔筒管中存留大概0.5秒时间所得到的温度分布图；
图5C是根据图2所示的本发明示例性实施例的喷入汽化腔筒管中的含 碳材料的碳转化率相对于汽化腔筒管中的含碳材料的残留时间的图示；
图6是根据本发明优选实施例的包括在图1所示的燃气发生器系统中的 换热器淬火筒管的剖视图，示出平行板换热器芯部；
图7是沿图6所示的换热器芯部的线7-7所作的剖视图；以及
图8是包括在图7所示的换热器芯部中的多个CMC板的其中一个的剖 视图或一部分。
对应的附图标记在所有附图中表示对应的部件。

优选实施例的下述说明仅仅是示例性的并且并非意在限制本发明、其应 用或使用。另外，由优选实施例带来的优势，如下所述，本质是示例性的， 并不是所有的优选实施例都带来相同的优势或相同程度的优势。
图1是紧凑、高效率单级燃气发生器系统10的图示，根据本发明的一 项优选实施例，该系统能够以高于80％的冷气效率(CGE)从诸如煤或石油 焦的含碳材料中生成合成气体。燃气发生器系统10包括连接至汽化腔筒管 18的喷头筒管14，该汽化腔筒管18连接至收缩筒管22。收缩筒管22连接 至换热器(HEX)淬火筒管26。在优选实施例中，HEX淬火筒管26连接至 喷洒淬火筒管30。喷头筒管14可以是任何适当的喷头，适于混合诸如煤或 石油焦的含碳材料与诸如二氧化碳CO2或例如氢气和CO的混合物的合成气 体的干浆(slurry)介质从而形成喷射入汽化腔筒管18的基本上干性或水性 的自由浆(free slurry)。喷头筒管14也将其他反应剂，诸如氧气和蒸汽，喷 入汽化腔筒管18，使得其他反应剂撞击干浆，产生得到高能成分合成气体诸 如氢气和一氧化碳的反应。
如这里所述，燃气发生器系统10的设计使得燃气发生器系统10比公知 的燃气发生器系统更加高效。更具体地，紧凑的设计，使用干浆介质例如 CO2，以及使用燃气发生器系统10的陶瓷基体复合物(CMC)结构，例如 CMC衬套和CMC平行板HEX芯部，与公知燃气发生器系统相比，可使用 明显少的氧气、以明显减少的热量损失即更高的化学能效率(CEE)汽化该 干浆。因此，通过减少所需的氧气并且具有很高的CEE，燃气发生器系统 10以比公知燃气发生器系统更高的CGE生成合成气体。例如，燃气发生器 系统10的CGE高于80％，例如83％至90％或更大。用于形成燃气发生器 系统10的衬套、HEX芯部和其他结构的CMC记载在2002年7月16日授 权给Boeing Company的名称为“INTEGRALLY WOVEN CERAMIC COMPOSITES”的美国专利No.6,418,973中，其完整内容引用结合于此。 另外地，紧凑的设计，使用快速混合喷头筒管14，使用干浆介质以及使用汽 化系统10的陶瓷基体复合物(CMC)结构生成合成气体，干浆和反应剂在 汽化腔筒管18中留存的时间为大概0.50秒或更少，例如大概0.20。
图2是根据本发明示例性实施例的输入汽化系统10的材料以及由汽化 系统10生成的材料和其物理特性的质量/能量平衡数的表格。在示例性实施 例中，喷头筒管14能够通过6英寸管号(schedule)-40管入口法兰接收73.6 lbm/sec的CO2/煤浆。图2示例性地示出喷射入汽化腔筒管18的195浆供 给流包含5.57wt％的二氧化碳气体作为浆输送流体。该供给流由高压浆泵送 系统输送，该系统记载在诸如2002年10月15日提交的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUSLY FEEDING AND PRESSURIZING A SOLID MATERIAL INTO A HIGH PRESSURE SYSTEM”的美国专利申请 No.10/271,950，其内容引用结合于此。根据图2所示的示例性实施例，除了 干煤浆，喷头筒管14也接收1200psia和700F下的53.5lbm/sec氧气和13.9 lbm/sec蒸汽的混合物。在一项实施例中，如图4所示，喷头筒管14在喷头 筒管14连接汽化腔筒管的接头处的内直径X大概为35至45英寸，例如大 概39英寸。
参照图1和3，汽化腔筒管18在上端凸缘38处配合并连接至喷头筒管 14的下端凸缘36，在下端凸缘42处连接至收缩筒管22的上端凸缘40。汽 化腔筒管18的内直径有效地匹配喷头筒管14的内直径X。例如，在一项实 施方式中，汽化腔筒管18的内直径处于大概25英寸与45英寸之间，例如 大概39英寸，汽化腔筒管18的长度Y处于大概10英尺与20英尺之间，例 如大概15英尺。
燃气发生器腔筒管18包括衬套46。在一项优选实施例中，衬套46是再 生冷却CMC衬套，包括冷却通道，诸如记载在2003年10月2日提交的名 称为“REGENERATIVELY COOLED SYNTHESIS GAS GENERATOR”的美 国专利申请No.10/677,817，其内容应用结合于此。在优选实施方案中，CMC 衬套46采用双通冷却设计，具有入口冷却剂环歧管50和出口冷却剂环歧管 52，如图3所示，包括在汽化腔筒管18的上端凸缘38处，将冷却剂供给至 CMC衬套46的冷却通道并且从中输出冷却剂。在另一实施例中，CMC衬 套46采用单一上通冷却设计，入口冷却剂环歧管50包括在汽化腔筒管18 的上端凸缘38中，将冷却剂供给至CMC衬套46的冷却通道，出口冷却剂 环歧管52包括在汽化腔筒管18的下端凸缘42中。
参照图3，将冷却剂供给至入口环歧管50并且径向向内流动到入口环歧 管50的内环部分50A。内环部分52A包括多个氮化硅(Si3N4)接管53，该 接管连接至并且允许冷却剂流入CMC衬套46的冷却通道的一半。冷却剂通 过冷却通道的一半经由多个氮化硅接管53A返回到出口环歧管52的内环形 部分52A。冷却剂然后径向向外流动并且通过出口环歧管52流出燃气发生 器腔筒管上端凸缘30。氮化硅接管和它们为CMC衬套46供给冷却剂的实 施方式详细记载在2004年7月6日授予Boeing Company的名称为“Method of joining ceramic matrix composites and metals”的美国专利US.6,758,386中， 其内容引用结合于此。
汽化腔筒管18的上端凸缘38的歧管接头由喷头筒管14的表面54保护， 如图4清楚地示出，其突出在接头下方、喷头筒管端部凸缘36与汽化腔筒 管上端凸缘38之间。这将保护(各)上歧管，例如入口歧管50，免受喷头 筒管14的表面54附近的热汽化环境作用，其温度可超过4000。图2所示 的质量/能量表格示出在一项示例性实施例中，流过CMC衬套冷却通道的所 需的CMC衬套46冷却剂是饱和蒸汽。饱和蒸汽以大概600、大概1,200psia 的高压、大概6.32lbm/sec的流率经由入口歧管50供给。随着饱和蒸汽流过 吸收由在汽化腔筒管18中进行的汽化反应产生的热量的CMC衬套46，饱 和蒸汽将变得非常热，达到大约1,200。超热蒸汽经由出口歧管52排出汽 化腔筒管18，随后可与13.9lbm/sec蒸汽和53.5lbm/sec氧气反应剂混合， 从而得到温度为700的混合物，该混合物然后撞击喷入汽化腔筒管18的 干浆。优选地，绝缘层58，诸如空气，位于汽化腔筒管18CMC衬套46与 汽化腔筒管18的外壳体62之间。根据大概1,200的超热蒸汽的示例性温 度，绝缘层58在汽化系统10的操作期间将壳体62保持在大概1,000以下。
由干浆的汽化产生的热产物，例如熔渣和合成气态可达到大概2100 与2900之间的温度。流过CMC衬套46的饱和蒸汽示例性地将CMC衬 套46保持在大概1700。因此，以大概2100与2900之间的温度流过 汽化腔筒管18的任何熔渣碰撞CMC衬套46的内表面64，熔渣将固化并且 附着至大概1700的CMC衬套46的内表面64从而在CMC衬套46上产 生保护层。保护性固化熔渣层将防止其他固化熔渣颗粒破坏CMC衬套46。 保护性固化熔渣层在暴露于热产物的表面熔渣层处具有大约2400的温度， 在附着至CMC衬套46的熔渣层的表面处具有大约1700的温度。随着固 化熔渣颗粒撞击保护性熔渣层，熔渣层将退化，但是其他熔渣将快速地固化 到保护性熔渣层上从而修复任何退化情况。
在备选实施例中，衬套46是具有金属冷却管或通道的金属衬套。为了 防止金属衬套46出现明显的化学腐蚀，流过冷却管或通道的冷却剂必须保 持在700以下。因此，例如水的供给至金属衬套冷却管的冷却剂可以仅仅 是大约400的水或饱和蒸汽并且不会随着其流过冷却管或通道而变成超热 蒸汽。
参照图4，在备选优选实施例中，汽化腔筒管18包括不具有冷却通道的 衬套66。在一项实施例中，衬套66是纤维CMC衬套66。优选地，CMC衬 套66是单一的CMC缸，大约1/8至1/2英寸厚，例如1/4英寸厚，附着至 上端凸缘38和下端凸缘42，使得CMC衬套66在汽化腔筒管壳体18中有 效地“自由流动”。另外地，在该实施例中，汽化腔筒管18包括具有多个冷 却通道74的副衬套70。副衬套70可采用任何适当的金属、材料或复合物构 成，不会生锈并且可经受提升的温度，例如不锈钢。可见，副衬套70将为 大约1/16至1/4英寸厚，例如，1/8英寸厚。副衬套70附着或者铜焊至壳体 18，绝缘隔板78设置在CMC衬套66与副衬套70之间。
绝缘隔板78可以是任何适当的物质、材料或复合物，为CMC衬套66 与副衬套70之间提供足够的温差，使得CMC衬套66和副衬套70分别保持 在适当的温度。也就是，绝缘隔板应该适当于保持CMC衬套66为足够的温 度以固化流过汽化腔筒管18中的熔渣并且允许流过冷却通道74的冷却剂使 副衬套70保持在不会损坏副衬套70的温度。例如，绝缘隔板78可以是CMC 衬套66与副衬套70之间的大概1/16至1/2英寸宽的空气间隙。在该实施例 的优选实施方式中，汽化腔筒管18额外地包括副衬套70与汽化腔筒管壳体 62之间的闭合(close-out)片80。闭合片80附着或铜焊至壳体18和副衬套 70。闭合片80可以是任何金属、材料或复合物，适于进一步保护壳体8免 受在汽化腔筒管18中产生的高温造成的损害，例如不锈钢。优选地，闭合 片大概为0.125英寸至0.350英寸厚。
在图2所示的示例性实施例中，干浆的汽化导致CMC衬套达到大约 1700的温度。因此，如果不存在绝缘隔板78和接触副衬套70的CMC衬 套66，那么流过冷却通道74的冷却剂例如水(H2O)将传导过多的热量， 导致副衬套70达到800以上的温度，并产生有害的腐蚀反应，诸如硫化。 在一项实施方式中，绝缘隔板78将提供CMC衬套66与副衬套70之间的大 于1000的温差。
例如，如果流过冷却通道74的冷却剂例如水以大概400供给使得副 衬套70的温度保持在大概600，并且CMC衬套66保持在大概1700的 温度，如图2的表格所示，那么绝缘隔板78提供绝缘隔板78的CMC衬套 侧与副衬套侧之间的1100的温差。
由干浆的汽化产生的热产物即熔渣和合成气体可达到大概2100与 2900之间的温度。在400冷却剂流过冷却通道74的情况下，绝缘隔板 78和副衬套70将示例性地使CMC衬套66保持在大概1700。因此，以大 概2100与2900之间的温度流过汽化腔筒管18的任何熔渣碰撞CMC衬 套66的内表面76，硬化并且附着至大概1700的CMC衬套66的内表面 76从而在CMC衬套66上产生保护层。保护性固化熔渣层将防止其他固化 熔渣颗粒破坏CMC衬套66。保护性硬化熔渣层将在暴露于热产物的熔渣层 表面处具有大约2400的温度并且在附着至CMC衬套66的熔渣层的表面 处具有大约1700的温度。随着固化熔渣颗粒碰撞保护性熔渣层，熔渣层 将恶化，但是其他熔渣将在保护性熔渣层上快速固化从而修复任何的恶化。
在备选实施例中，衬套66是具有金属冷却管道或通道的金属衬套。为 了防止金属衬套66的明显化学腐蚀，流过冷却管道或通道的冷却剂必须保 持在700以下。因此，供给至金属衬套冷却管道的冷却剂例如水仅可以是 大约400的水或饱和蒸汽并且不能随着其流过冷却管道或通道而变成超热 蒸汽。
参照图5A、5B和5C，如这里所述，紧凑燃气发生器系统10使用干浆 介质，例如CO2，以生成通过快速混合喷头筒管14喷入汽化腔筒管18的干 浆。另外，喷头筒管14具有低的蒸汽-干燥含碳材料比率，例如大概0.2 lbm/lbm。因此，汽化腔筒管的衬套46和66必须能够在1,000psia腔压下承 受相对高的前端气体温度。图5A至5C示出汽化腔筒管18的合成气体/颗粒 温度分布图，以及颗粒和整体碳转化率，作为喷头筒管14的合成气体/颗粒 飞行时间的函数，即汽化腔筒管18中的存留时间。应该指出的是，0.5秒的 存留时间对应于15英尺的汽化腔筒管18的长度Y，如在图2的图表中所示 的示例性实施例使用的那样。图5A示出前端气体温度可示例性地接近大概 5,800。采用高前端气体温度的优势在于由汽化腔筒管18产生的快速反应 时间降低了所得合成气体/颗粒的总存留时间，至少比公知燃气发生器系统降 低了一个数量级，并且获得有效的100％总体碳转化率。
更具体地，如图2示例性地示出，氧气和蒸汽喷入汽化腔筒管 18并且在大约700的情况下碰撞干浆。当碰撞干浆时，所产生的 化学反应将达到大概5000的温度或者更高。所得合成气体/颗粒(所 谓的热产物，例如图2所示的氢气(H2)、一氧化碳(CO)和其他物 质)的温度将随着热产物沿着汽化腔筒管18的长度Y进行移动而开 始下降。如图5B所示，当热产物在大概1/2秒存留时间后排出燃气 发生器时，热产物的温度达到大概2600至2700的温度。参照图 2，53.5lbm/sec的氧气和13.9lbm/sec的蒸汽相混合并且撞击到喷入 汽化腔筒管18的73.6lbm/sec的干浆上。所得化学反应产生大约 141.0lbm/sec、1000psia的热产物并且具有图5A和5B所示的温度 分布图。如图2示例性地示出，5.3％的热产物流是熔渣，另外94.7％ 是包括图2所示的物质的合成气体，例如甲烷、一氧化碳、氨、氮 等。
再次参照图1，收缩筒管22的上端凸缘40连接至汽化腔筒管的下端凸 缘42。收缩筒管的下端凸缘82连接至HEX淬火筒管26的上端凸缘86。收 缩筒管22从上端凸缘40成锥形变化至下端凸缘82从而加速并且集中从汽 化腔筒管18接收的热产物。例如，热产物从大概25ft/sec加速到大概125 ft/sec并且在热产物排入HEX淬火筒管26之前，热产物的质量流量以5的 因数增加。在优选实施例中，收缩筒管具有的长度Z处于大概8英尺和16 英尺之间，例如大概12英尺。优选地，收缩筒管22包括衬套44，优选为再 生冷却CMC衬套，基本上与上述汽化腔铜鼓衬套46或66相同，只是适合 收缩筒管22的锥形几何结构。如上述参照图3和4所示，收缩筒管的CMC 衬套46设计成将保护性固态熔渣层冷却至内部表面上，以进行高速腐蚀保 护。由于腐蚀而从内表面移除的任何固态熔渣由新来的熔渣快速地填满，随 后在旧熔渣被移除的位置处冷却。
现在参照图1、6和7，如上所述，HEX淬火筒管26的上端凸缘86连 接至收缩筒管22的下端凸缘82。在一项优选实施例中，HEX淬火筒管26 包括平行板换热器(HEX)芯部90，如图6清楚地示出，用于交换高压热 产物的显废热，例如1,200psia，锅炉供给水和蒸汽流体。图7示出该平行 板HEX芯部90沿着线7-7所作的剖视图。
参照图7，HEX芯部90包括多个CMC板94，每个包括多个内部冷却 剂通道98。每个冷却剂通道98的横截面可具有任何适当的几何形状，例如， 方形、圆形或三角形。HEX芯部90采用的横截面几何形状使得热产物例如 大概2700的合成气体和熔渣在CMC板94之间流动。冷却剂，例如水， 流过冷却剂通道98从而随着其沿着HEX淬火筒管26的长度M通过HEX 芯部90而冷却热产物。优选地，长度M可以是大概7英尺至20英尺，例 如大概12英尺。HEX芯部90包括多个横截面102。每个横截面102具有冷 却剂入口106和冷却剂出口110，使得每个横截面都供给有冷却剂。因此， 热产物的温度随着热产物通过每个随后横截面102的CMC板94之间而逐渐 减小。如图2的表格示例性地示出，大概100的水以大约50.4lbm/sec和 1000psia供给至下游HEX芯部横截面102的入口106，例如，最接近HEX 淬火筒管下端边缘122的入口106。流过至少一个上游HEX芯部横截面102 例如最接近HEX淬火筒管上端凸缘86的(各)横截面102的冷却剂将由在 CMC板94之间流动的热产物加热至大概1200的超热蒸汽。超热蒸汽以 大约36.5lbm/sec和1200psia经由各个出口110离开HEX芯部横截面102。 流过其余HEX芯部102的冷却剂将被加热至大概700的饱和蒸汽，该饱 和蒸汽以大约13.9lbm/sec和1200psia离开每个相应出口110。优选地，CMC 板94的形状通常是平的从而最小化热产物蒸汽中的高速压降并且减小CMC 板94的腐蚀。
在一项实施例中，离开上游HEX芯部横截面102的超热蒸汽供给至蒸 汽涡轮电源机。另外，离开每个HEX芯部102的一部分饱和蒸汽流输送至 喷头筒管14并且用作撞击到喷入汽化腔筒管的干浆上的蒸汽，如上所述。 另一部分饱和蒸汽输送至汽化腔筒管18并且用于冷却汽化腔筒管18的衬套 46，如上所述。类似地，HEX淬火筒管26的另一部分饱和蒸汽可供给至收 缩筒管22从而冷却收缩筒管22的衬套，如上所述。
一般地，在HEX淬火筒管26的长度M的大部分上，热产物的温度已 经减小到熔渣的液化温度，例如小于大概2,000。因此，不存在熔渣以在 CMC板94的至少一部分外部表面104上形成固化熔渣保护层，如上文参照 汽化腔筒管18的衬套46或66所述的。更具体地，进入HEX淬火筒管26 的热产物中的熔渣处于大概2600温度下的熔化状态。随着热产物流过HEX 淬火筒管26的平行板芯部94，热产物的温度，包括熔渣，逐渐地减小至熔 渣将要固化的温度。离开HEX淬火筒管的合成气体和固化熔渣的温度为大 概1000。由于汽化系统10的紧凑尺寸，热产物必须高速流过HEX淬火筒 管26，例如大概150ft/sec。以这种速度移动通过HEX淬火筒管的固化熔渣 对于HEX淬火筒管26的HEX芯部94和CMC衬套114(如图6所示)来 说是腐蚀性的和损伤性的。
在一项实施例中，为了在HEX淬火筒管芯部90的CMC板94和衬套 114上形成固化熔渣保护层，可设计每个CMC板94中的各种冷却剂通道98， 如图7所示的CO2/O2通道98A，从而使二氧化碳(CO2)和氧气(O2)的混 合物流动。CO2/O2通道98A沿着每个CMC板94的长度位于期待固态熔渣 流过的关键位置。另外，CO2/O2通道98A位于HEX淬火筒管26中离开收 缩筒管22的液化熔渣变化为固态熔渣的位置的紧上游，即更接近HEX淬火 筒管上凸缘86。
现在参照图7和8，一般地，在燃气发生器系统10的操作期间，CO2/O2 通道98A只包含流过包括在CMC板94壁中的孔112的二氧化碳(CO2)气 体，该壁将热产物与CO2分离开。CO2/O2通道98A中的压力保持为使得CO2 流操作为锡流(trickle purge)从而防止孔112的堵塞。氧气(O2)以周期间 隔导向至各个CO2/O2通道98A以喷入热产物交叉流。喷入热产物交叉流的 O2将快速地与产物合成气体燃烧从而升高热产物中合成气体和固化熔渣的 温度达到熔渣液化温度以上，例如大于2200。因此，固化熔渣返回至液体 状态并且随后附着并且涂布HEX芯部CMC板94和CMC衬套114，由此在 CMC板94和CMC衬套114的每个上形成固化熔渣保护层。每个CO2/O2 通道98A单独编程从而使氧气流动以在最小地影响合成气体的生成的情况 下产生和补充固化熔渣保护层。
可选择地，芯部90HEX的CMC板94和淬火筒管26的CMC 衬套114上的固态熔渣层，流过冷却剂通道98的冷却剂，例如水， 可短时间段地关闭。关闭冷却剂流将允许热产物流过HEX淬火筒 管26并且具有与热产物离开收缩筒管22大概相同的温度，例如， 大概2600。因此，热产物中的熔渣将保持在熔化状态并且附着 和涂布CMC HEX芯部板94和CMC衬套114。通过冷却剂通道 98的冷却剂流然后可周期性地关闭一段短的时间段从而将固化熔 渣保护层重新涂布或充满CMC HEX芯部板94和CMC衬套114 上。
再次参照图1，在一项优选实施例中，燃气发生器系统10包括喷水 (deluge)淬火筒管30。喷水淬火筒管30的上端凸缘118连接至HEX淬火 筒管26的下端凸缘122。随着固化熔渣和合成气体离开HEX淬火筒管26 并且流过喷水淬火筒管30，喷水淬火筒管30将大概量的循环酸水喷入固化 熔渣和合成气体从而从蒸汽洗刷所有的固态颗粒，例如飞灰颗粒。喷滴直径 设计为相对较大从而在未示出的传统漩流分离器中得到良好的固态颗粒撞 击和随后的下游分离。
汽化系统10是紧凑的汽化系统，使用干浆产生合成气体，CGE为大于 大概80％，例如83％或更大。具体地，由汽化系统10产生的合成气体具有 用于形成喷入汽化腔筒管18的干浆的含碳材料例如碳或石油焦的化学能的 80％以上，例如83％或更多。
另外，汽化系统10的HEX淬火筒管26将在产生最终合成气体期间恢 复大部分的显热损失。也就是，例如，汽化系统10具有大于83％的CGE， 因此，含碳材料的化学能的大概17％潜在地损失。但是，如上所述，汽化系 统10将恢复显热作为HEX芯部横截面102的高压超热蒸汽和饱和蒸汽。所 恢复的超热蒸汽供给至蒸汽涡轮电源机；一部分饱和蒸汽输送至喷头筒管 114并且用作撞击到喷入汽化腔筒管的干浆上的蒸汽；另一部分饱和蒸汽输 送至汽化腔筒管18并且用于冷却汽化腔筒管18的衬套46或66；HEX淬火 筒管26的饱和蒸汽的另一部分供给至收缩筒管22从而冷却收缩筒管22的 衬套。因此，在一项实施例中，汽化系统10恢复显热的75％以上。例如， 显热的90％由汽化系统10恢复。
此外，汽化系统10的紧凑使得汽化系统10的内部容积大概为比所有的 公知燃气发生器系统低一个数量级，例如10的因数。尤其地，汽化系统10 具有管状筒管结构，其中，各种部件例如汽化腔筒管18、收缩筒管22和HEX 淬火筒管26可预先制备、运送并且现场组装。因此，与本发明的汽化系统 10关联的资本成本、操作成本、维护成本明显低于公知汽化系统的这种成本。 另外，将CMC结构应用到汽化系统10的各种部件，即，汽化腔筒管18和 收缩筒管22的衬套，以及HEX淬火筒管26的衬套和芯部板将明显的增加 每种结构的寿命，因此，相对于公知汽化系统来说，明显地增加汽化系统10 的寿命。例如，可想象增加或构造的CMC衬套和HEX芯部板，固化熔渣保 护层将具有大概3至10年之间的寿命，由此明显地增加汽化系统10的寿命 并且明显地减小维护成本。
本领域技术人员从上述说明可知，本发明的广泛教导可实现为各种形 式。因此，虽然本发明已经结合具体实例进行说明，但是本发明的真正范围 不应该如此局限，因为在研究附图、说明书和随后权利要求的基础上本领域 技术人员可得知其他改进方案。