進料注射器尖端蓋的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本文中所公開的主題涉及進料注射器，更具體地，涉及用于氣化進料注射器的尖端蓋。
[0002]各種反應(yīng)器和/或燃燒系統(tǒng)采用進料注射器來將原料注射至燃燒室中。例如，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)電廠包括帶有一個或更多個進料注射器的氣化器。進料注射器將燃料或諸如有機原料的原料與氧氣和蒸汽一起供給至氣化器中，以生成合成氣。通常，氣化反應(yīng)發(fā)生在自進料注射器起的下游。然而，特別是如果進料注射器超過一定的溫度，則極接近于進料注射器的來自反應(yīng)的火焰和/或熱可能縮短進料注射器的壽命。例如，進料注射器可能經(jīng)受朝向尖端和/或接近于火焰的其他位置而越來越高的溫度。即使在使用冷卻技術(shù)時，也可能因這樣的高溫而縮短進料注射器的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中總結(jié)在范圍上與原先主張的發(fā)明相當(dāng)?shù)哪承嵤├?。這些實施例不旨在限制所主張的發(fā)明的范圍，而是這些實施例旨在提供本發(fā)明的可能的形式的簡短的概要。實際上，本發(fā)明可以包含可能與下文中所陳述的實施例類似或不同的各種形式。
[0004]在第一實施例中，系統(tǒng)包括氣化進料注射器。氣化進料注射器包括安置在氣化進料注射器的流體出口區(qū)域處的尖端部分。尖端部分包括具有第一幾何結(jié)構(gòu)的第一鄰接表面。系統(tǒng)還包括聯(lián)接至氣化進料注射器的尖端部分的尖端蓋，其中尖端蓋配置成在氣化反應(yīng)期間充當(dāng)用于尖端部分的熱障。尖端蓋包括:第二鄰接表面，其面向第一鄰接表面且具有第二幾何結(jié)構(gòu)，其中第二幾何結(jié)構(gòu)基本上反映第一幾何結(jié)構(gòu)；以及外表面。外表面包括第三幾何結(jié)構(gòu)，其中第三幾何結(jié)構(gòu)相對于氣化進料注射器而呈凸形。
[0005]在第二實施例中，方法包括將尖端蓋聯(lián)接至氣化進料注射器的出口區(qū)域的尖端部分。尖端蓋的厚度穿過尖端蓋的主體的整個直徑而變化。尖端蓋配置成在氣化反應(yīng)期間充當(dāng)用于尖端部分的熱障。
[0006]在第三實施例中，設(shè)備包括具有帶有第一環(huán)形開口的主體的尖端蓋，并且主體的厚度沿徑向地遠離第一環(huán)形開口的方向增大。主體還具有安置于主體上的第一鄰接表面，并且第一鄰接表面具有基本上反映氣化進料注射器的第二鄰接表面的第二幾何結(jié)構(gòu)的第一幾何結(jié)構(gòu)。主體還包括圍繞主體且徑向地遠離主體而周向地延伸的唇部，并且唇部具有比氣化進料注射器的注射器直徑更大的唇部直徑。
【附圖說明】
[0007]當(dāng)參考附圖來閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些及其他特征、方面以及優(yōu)點，其中，遍及附圖相同的字符表示相同的零件，其中:
圖1是具有使用進料注射器的氣化器的IGCC電廠的實施例的框圖，進料注射器具有按照本實施例的尖端蓋；
圖2是具有尖端蓋的進料注射器的實施例的軸向橫截面； 圖3是圖2的尖端蓋的實施例的正視圖的圖示；
圖4是用高溫螺釘來聯(lián)接至圖2的尖端蓋的進料注射器的實施例的軸向橫截面；
圖5是用彈簧加載式調(diào)整片來聯(lián)接至圖2的尖端蓋的進料注射器的實施例的軸向橫截面；
圖6是用高溫粘合劑來聯(lián)接至圖2的尖端蓋的進料注射器的實施例的軸向橫截面；以及
圖7是利用錐形面連接件來聯(lián)接至圖2的尖端蓋的進料注射器的實施例的軸向橫截面。
【具體實施方式】
[0008]將在下文中描述本發(fā)明的一個或更多個具體實施例。為了提供對這些實施例的簡要的描述，可能在說明書中未描述實際的實施方式的所有特征。應(yīng)了解，在任何這樣的實際的實施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須作出許多實施方式特定的決策，以達到開發(fā)者的可能因?qū)嵤┓绞蕉惖奶囟ǖ哪繕?，諸如對與系統(tǒng)相關(guān)的約束和與商業(yè)相關(guān)的約束的依從性。此外，應(yīng)了解，這樣的開發(fā)工作可能復(fù)雜且耗時，不過，對于得益于本公開的普通技術(shù)人員而言，將是設(shè)計、制作和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0009]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，詞語“一”、“一個”、“這個”、“該”以及“前述”旨在意指存在一個或更多個元件。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括的且意指除了所列出的元件以外，可能還存在另外的元件。
[0010]反應(yīng)器或燃燒系統(tǒng)可以利用進料注射器來將原料或燃料以及其他諸如氧氣和水的流體注射至室中(例如，來自氣化或部分燃燒)。在本討論中，術(shù)語燃料和原料可以互換地使用，并且，可以是指用于驅(qū)動反應(yīng)、氣化、部分燃燒或完全燃燒的任何物質(zhì)。同樣地，術(shù)語反應(yīng)、燃燒和氣化可以互換地使用，并且，可以是指一個或更多個化學(xué)反應(yīng)、燃燒和/或氣化。在某些實施例中，IGCC電廠可以具有包括一個或更多個氣化進料注射器的氣化器。因為在氣化(例如，部分燃燒)的期間發(fā)生的某些過程發(fā)生在進料注射器的尖端附近，所以尖端可能暴露于高達大約1300攝氏度(° C)的溫度。另外，熱燃燒氣體可以返回朝向進料注射器再循環(huán)。即使在注射器由針對高溫而專門設(shè)計的材料制成的實施例中，這樣的高溫也可能對進料注射器造成損壞。因此，可以使用不同的冷卻方法來延長進料注射器的壽命。例如，進料注射器尖端可以具有供冷卻劑流動的整體式冷卻劑室。另外，冷卻盤管可以包圍進料注射器的主體，以將冷卻劑運送至冷卻劑室。然而，這樣的方法可能是不足的，這是因為進料注射器的外表面可能暴露于熱再循環(huán)氣體，而進料注射器的內(nèi)表面與冷卻劑接觸。例如，冷卻劑的溫度可以是大約40 ° C，導(dǎo)致大約1260 ° C的溫差。這樣的大的溫度梯度可能導(dǎo)致熱應(yīng)力，在一些情況下，熱應(yīng)力可能造成進料注射器的尖端附近的裂紋。在一些實施例中，高溫和溫度波動可能造成尖端附近的徑向裂紋。另外，由高的溫度梯度引起的高的應(yīng)變力可能造成周向裂紋。針對強度而設(shè)計的較厚的冷卻劑室壁可以抑制傳熱，有助于大的溫度梯度?？偟恼f來，這樣的熱應(yīng)力可以縮短進料注射器的壽命。
[0011]考慮到前文，所公開的實施例包括聯(lián)接至氣化進料注射器的尖端部分的尖端蓋。尖端部分可以位于氣化進料注射器的流體出口區(qū)域處，并且，在氣化反應(yīng)的期間，蓋可以充當(dāng)用于尖端部分的熱障(或熱屏)。在某些實施例中，尖端蓋可以使尖端部分與反應(yīng)區(qū)完全地分離，并且，可以包括與尖端部分中的環(huán)形開口相對應(yīng)的環(huán)形開口。
[0012]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1是可以產(chǎn)生并燃燒合成氣體(即，合成氣)以發(fā)電的IGCC系統(tǒng)10的實施例的圖。如在下文中所詳細地討論的，IGCC系統(tǒng)10可以包括氣化進料注射器的實施例，該氣化進料注射器包括尖端蓋，該尖端蓋可以是能夠耐受超過在氣化反應(yīng)環(huán)境中那些發(fā)現(xiàn)的溫度的溫度的熱障。在某些實施例中，尖端蓋可以充當(dāng)犧牲熱障-能夠定期或酌情替換的熱障。尖端蓋可以當(dāng)作對尖端部分的熱屏，降低熱疲勞并減少由此產(chǎn)生的表面裂紋。雖然在IGCC系統(tǒng)10的背景下討論尖端蓋的本實施例，但IGCC系統(tǒng)10用作一個非限制性的示例，并且，應(yīng)當(dāng)理解，尖端蓋可以用于使用氣化的其他類型的系統(tǒng)中。IGCC系統(tǒng)10所使用的其他元件可以包括燃料源12，燃料源12可以是氣體、固體或液體，并且，可以作為用于IGCC系統(tǒng)的能源而利用。通過非限制性的示例，燃料源12可以包括煤、石油焦、油、生物質(zhì)、木質(zhì)材料、農(nóng)業(yè)廢物、焦油、焦?fàn)t煤氣以及瀝青或其他含碳物料。
[0013]燃料源12的燃料可以傳遞至原料制備單元14。原料制備單元14可以例如改變?nèi)剂显?2的尺寸或形狀以生成原料。另外，可以將水或其他合適的液體(例如，酒精)添加至原料制備單元14中的燃料源12，以創(chuàng)建漿液原料。在其他實施例中，未將液體添加至燃料源，因而出產(chǎn)干燥原料。在另外的實施例中，如果燃料源12是液體，則可以省略原料制備單元14。
[0014]接下來，可以將原料傳遞至進料注射器(FI) 16，進料注射器16聯(lián)接至氣化器18 (例如，緊固至氣化器18和/或在氣化器18內(nèi))。雖然在具有利用本文中所公開的進料注射器和進料注射器尖端蓋的氣化器的IGCC系統(tǒng)的背景下討論本實施例，但應(yīng)當(dāng)注意到，氣化器18只不過是可以使用帶有結(jié)構(gòu)支架和如在下文中所詳細地討論的多個冷卻劑通道的進料注射器16的燃燒室的一個示例。實際上，可以在反應(yīng)或燃燒過程可能使注射器退化的各種其他背景下利用具有本公開的尖端蓋的進料注射器16。在某些實施例中，進料注射器16以這樣的方式將各種進料流與氣化器18結(jié)合，