專利名稱：用于冷卻噴射器嘴尖的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在功率 生成設(shè)備中使用的氣化系統(tǒng)，并且更具體地涉及在整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)設(shè)備中使用的噴射器嘴尖(tip)。
背景技術(shù)：
至少一些公知的IGCC設(shè)備包括與至少一個(gè)產(chǎn)生功率的渦輪系統(tǒng)形成一體的氣化系統(tǒng)。例如，至少一些公知的氣化系統(tǒng)將燃料、空氣或氧、液態(tài)水和/或蒸汽和/或CO2的混合物轉(zhuǎn)變成合成氣體或"合成氣"。合成氣引送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器，該燃燒器向?qū)㈦姽β使┧椭岭娋W(wǎng)的發(fā)電機(jī)供能。來自于至少一些公知燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣供送至熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，該熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)的蒸汽。由蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生的功率也驅(qū)動(dòng)將電功率提供至電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)。至少一些公知的氣化系統(tǒng)使用至少一個(gè)進(jìn)料噴射器來將燃料供送到聯(lián)接在氣化系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)容器中。公知的進(jìn)料噴射器會(huì)經(jīng)受反應(yīng)容器內(nèi)的寬廣極端溫度。具體而言，公知的進(jìn)料噴射器的嘴尖經(jīng)受高溫，該高溫隨著時(shí)間的推移會(huì)阻礙進(jìn)料噴射器的有效操作和/或縮短進(jìn)料噴射器的壽命期限。此外，至少一些公知的進(jìn)料噴射器可能易于因顆粒沖擊而點(diǎn)火。隨著時(shí)間的推移，經(jīng)受這些因素會(huì)不利地影響公知進(jìn)料噴射器的操作和/或縮短公知進(jìn)料噴射器的壽命期限。為了防止對進(jìn)料噴射器的破壞，至少一些公知的氣化系統(tǒng)采用供送自閉環(huán)水系統(tǒng)的冷卻水來冷卻噴射器。然而，這些冷卻系統(tǒng)僅提供有限的冷卻，且因此噴射器仍會(huì)受到熱損壞和/或由于顆粒沖擊而點(diǎn)火。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種組裝進(jìn)料噴射器的方法。該方法包括提供進(jìn)料噴射器嘴尖，該嘴尖包括入口、嘴尖端部、從入口至嘴尖端部沿縱向延伸穿過進(jìn)料噴射器嘴尖的流動(dòng)通路、大致外接流動(dòng)通路的環(huán)形冷卻通道，以及將環(huán)形冷卻通道與流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)。該方法還包括將進(jìn)料噴射器嘴尖聯(lián)接到進(jìn)料噴射器上以使流體能夠引送穿過流動(dòng)通路，使得流體在流過嘴尖端部之前流過入口，以及將冷卻組件聯(lián)接到進(jìn)料噴射器上以使冷卻流體流能夠引送至環(huán)形冷卻通道中，其中，在入口處緩沖區(qū)具有第一寬度而在嘴尖端部處緩沖區(qū)具有第二寬度，第一寬度比第二寬度更寬。另一方面，提供了一種結(jié)合氣化系統(tǒng)使用的進(jìn)料噴射器嘴尖。進(jìn)料噴射器嘴尖包括入口、嘴尖端部、從入口至嘴尖端部沿縱向延伸穿過進(jìn)料噴射器嘴尖的流動(dòng)通路、大致外接流動(dòng)通路且從入口延伸至嘴尖端部的環(huán)形冷卻通道，以及將環(huán)形冷卻通道與流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)，其中，流動(dòng)通路由外壁和內(nèi)壁限定，以及緩沖區(qū)在入口處具有第一寬度，緩沖區(qū)在嘴尖端部處具有第二寬度，第一寬度比第二寬度更寬。又一方面，提供了一種氣化系統(tǒng)。該氣化系統(tǒng)包括反應(yīng)容器和大致沿縱向延伸穿過反應(yīng)容器的至少一個(gè)進(jìn)料噴射器。該至少一個(gè)進(jìn)料噴射器包括入口、嘴尖端部、從入口至嘴尖端部沿縱向延伸穿過進(jìn)料噴射器嘴尖的流動(dòng)通路、大致外接流動(dòng)通路且從入口延伸至嘴尖端部的環(huán)形冷卻通道，以及將環(huán)形冷卻通道與流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)，其中，流動(dòng)通路由外壁和內(nèi)壁限定，以及緩沖區(qū)在入口處具有第一寬度，緩沖區(qū)在嘴尖端部處具有第二寬度，第一寬度比第二寬度更寬。


圖I為示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)功率生成設(shè)備的簡圖；圖2為可結(jié)合圖I中所示的IGCC功率生成設(shè)備使用的氣化反應(yīng)器的示意性截面視圖。

圖3為可結(jié)合圖2中所示的氣化反應(yīng)器使用的示例性進(jìn)料噴射器進(jìn)給組件的一部分的示意性透視圖。圖4為可結(jié)合圖3中所示的噴射器進(jìn)給組件使用且沿區(qū)域4截取的噴射裝置嘴尖部分的示意性截面視圖；圖5為圖4中所示的噴射裝置嘴尖部分的另一示意性截面視圖；圖6為圖4中所示的噴射裝置嘴尖部分且沿區(qū)域6截取的示意性透視剖面圖；圖7為用于組裝進(jìn)料噴射器的示例性方法的流程圖。零件清單100IGCC 設(shè)備110燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)114 渦輪118第一發(fā)電機(jī)120 轉(zhuǎn)子130蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)132蒸汽渦輪134第二發(fā)電機(jī)136 第二轉(zhuǎn)子140蒸汽發(fā)生系統(tǒng)142HRSG144 設(shè)備144熱傳遞設(shè)備146蒸汽導(dǎo)管148排出氣體導(dǎo)管150蒸汽導(dǎo)管152煙道氣導(dǎo)管200氣化系統(tǒng)202空氣分離單元204，206 導(dǎo)管208氣化反應(yīng)器2IOO2 導(dǎo)管211研磨和制漿單元
212材料供送導(dǎo)管213水供送導(dǎo)管214石油焦?jié){料導(dǎo)管215熔渣和炭處理單元216熱熔渣導(dǎo)管217 導(dǎo)管218熱合成氣導(dǎo)管219合成氣導(dǎo)管 220粗合成氣導(dǎo)管22ILTGC 單元222 細(xì)粉(fines)導(dǎo)管228清潔合成氣導(dǎo)管230酸性氣體去除子系統(tǒng)300噴射器進(jìn)給組件302氣化腔304反應(yīng)器壁306頭端蓋308頭端部分310尾端部分312進(jìn)料噴射器嘴尖314 孔口318縱向中心線
320冷卻組件326冷卻水入口歧管327冷卻水出口歧管330冷卻通道344漿料通道345外部GOX通道346內(nèi)部GOX通道348，350，352 噴嘴400流動(dòng)通路402 A 口404嘴尖端部406流動(dòng)改變裝置(feature)408 外壁410 內(nèi)壁412 第一側(cè)414 第二側(cè)416內(nèi)部冷卻通道壁
418緩沖區(qū)1000 方法1002提供進(jìn)料噴射器嘴尖1004將進(jìn)料噴射器嘴尖聯(lián)接至進(jìn)料噴射器1006將冷卻組件聯(lián)接至進(jìn)料噴射器
具體實(shí)施例方式本文所述的方法及系統(tǒng)有利于加強(qiáng)氣化系統(tǒng)的操作。具體而言，使用如本文所述的冷卻通道有利于冷卻進(jìn)料噴射器的嘴尖部分。此外，使用如本文所述的冷卻通道有利于抑制進(jìn)料噴射器材料由于顆粒沖擊而自動(dòng)點(diǎn)火。冷卻嘴尖部分和抑制進(jìn)料噴射器點(diǎn)火改善了進(jìn)料噴射器的耐用性和穩(wěn)定性，且因此減少了與使用進(jìn)料噴射器的IGCC設(shè)備相關(guān)的維護(hù)、修理和更換成本。此外，用于冷卻如本文所述的進(jìn)料噴射器的方法及設(shè)備有利于降低與IGCC設(shè)備相關(guān)的資金成本。圖I為示例性氣化裝置的簡圖，且更具體的是示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)功率生成設(shè)備100。作為備選，本文所述的方法及設(shè)備可結(jié)合任何其它構(gòu)造和/或功率生成設(shè)備中的任何氣化裝置使用。在示例性實(shí)施例中，IGCC設(shè)備包括具有渦輪114的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)110。渦輪114經(jīng)由第一轉(zhuǎn)子120可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第一發(fā)電機(jī)118上，且還與至少一個(gè)燃料源和至少一個(gè)空氣源(圖I中均未示出)成流動(dòng)連通地聯(lián)接，以便分別從燃料源和空氣源接收燃料和空氣。渦輪114混合空氣和燃料，產(chǎn)生熱燃燒氣體(未示出)，且將燃燒氣體內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)能。旋轉(zhuǎn)能經(jīng)由轉(zhuǎn)子120傳輸至發(fā)電機(jī)118，其中發(fā)電機(jī)118將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)變成電能(未示出)以便輸送至至少一個(gè)負(fù)載，包括但不限于電網(wǎng)(未示出)。在示例性實(shí)施例中，IGCC設(shè)備100還包括蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)130。更具體而言，發(fā)動(dòng)機(jī)130包括蒸汽渦輪132，蒸汽渦輪132經(jīng)由第二轉(zhuǎn)子136可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二發(fā)電機(jī)134上。在示例性實(shí)施例中，IGCC設(shè)備100還包括蒸汽發(fā)生系統(tǒng)140。更具體而言，在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)140包括至少一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 142，其經(jīng)由排出氣體導(dǎo)管148從渦輪114接收排出氣體(未示出)，排出氣體導(dǎo)管148引送在HRSG 142內(nèi)使用的熱量以由至少一個(gè)鍋爐供水源產(chǎn)生一股或多股蒸汽流，其中，供水源包括但不限于至少一股加熱的鍋爐供水流(未示出)。HRSG 142還經(jīng)由至少一個(gè)蒸汽導(dǎo)管146而與至少一個(gè)熱傳遞設(shè)備144成流動(dòng)連通地聯(lián)接。設(shè)備144還與至少一個(gè)加熱鍋爐供水導(dǎo)管(未示出)成流動(dòng)連通地聯(lián)接，使得設(shè)備144從相同的或單獨(dú)的鍋爐供水源(未示出)接收加熱的鍋爐供水(未示出)。HRSG 142經(jīng)由導(dǎo)管146從設(shè)備144接收蒸汽(未示出)，其中，HRSG 142向蒸汽提供附加的熱能。HRSG 142經(jīng)由蒸汽導(dǎo)管150而與渦輪132成流動(dòng)連通地聯(lián)接。在示例性實(shí)施例中，冷卻的燃燒氣體從HRSG 142經(jīng)由煙道氣導(dǎo)管152排至大氣。作為備選，從HRSG 142排放的過多燃燒氣體的至少一部分經(jīng)引送以便用于IGCC設(shè)備100中的其它位置。導(dǎo)管150將蒸汽(未示出)從HRSG 142引送至渦輪132。渦輪132從HRSG 142接收蒸汽，且將蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)能。旋轉(zhuǎn)能經(jīng)由轉(zhuǎn)子136傳輸至發(fā)電機(jī)134，其中，發(fā)電機(jī)134將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)變成電能(未示出)以便輸送至至少一個(gè)負(fù)載，包括但不限于電網(wǎng)。、蒸汽經(jīng)冷凝并作為鍋爐供水經(jīng)由冷凝物導(dǎo)管(未示出)返回。作為備選，來自于HRSG 142、蒸汽渦輪132和/或熱傳遞設(shè)備144的至少一部分蒸汽可經(jīng)引送以便用于IGCC設(shè)備100中的其它位置。IGCC設(shè)備100還包括氣化系統(tǒng)200。此外，在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)200包括至少一個(gè)空氣分離單元202，其經(jīng)由空氣導(dǎo)管204而與空氣源成流動(dòng)連通地聯(lián)接。此類空氣源可包括但不限于僅包括專用空氣壓縮機(jī)(未示出)和/或通常與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)110相關(guān)的壓縮機(jī)(未示出)。單元202將空氣分成一股或多股氧(O2)流、氮(N2)流以及其它成分流(均未示出)。這些其它成分流可經(jīng)由排出口(未示出)釋放或收集在儲(chǔ)存單元(未示出)中。在示例性實(shí)施例中，為了有利于燃燒，至少一部分N2經(jīng)由N2導(dǎo)管206引送至燃?xì)鉁u輪114。 系統(tǒng)200包括氣化反應(yīng)器208，氣化反應(yīng)器208與單元202成流動(dòng)連通地連接且經(jīng)由O2導(dǎo)管210接收引送自單元202的O2。系統(tǒng)200還包括材料研磨和制漿單元211。單元211分別經(jīng)由含碳材料供送導(dǎo)管212和水供送導(dǎo)管213而與含碳材料源和水源(均未示出)成流動(dòng)連通地聯(lián)接。在示例性實(shí)施例中，含碳材料為石油焦炭或石油焦。此外，在示例性實(shí)施例中，單元211將石油焦和水混合在一起以形成石油焦?jié){料流(未示出)，該石油焦?jié){料流經(jīng)由石油焦?jié){料導(dǎo)管214引送至反應(yīng)器208。作為備選，使IGCC設(shè)備100能夠如本文所述那樣操作的包括含碳固體的任何材料都可使用。另外，作為備選，可使用包括固體、液體和氣體燃料物質(zhì)的非漿料燃料，例如包括燃料和其它材料的混合物，例如但不限于燃料和熔渣添加劑。反應(yīng)器208分別經(jīng)由導(dǎo)管214和210接收材料漿料流和O2流。反應(yīng)器208產(chǎn)生熱的粗合成氣體(合成氣)流(未示出)，以及作為合成氣生產(chǎn)的副產(chǎn)物的熱熔渣和炭(均未示出)。反應(yīng)器208經(jīng)由熱合成氣導(dǎo)管218而與熱傳遞設(shè)備144成流動(dòng)連通地聯(lián)接。設(shè)備144接收熱的粗合成氣流并經(jīng)由導(dǎo)管146將至少一部分熱量傳遞至HRSG 142。隨后，設(shè)備144產(chǎn)生冷卻的粗合成氣流(未示出)，該粗合成氣流經(jīng)由合成氣導(dǎo)管219引送至洗滌器和低溫氣體冷卻(LTGC)單元221。單元221除去粗合成氣流內(nèi)攜帶的部分熔渣和炭(有時(shí)稱為"細(xì)粉")，且有利于經(jīng)由細(xì)粉導(dǎo)管222除去細(xì)粉。細(xì)粉發(fā)送至廢物收集系統(tǒng)(未示出)以便最終處理和/或再循環(huán)回到氣化反應(yīng)器208中，從而利用細(xì)粉內(nèi)未使用的碳含量。單元221還冷卻粗合成氣流。設(shè)備144還從熱的粗合成氣流中除去熔渣和炭。具體而言，在示例性實(shí)施例中，熔渣和炭處理單元215經(jīng)由熱熔渣導(dǎo)管216而與設(shè)備144成流動(dòng)連通地聯(lián)接。單元215使剩余的炭和熔渣熄滅且同時(shí)將熔渣破碎成較小的塊，在其中產(chǎn)生熔渣和炭去除流(未示出)且使其經(jīng)由導(dǎo)管217引送。以類似于上文所述的細(xì)粉的方式，熔渣和炭被引送至廢物收集子系統(tǒng)(未示出)以便最終處理和/或再循環(huán)到氣化反應(yīng)器208中。系統(tǒng)200還包括酸性氣體去除子系統(tǒng)230，其與單元221成流動(dòng)連通地聯(lián)接以便經(jīng)由粗合成氣導(dǎo)管220接收冷卻的粗合成氣流。如下文詳細(xì)描述的那樣，子系統(tǒng)230還從粗合成氣流中除去至少一部分酸性成分(未示出)。這些酸性氣體成分可包括但不限于H2S和CO2。子系統(tǒng)230將至少一些酸性氣體成分分成包括但不限于H2S和CO2的成分。在示例性實(shí)施例中，CO2未經(jīng)再循環(huán)和/或封存。作為備選，子系統(tǒng)230可經(jīng)由至少一個(gè)CO2導(dǎo)管(未示出)而與反應(yīng)器208成流動(dòng)連通地聯(lián)接，其中，CO2 (未示出)流引送至反應(yīng)器208的預(yù)定部分。通過子系統(tǒng)230去除CO2和H2S產(chǎn)生了清潔的合成氣流(未示出)，該合成氣流經(jīng)由清潔合成氣導(dǎo)管208引送至燃?xì)鉁u輪114。在操作期間，空氣分離單元202經(jīng)由導(dǎo)管204接收空氣?？諝夥殖?2、N2以及將會(huì)排出或收集的其它成分。至少一部分N2經(jīng)由導(dǎo)管206引送至渦輪114，以及至少一部分O2經(jīng)由導(dǎo)管210引送至氣化反應(yīng)器208。N2和O2的任何剩余部分都可根據(jù)需要作為多股流而引送至IGCC 100的其它部分，包括但不限于儲(chǔ)存器。另外，在操作中，材料研磨和制漿單元211分別經(jīng)由導(dǎo)管212和213接收石油焦和水。形成的石油焦?jié){料流經(jīng)由導(dǎo)管214引送至反應(yīng)器208。反應(yīng)器208經(jīng)由導(dǎo)管210接收O2，經(jīng)由導(dǎo)管214接收石油焦。反應(yīng)器208產(chǎn)生熱的粗合成氣流，該合成氣流經(jīng)由導(dǎo)管218引送至設(shè)備144。形成在反應(yīng)器208中的一些熔渣 副產(chǎn)物經(jīng)由熔渣處理單元215和導(dǎo)管216及217除去。設(shè)備144有利于冷卻熱的粗合成氣流以產(chǎn)生冷卻的粗合成氣流，該冷卻的粗合成氣流經(jīng)由導(dǎo)管219引送至洗滌器和LTGC單元221且合成氣被進(jìn)一步冷卻。包括一些熔渣和炭(呈細(xì)粉形式)的顆粒物質(zhì)經(jīng)由導(dǎo)管222從合成氣中除去。冷卻的粗合成器引送至酸性氣體去除子系統(tǒng)230，在其中酸性氣體成分有選擇地除去，且在其中形成的清潔合成氣流經(jīng)由導(dǎo)管228引送至燃?xì)鉁u輪114。此外，在操作中，渦輪114分別經(jīng)由導(dǎo)管206和228接收N2和清潔合成氣。渦輪114壓縮來自于至少一個(gè)空氣源(未示出)的空氣，渦輪114隨后使該空氣與合成氣燃料混合并燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。渦輪114引送熱燃燒氣體而引起渦輪114旋轉(zhuǎn)，這隨后經(jīng)由轉(zhuǎn)子120使第一發(fā)電機(jī)118旋轉(zhuǎn)。至少一部分排出氣體從渦輪114經(jīng)由排出氣體導(dǎo)管148引送至HRSG142以有利于產(chǎn)生蒸汽。經(jīng)由熱傳遞設(shè)備144從熱合成氣中除去的至少一部分熱量作為蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管146引送至HRSG 142。HRSG 142接收來自于設(shè)備144的蒸汽，連同一股或多股鍋爐供水流和來自于渦輪114的排出氣體一起。熱量從排出氣體傳遞至鍋爐供水以產(chǎn)生一股或多股蒸汽流，并增加包含在來自于設(shè)備144的蒸汽中的熱能。在示例性實(shí)施例中，產(chǎn)生的至少一股蒸汽流經(jīng)加熱至過熱狀態(tài)。作為備選，兩股或多股蒸汽流可混合在一起以形成至少一股可加熱至過熱狀態(tài)的混合流。作為備選，可形成高溫飽和蒸汽。至少一部分過熱蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管150引送至蒸汽渦輪132而引起渦輪132旋轉(zhuǎn)。渦輪132通過第二轉(zhuǎn)子136使第二發(fā)電機(jī)134旋轉(zhuǎn)。剩余的蒸汽可經(jīng)引送以便在IGCC設(shè)備100中的其它位置使用。圖2為氣化反應(yīng)器208的示意性截面視圖。圖3為可結(jié)合氣化反應(yīng)器208使用的噴射器進(jìn)給組件300的一部分的示意性透視圖。在反應(yīng)器208中，噴射器進(jìn)給組件300與氣化腔302成流動(dòng)連通地聯(lián)接。腔302至少部分地由大致圓柱形的反應(yīng)器壁304和頭端蓋306限定。作為備選，反應(yīng)器208可具有使反應(yīng)器208能夠如本文所述那樣操作的任何構(gòu)造。在示例性實(shí)施例中，噴射器進(jìn)給組件300大致豎直地定向，使得噴射器進(jìn)給組件300穿過反應(yīng)器208的頂部。作為備選，噴射器進(jìn)給組件300可具有任何定向，包括但不限于大致水平的定向。在示例性實(shí)施例中，壁304由至少一種陶瓷耐火材料制成，例如但不僅限于熱回火磚。作為備選，壁304為流體冷卻的，其中冷卻流體可包括但不僅限于氮、水和/或蒸汽。蓋306密封地聯(lián)接到反應(yīng)器208頭端部分308的至少一部分上。腔302還由尾端蓋(未示出)部分地限定，該尾端蓋密封地聯(lián)接到壁304的至少一部分上。更具體而言，尾端蓋聯(lián)接在反應(yīng)器208的與部分308相對的尾端部分310處。作為備選，反應(yīng)器208具有使IGCC100能夠如本文所述那樣操作的任何構(gòu)造。噴射器進(jìn)給組件300包括嘴尖312，嘴尖312插入穿過限定在頭端蓋306中的孔口314并使用公知的緊固方法密封地聯(lián)接到頭端蓋306上。反應(yīng)器208定向?yàn)槭沟脟娚淦鬟M(jìn)給組件300的軸向中心線316與氣化腔302的縱向中心線318大致共線。噴射器進(jìn)給組件300還包括如下文詳細(xì)描述那樣的冷卻組件320。作為備選，反應(yīng)器208可包括多個(gè)噴射進(jìn)給組件300，其中各組件300均具有中心線316，中心線316類似于中心線318而與預(yù)定軸向定向大致共線。各組件300均可具有豎直定向、水平定向或使反應(yīng)器208能夠如本文所述那樣操作的任何定向。此外，反應(yīng)器208的備選實(shí)施例可包括所有都充分類似地定向的多個(gè)組件300，或包括多個(gè)組件300，這些組件300包括至少一個(gè)組件300，其具有不同于所有剩余組件300的定向。圖4為沿區(qū)域4 (圖3中所示)截取的噴射器進(jìn)給組件300的嘴尖312的示意性截面視圖。圖5為嘴尖312的另一示意性截面視圖，其從圖3中所示的透視圖關(guān)于中心線316成90°定向。嘴尖312控制噴射器進(jìn)給組件300與氣化腔302之間的反應(yīng)物供送流體的流動(dòng)分布。在示例性實(shí)施例中，冷卻組件320的冷卻水入口歧管326和冷卻水出口歧管327至少部分地限定在嘴尖312中。冷卻水入口歧管326和冷卻水出口歧管327分別成流體連通地聯(lián)接到外接嘴尖312的冷卻通道330上。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻通道330為環(huán)形。作為備選，冷卻通道330可具有使冷卻通道330能夠如本文所述那樣起作用的任何形狀和/或定向。反應(yīng)物或漿料通道344限定在嘴尖312內(nèi)。外部氣態(tài)氧(GOX)通道345和內(nèi)部GOX通道346也限定在嘴尖312中。內(nèi)部GOX通道346和外部GOX通道345分別與限定在組件300內(nèi)的內(nèi)部氧通道和外部氧通道(均未示出)成流動(dòng)連通地聯(lián)接。作為備選，通道345和/或346可定向?yàn)橐湍苁箽饣磻?yīng)器208操作的任何過程流體穿過嘴尖312，包括但不限于蒸汽、氮和/或二氧化碳。在示例性實(shí)施例中，冷卻通道330大致外接外部GOX通道 345。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)部GOX通道346包括噴嘴348。漿料通道344也包括噴嘴350，以及外部GOX通道345也包括噴嘴352。噴嘴348，350和352有利于混合腔302內(nèi)的反應(yīng)物流。此外，噴嘴348，350和352也有利于改善漿料與氧之間的化學(xué)反應(yīng)的效率。在示例性實(shí)施例中，嘴尖312由多個(gè)獨(dú)立構(gòu)件制造為單體構(gòu)件，該多個(gè)獨(dú)立構(gòu)件通過公知的聯(lián)接方法連結(jié)在一起，例如包括硬釬焊或焊接。作為備選，嘴尖312可由包括直接金屬激光燒結(jié)的方法形成。在另一實(shí)施例中，嘴尖312可制造為一件式組件。圖6為沿區(qū)域6 (圖5中所示)截取的嘴尖312的一部分的示意性截面視圖。如上文所述，冷卻通道330大致外接外部GOX通道345。外部GOX通道345還包括流動(dòng)通路400，其形成外部GOX通道345的一部分。反應(yīng)物經(jīng)由流動(dòng)通路400從入口 402流至嘴尖端部404。在入口 402與嘴尖端部404之間，流動(dòng)通路400包括限定為鄰近入口 402的至少一個(gè)流動(dòng)改變裝置406。更具體而言，流動(dòng)通路400還由外壁408與內(nèi)壁410限定，而流動(dòng)改變裝置406由在流動(dòng)改變裝置406處改變方向的外壁408和內(nèi)壁410形成。在示例性實(shí)施例中，流動(dòng)改變裝置406由外壁408和內(nèi)壁410中的角度變化形成。作為備選，外壁408和/或內(nèi)壁410可定形為(也即成弓形地)產(chǎn)生流動(dòng)改變裝置406 (未示出)。冷卻通道330包括第一側(cè)412和第二側(cè)414。第一側(cè)412靠近入口 402和流動(dòng)改變裝置406，而第二側(cè)414鄰接流動(dòng)通路400的嘴尖端部404。在另一實(shí)施例中，第一側(cè)412可在流動(dòng)改變裝置406的下游。在又一實(shí)施例中，第一側(cè)412可在流動(dòng)改變裝置406的上游，或可相對于中心線316形成在與流動(dòng)改變裝置406 (未示出)相同的位置處。內(nèi)部冷卻通道壁416分別在第一側(cè)412與第二側(cè)414之間延伸。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻通道壁416大致為平面的。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，內(nèi)部冷卻通道壁416可具有使嘴尖312能夠如本文所述那樣起作用的任何適合的形狀(例如，弓形、無規(guī)則的，等)。緩沖區(qū)418在內(nèi)部冷卻通道壁416與流動(dòng)通路400外壁408之間。緩沖區(qū)418大致為實(shí)心的，且在示例性實(shí)施例中，由與嘴尖312的其余部分相同的材料制成。作為備選， 嘴尖312和緩沖區(qū)418可由金屬或諸如陶瓷材料之類的能使組件300如本文所述那樣起作用的任何其它適合材料制成。緩沖區(qū)寬度W在內(nèi)部冷卻通道壁416與流動(dòng)通路400外壁408之間限定。在示例性實(shí)施例中，在第一側(cè)412處的緩沖區(qū)418的第一寬度W1比在第二側(cè)414處的緩沖區(qū)418的第二寬度W2更寬。當(dāng)內(nèi)部冷卻通道壁416為平面時(shí)，緩沖區(qū)418的寬度W從第一側(cè)412到第二側(cè)414均勻地漸縮。作為備選，當(dāng)內(nèi)部冷卻通道壁為非平面的和/或不同地定向(例如，弓形、無規(guī)則的，等)，則緩沖區(qū)418具有對應(yīng)的不同形狀。在操作中，當(dāng)諸如氧之類的流體經(jīng)由流動(dòng)通路400從入口 402流至嘴尖端部404時(shí)，則流體在流動(dòng)改變裝置406處改變流動(dòng)方向。流動(dòng)改變裝置406還朝嘴尖端部404使流體加速。由于流動(dòng)方向的改變，攜帶在流體中的顆粒在流動(dòng)改變裝置406處或附近沖擊外壁408。由于流體以高速流動(dòng)，故流體顆粒以類似的高速?zèng)_擊外壁408。實(shí)際上，在一些情形下，沖擊顆粒會(huì)點(diǎn)燃形成緩沖區(qū)418的材料。然而，由于緩沖區(qū)418限定在流動(dòng)改變裝置406處，故緩沖區(qū)418的附加寬度W有利于減小沖擊顆粒將點(diǎn)燃形成緩沖區(qū)418的材料的可能性，如在下文將更為詳細(xì)地描述。此外，在示例性實(shí)施例中，流體顆粒在從入口 402朝嘴尖端部404流動(dòng)時(shí)加速。因此，在示例性實(shí)施例中，流體顆粒在離開嘴尖端部404并進(jìn)入氣化腔302時(shí)以其最快速度流動(dòng)。由于提聞了顆粒的速度，故流動(dòng)通路400內(nèi)的熱應(yīng)變通常在嘴尖端部404附近為最聞的。因此，為了有利于冷卻嘴尖312，冷卻通道330的第二側(cè)414定位成盡可能地靠近嘴尖端部404。如上文所述，在示例性實(shí)施例中，第一寬度W1比第二寬度W2更寬。因此，緩沖區(qū)418在流動(dòng)改變裝置406處較寬(在該區(qū)域處，流體顆粒沖擊外壁408)，而在流動(dòng)通路400的嘴尖端部404附近最窄(在其中熱應(yīng)變通常為最高的)。因此，緩沖區(qū)418變化的寬度W有利于防止因流動(dòng)改變裝置406處或附近的沖擊顆粒所造成的自動(dòng)點(diǎn)火，且有利于通過冷卻通道330在嘴尖端部404處加強(qiáng)對嘴尖312的冷卻。圖7為組裝進(jìn)料噴射器例如圖3中所示的進(jìn)料噴射器300的示例性方法1000的流程圖。首先，提供1002進(jìn)料噴射器嘴尖312。進(jìn)料噴射器312包括入口 402、嘴尖端部404以及流動(dòng)通路400，該流動(dòng)通路400從入口 402至嘴尖端部404沿縱向延伸穿過進(jìn)料噴射器嘴尖312。所提供的進(jìn)料噴射器嘴尖312還包括大致外接流動(dòng)通路400的環(huán)形冷卻通道330，以及將環(huán)形冷卻通道330與流動(dòng)通路400隔開的緩沖區(qū)418。方法1000還包括將進(jìn)料噴射器嘴尖312聯(lián)接1004到進(jìn)料噴射器300上以使流體能夠引送穿過流動(dòng)通路400，使得流體在流過嘴尖端部404之前流過入口 402，其中，在入口 402處緩沖區(qū)418具有第一寬度W1，在嘴尖端部404處緩沖區(qū)418具有第二寬度W2，第一寬度W1比第二寬度W2更寬。此外，方法1000包括將冷卻組件聯(lián)接1006到進(jìn)料噴射器300上以便引送冷卻流體流穿過環(huán)形冷卻通道330。 相比于公知的進(jìn)料噴射器，本文所述的方法和設(shè)備由于冷卻通道的形狀和定向而減小了進(jìn)料噴射器材料將自動(dòng)點(diǎn)火的可能性。此外，相比于公知的進(jìn)料噴射器，本文所述的方法和設(shè)備由于本文所述的冷卻通道改善了噴射器進(jìn)給組件的耐用性和穩(wěn)定性而有利于減少維護(hù)、修理以及維護(hù)成本。本文所述的方法及系統(tǒng)有利于加強(qiáng)氣化系統(tǒng)的操作。具體而言，使用如本文所述的冷卻通道有利于冷卻進(jìn)料噴射器的嘴尖部分。此外，使用如本文所述的冷卻通道有利于抑制進(jìn)料噴射器材料由于顆粒沖擊而自動(dòng)點(diǎn)火。冷卻嘴尖部分和抑制進(jìn)料噴射器點(diǎn)火改善了進(jìn)料噴射器的耐用性和穩(wěn)定性，且因此減少了與使用進(jìn)料噴射器的IGCC設(shè)備相關(guān)的維護(hù)、修理和更換成本。此外，用于冷卻如本文所述的進(jìn)料噴射器的方法及設(shè)備有利于降低與IGCC設(shè)備相關(guān)的資金成本。上文詳細(xì)描述了與IGCC設(shè)備相關(guān)的冷卻進(jìn)料噴射器的示例性實(shí)施例。這些方法、設(shè)備和系統(tǒng)不限于本文所述的特定實(shí)施例或具體示出的進(jìn)料噴射器和IGCC設(shè)備。盡管本發(fā)明根據(jù)各種具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是本發(fā)明可結(jié)合處于權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的改進(jìn)來實(shí)施。本書面說明使用了包括最佳模式的實(shí)例來公開本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員構(gòu)想出的其它實(shí)例。如果 這些其它實(shí)例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為這些實(shí)例處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合氣化系統(tǒng)(200)使用的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，所述進(jìn)料噴射器嘴尖包括 An (402)； 嘴尖端部(404)； 從所述入口至所述嘴尖端部沿縱向延伸穿過所述進(jìn)料噴射器嘴尖的流動(dòng)通路(400)，所述流動(dòng)通路由外壁(408)和內(nèi)壁(410)限定； 環(huán)形冷卻通道(330)，其大致外接所述流動(dòng)通路且從所述入口延伸至所述嘴尖端部；以及 將所述環(huán)形冷卻通道與所述流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)(418)，所述緩沖區(qū)在所述入口處具有第一寬度，所述緩沖區(qū)在所述嘴尖端部處具有第二寬度，所述第一寬度比所述第二寬度更寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述流動(dòng)通路(400)還包括構(gòu)造成用以使流體加速穿過所述流動(dòng)通路的流動(dòng)改變裝置(406)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述流動(dòng)改變裝置(406)至少為彎曲的和成角的中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述環(huán)形冷卻通道(330)還包括從所述入口(402)延伸至所述嘴尖端部(404)的冷卻通道壁(416)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述冷卻通道壁(416)從所述入口(402)至所述嘴尖端部(404)大致為平面的，所述緩沖區(qū)(418)的寬度從所述A口至所述嘴尖端部均勻地漸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述冷卻通道壁(416)為弓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)，其特征在于，所述緩沖區(qū)(418)由金屬材料和陶瓷材料中的一種制成。
8.一種氣化系統(tǒng)(200)，包括 反應(yīng)容器(302);以及 大致沿縱向延伸穿過所述反應(yīng)容器的至少一個(gè)進(jìn)料噴射器(300)，所述至少一個(gè)進(jìn)料噴射器包括 An (402)； 嘴尖端部(404)； 從所述入口至所述嘴尖端部沿縱向延伸穿過所述進(jìn)料噴射器的流動(dòng)通路(400)，所述流動(dòng)通路由外壁(408)和內(nèi)壁(410)限定； 大致外接所述流動(dòng)通路且從所述入口延伸至所述嘴尖端部的環(huán)形冷卻通道(330);以及 將所述環(huán)形冷卻通道與所述流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)(418)，所述緩沖區(qū)在所述入口處具有第一寬度，所述緩沖區(qū)在所述嘴尖端部處具有第二寬度，所述第一寬度比所述第二寬度更寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣化系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述流動(dòng)通路(400)還包括構(gòu)造成用以使流體加速穿過所述流動(dòng)通路的流動(dòng)改變裝置(406)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣化系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述流動(dòng)改變裝置(406)至少為彎曲的和成角的中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于冷卻噴射器嘴尖的方法及設(shè)備。具體而言，提供了一種結(jié)合氣化系統(tǒng)(200)使用的進(jìn)料噴射器嘴尖(312)。進(jìn)料噴射器嘴尖包括入口(402)、嘴尖端部(404)、從入口至嘴尖端部沿縱向延伸穿過進(jìn)料噴射器嘴尖的流動(dòng)通路(400)、大致外接流動(dòng)通路且從入口延伸至嘴尖端部的環(huán)形冷卻通道(330)，以及將環(huán)形冷卻通道與流動(dòng)通路隔開的緩沖區(qū)(418)，其中，流動(dòng)通路由外壁(408)和內(nèi)壁(410)限定，緩沖區(qū)在入口處具有第一寬度，緩沖區(qū)在嘴尖端部處具有第二寬度，第一寬度比第二寬度更寬。
文檔編號(hào)C10J3/56GK102676230SQ20121008152
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者B·C·施泰因豪斯, D·A·克斯勒, S·S·塔爾亞 申請人:通用電氣公司