CN105008801B

CN105008801B - 进料注射器尖端盖

Info

Publication number: CN105008801B
Application number: CN201480015419.2A
Authority: CN
Inventors: D.Y.阿肯杰尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: US20140263746A1; WO2014158751A1; US9022302B2; DE112014001327T5; CN105008801A; DE112014001327B4

Abstract

系统包括气化进料注射器(16)。气化进料注射器(16)包括：尖端部分(82)，其安置在气化进料注射器(16)的流体出口区域处；以及尖端盖(84)，其联接至气化进料注射器(16)的尖端部分(82)，并配置成在气化反应期间充当用于尖端部分(82)的热障。

Description

进料注射器尖端盖

背景技术

本文中所公开的主题涉及进料注射器，更具体地，涉及用于气化进料注射器的尖端盖。

各种反应器和/或燃烧系统采用进料注射器来将原料注射至燃烧室中。例如，整体气化联合循环(IGCC)电厂包括带有一个或更多个进料注射器的气化器。进料注射器将燃料或诸如有机原料的原料与氧气和蒸汽一起供给至气化器中，以生成合成气。通常，气化反应发生在自进料注射器起的下游。然而，特别是如果进料注射器超过一定的温度，则极接近于进料注射器的来自反应的火焰和/或热可能缩短进料注射器的寿命。例如，进料注射器可能经受朝向尖端和/或接近于火焰的其他位置而越来越高的温度。即使在使用冷却技术时，也可能因这样的高温而缩短进料注射器的寿命。

发明内容

在下文中总结在范围上与原先主张的发明相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制所主张的发明的范围，而是这些实施例旨在提供本发明的可能的形式的简短的概要。实际上，本发明可以包含可能与下文中所陈述的实施例类似或不同的各种形式。

在第一实施例中，系统包括气化进料注射器。气化进料注射器包括安置在气化进料注射器的流体出口区域处的尖端部分。尖端部分包括具有第一几何结构的第一邻接表面。系统还包括联接至气化进料注射器的尖端部分的尖端盖，其中尖端盖配置成在气化反应期间充当用于尖端部分的热障。尖端盖包括：第二邻接表面，其面向第一邻接表面且具有第二几何结构，其中第二几何结构基本上反映第一几何结构；以及外表面。外表面包括第三几何结构，其中第三几何结构相对于气化进料注射器而呈凸形。

在第二实施例中，方法包括将尖端盖联接至气化进料注射器的出口区域的尖端部分。尖端盖的厚度穿过尖端盖的主体的整个直径而变化。尖端盖配置成在气化反应期间充当用于尖端部分的热障。

在第三实施例中，设备包括具有带有第一环形开口的主体的尖端盖，并且主体的厚度沿径向地远离第一环形开口的方向增大。主体还具有安置于主体上的第一邻接表面，并且第一邻接表面具有基本上反映气化进料注射器的第二邻接表面的第二几何结构的第一几何结构。主体还包括围绕主体且径向地远离主体而周向地延伸的唇部，并且唇部具有比气化进料注射器的注射器直径更大的唇部直径。

附图说明

当参考附图来阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点，其中，遍及附图相同的字符表示相同的零件，其中：

图1是具有使用进料注射器的气化器的IGCC电厂的实施例的框图，进料注射器具有按照本实施例的尖端盖；

图2是具有尖端盖的进料注射器的实施例的轴向横截面；

图3是图2的尖端盖的实施例的正视图的图示；

图4是用高温螺钉来联接至图2的尖端盖的进料注射器的实施例的轴向横截面；

图5是用弹簧加载式调整片来联接至图2的尖端盖的进料注射器的实施例的轴向横截面；

图6是用高温粘合剂来联接至图2的尖端盖的进料注射器的实施例的轴向横截面；以及

图7是利用锥形面连接件来联接至图2的尖端盖的进料注射器的实施例的轴向横截面。

具体实施方式

将在下文中描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简要的描述，可能在说明书中未描述实际的实施方式的所有特征。应了解，在任何这样的实际的实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多实施方式特定的决策，以达到开发者的可能因实施方式而异的特定的目标，诸如对与系统相关的约束和与商业相关的约束的依从性。此外，应了解，这样的开发工作可能复杂且耗时，不过，对于得益于本公开的普通技术人员而言，将是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，词语“一”、“一个”、“这个”、“该”以及“前述”旨在意指存在一个或更多个元件。术语“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，可能还存在另外的元件。

反应器或燃烧系统可以利用进料注射器来将原料或燃料以及其他诸如氧气和水的流体注射至室中(例如，来自气化或部分燃烧)。在本讨论中，术语燃料和原料可以互换地使用，并且，可以是指用于驱动反应、气化、部分燃烧或完全燃烧的任何物质。同样地，术语反应、燃烧和气化可以互换地使用，并且，可以是指一个或更多个化学反应、燃烧和/或气化。在某些实施例中，IGCC电厂可以具有包括一个或更多个气化进料注射器的气化器。因为在气化(例如，部分燃烧)的期间发生的某些过程发生在进料注射器的尖端附近，所以尖端可能暴露于高达大约1300摄氏度(°C)的温度。另外，热燃烧气体可以返回朝向进料注射器再循环。即使在注射器由针对高温而专门设计的材料制成的实施例中，这样的高温也可能对进料注射器造成损坏。因此，可以使用不同的冷却方法来延长进料注射器的寿命。例如，进料注射器尖端可以具有供冷却剂流动的整体式冷却剂室。另外，冷却盘管可以包围进料注射器的主体，以将冷却剂运送至冷却剂室。然而，这样的方法可能是不足的，这是因为进料注射器的外表面可能暴露于热再循环气体，而进料注射器的内表面与冷却剂接触。例如，冷却剂的温度可以是大约40 °C，导致大约1260 °C的温差。这样的大的温度梯度可能导致热应力，在一些情况下，热应力可能造成进料注射器的尖端附近的裂纹。在一些实施例中，高温和温度波动可能造成尖端附近的径向裂纹。另外，由高的温度梯度引起的高的应变力可能造成周向裂纹。针对强度而设计的较厚的冷却剂室壁可以抑制传热，有助于大的温度梯度。总的说来，这样的热应力可以缩短进料注射器的寿命。

考虑到前文，所公开的实施例包括联接至气化进料注射器的尖端部分的尖端盖。尖端部分可以位于气化进料注射器的流体出口区域处，并且，在气化反应的期间，盖可以充当用于尖端部分的热障(或热屏)。在某些实施例中，尖端盖可以使尖端部分与反应区完全地分离，并且，可以包括与尖端部分中的环形开口相对应的环形开口。

现在转向附图，图1是可以产生并燃烧合成气体(即，合成气)以发电的IGCC系统10的实施例的图。如在下文中所详细地讨论的，IGCC系统10可以包括气化进料注射器的实施例，该气化进料注射器包括尖端盖，该尖端盖可以是能够耐受超过在气化反应环境中那些发现的温度的温度的热障。在某些实施例中，尖端盖可以充当牺牲热障-能够定期或酌情替换的热障。尖端盖可以当作对尖端部分的热屏，降低热疲劳并减少由此产生的表面裂纹。虽然在IGCC系统10的背景下讨论尖端盖的本实施例，但IGCC系统10用作一个非限制性的示例，并且，应当理解，尖端盖可以用于使用气化的其他类型的系统中。IGCC系统10所使用的其他元件可以包括燃料源12，燃料源12可以是气体、固体或液体，并且，可以作为用于IGCC系统的能源而利用。通过非限制性的示例，燃料源12可以包括煤、石油焦、油、生物质、木质材料、农业废物、焦油、焦炉煤气以及沥青或其他含碳物料。

燃料源12的燃料可以传递至原料制备单元14。原料制备单元14可以例如改变燃料源12的尺寸或形状以生成原料。另外，可以将水或其他合适的液体(例如，酒精)添加至原料制备单元14中的燃料源12，以创建浆液原料。在其他实施例中，未将液体添加至燃料源，因而出产干燥原料。在另外的实施例中，如果燃料源12是液体，则可以省略原料制备单元14。

接下来，可以将原料传递至进料注射器(FI)16，进料注射器16联接至气化器18(例如，紧固至气化器18和/或在气化器18内)。虽然在具有利用本文中所公开的进料注射器和进料注射器尖端盖的气化器的IGCC系统的背景下讨论本实施例，但应当注意到，气化器18只不过是可以使用带有结构支架和如在下文中所详细地讨论的多个冷却剂通道的进料注射器16的燃烧室的一个示例。实际上，可以在反应或燃烧过程可能使注射器退化的各种其他背景下利用具有本公开的尖端盖的进料注射器16。在某些实施例中，进料注射器16以这样的方式将各种进料流与气化器18结合，以便促进高效气化。具体地，气化器18可以将原料转化成合成气，例如，一氧化碳和氢气的组合。取决于所利用的气化器18的类型，可以通过在升高的压力和温度下使原料经受受控制的量的蒸汽、氧气或二氧化碳来完成该转化。气化过程可以包括原料经历热解过程，借此来加热原料。气化器18内侧的温度可以范围广地变化，并且，作为示例，取决于利用来生成原料的燃料源12，在热解过程的期间，该温度能够在大约150 °C 至700 °C的范围内变动。热解过程期间的对原料的加热可以生成固体(例如，烧焦物)和残余气体(例如，一氧化碳、氢气和氮气)。

然后，可能在气化器18中发生部分燃烧过程。燃烧可以包括将受控制的量的氧气引导至烧焦物和残余气体(例如，经由进料注射器16)。烧焦物和残余气体可以与氧气反应，以形成二氧化碳和一氧化碳，该反应为随后的气化反应提供热。作为示例，燃烧过程期间的温度可以在大约700 °C至920 °C的范围内变动。接下来，可以在气化步骤期间将蒸汽引导至气化器18中(例如，经由进料注射器16)。烧焦物可以与二氧化碳和蒸汽反应，以产生处于在大约800 °C至24 °C的范围内变动的温度的一氧化碳和氢气。本质上，气化器18利用蒸汽和氧气来允许一些原料“燃烧”以产生一氧化碳并释放能量，该能量驱动将另外的原料转化成氢气和另外的二氧化碳的二级反应。鉴于前文，应了解，进料注射器16可能经受多种多样的温度和潜在地具有腐蚀性的材料。此外，本公开的附接至进料注射器16的尖端盖可以帮助缓和这些高温气体对进料注射器16(例如，进料注射器16的尖端和/或主体)的作用。

例如，通过气化过程而生成得到的气体可以主要地包括一氧化碳和氢气以及CH₄、HC1、HF、COS、NH₃、HCN和H₂S。该得到的气体可以被称为未经处置的合成气，因为它包括例如H₂S。除了气体产物之外，气化器18还可能生成可能是湿灰材料的废物，诸如渣22。该渣22可以从气化器18去除并例如作为道路基层或作为另一建筑材料而处理掉。

可以在气化器18的下游利用气体净化器24来处理未经处置的合成气。例如，在一个实施例中，气体净化器24可以包括水汽变换反应器。气体净化器24可以使未经处置的合成气净化，以将HC1、HF、COS、HCN和H₂S从未经处置的合成气去除，并且，可以包括通过例如硫处理器28中的酸性气体去除过程而进行的硫处理器28中的硫26的分离。此外，气体净化器24可以经由水处置单元32而使盐30与未经处置的合成气分离，水处置单元32可以利用水净化技术来从未经处置的合成气生成可用的盐30。随后，来自气体净化器24的气体可以包括带有微量的例如NH₃(氨)和CH₄(甲烷)的其他化学品的已处置过的合成气(例如，硫26已从合成气去除)。

在一些实施例中，碳捕获系统34可以去除并处理合成气中所包括的含碳气体(例如，二氧化碳)。碳捕获系统34还可以包括压缩机、净化器、供给CO₂以用于隔离或增强油回收的管道、CO₂存储罐或以上设备的任何组合。然后，可以将已经历其含硫成分和大部分的二氧化碳的去除的已处置过的合成气作为可燃燃料而传输至燃气涡轮发动机38的燃烧器36，例如燃烧室。

IGCC系统10还可以包括空气分离单元(ASU)40。ASU 40可操作以通过例如蒸馏技术来将空气分离成各成分气体。ASU 40可以使氧气与从补充空气压缩机42供给的空气分离，并且，ASU 40可以将分离出的氧气传递至进料注射器16。另外，ASU 40可以将分离出的氮气传输至进料注射器16(例如，作为冷却剂20)或稀释氮气 (DGAN)压缩机44。DGAN压缩机44可以将从ASU 40接收的氮气至少压缩至适合于在燃烧器36中使用的压力级。氮气可以用作例如促进对排放的控制的稀释剂。

燃气涡轮发动机38可以包括涡轮(T)46、驱动轴48和压缩机(C)50以及燃烧器(CC)36。燃烧器36可以从压缩机50接收燃料，诸如合成气或代用天然气、压缩空气，并且，从DGAN压缩机44接收压缩氮气。燃料在燃烧器36内的燃烧创建热增压废气，该热增压废气用于驱动涡轮46，导致涡轮46使驱动轴48沿着燃气涡轮发动机38的轴线旋转。如图所示，驱动轴48连接至燃气涡轮发动机38的各种构件，包括压缩机50。驱动轴48还可以连接至负载52，负载52可以是例如电厂中的固定负载，诸如用于生产电力的发电机。实际上，负载52可以是通过燃气涡轮发动机38的旋转输出而提供动力的任何合适的装置。

IGCC系统10还可以包括蒸汽涡轮发动机(ST)54和热回收蒸汽生成(HRSG)系统56。蒸汽涡轮发动机54可以驱动第二负载58。第二负载58也可以是用于生成电力的发电机。然而，第一负载52和第二负载58两者都可以是能够由燃气涡轮发动机38和蒸汽涡轮发动机54驱动的其他类型的负载。另外，虽然如在图示的实施例中所示出的，燃气涡轮发动机38和蒸汽涡轮发动机54可以驱动分离的负载52和负载58，但燃气涡轮发动机38和蒸汽涡轮发动机54也可以串联地利用于经由单个轴而驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机54和燃气涡轮发动机38的具体配置可以是实施方式特定的，并且，可以包括各区段的任何组合。

来自燃气涡轮发动机38的加热的废气可以运输至HRSG 56中，并且，用于加热水并产生用于给蒸汽涡轮发动机54提供动力的蒸汽。可以将来自例如蒸汽涡轮发动机54的低压区段的废气引导至冷凝器60中。冷凝器60可以利用冷却塔62来将加热的水换成冷冻水。冷却塔62用来将冷水提供给冷凝器60，以帮助使从蒸汽涡轮发动机54传输至冷凝器60的蒸汽冷凝。来自冷却塔62的水还可以用作用于进料注射器16的冷却剂20，除了尖端盖之外，冷却剂20还可以用于缓和气化器中的高温对进料注射器16的作用。

另外或备选地，由HRSG 56产生的蒸汽可以作为冷却剂20而供给至气化器18或进料注射器16。气化器18内侧的热再循环气体可以热压进料注射器16，特别是进料注射器16的最靠近于燃烧室的部分(例如，进料注射器16的尖端)。此外，本实施例的进料注射器尖端盖可以通过至少部分地阻隔再循环气体，由此防止再循环气体接触进料注射器16的尖端，从而减小进料注射器16的尖端上的热应力。通过减小进料注射器16上的热应力和热疲劳，尖端盖可以延长寿命周期并降低系统10的运行成本。此外，尖端盖84允许进料注射器16是耐用的构件，其中，尖端盖84可以不时地替换，但进料注射器16可以保留比在另外的情况下可达到的时间更长的时间。

考虑到前文，图2是具有尖端部分82和可以安装在尖端部分82上的尖端盖84的进料注射器16的轴向横截面。在示出的实施例中，尖端盖84和进料注射器16沿着轴向轴线86联接，轴向轴线86纵长地穿过进料注射器16和尖端盖84的中心。此外，进料注射器16具有径向轴线87和周向轴线88。进料注射器16具有上游侧89(例如，相对于穿过进料注射器16的燃料流的上游)，可以将原料、氧气和其他材料从上游侧89引导至进料注射器16。进料注射器16还具有定位于尖端部分82上的环形开口90，在环形开口90处，原料、氧气和其他材料可以退出进料注射器16。因此，尖端部分82是在材料从进料注射器16传递至气化器18时的出口。

接下来，转向进料注射器16的通道，虽然将描述通道的一个布置，但取决于具体的系统(例如，反应器、气化器或通用燃烧系统)的要求，其他布置是可能的。在示出的实施例中，经过进料注射器16的最内的材料是氧气91(例如，从ASU 40分离的氧气)，通过由进料注射器16的第一环形壁93形成的第一氧气通道92而将氧气91引导至尖端部分82。第一氧气通道92供给氧气91，以用于在进料注射器16的尖端部分82的下游燃烧。在其他实施例中，氧气91可以包括，但不限于，纯氧、氧气混合物和空气。下一个最外的材料是燃料94，通过由进料注射器16的第二环形壁96形成的燃料通道95而将燃料94引导至尖端部分82。因此，燃料通道95(和壁96)以同轴的或同中心的布置包围第一氧气通道92(和壁93)。如在上文中关于图1所指出的，燃料94可以包括干燥燃料、浆液燃料、液体燃料、气体燃料或以上燃料的任何组合。燃料通道95将燃料94引导至来自第一氧气通道92 的氧气91的正下游，以增强燃料和氧气的混合。来自第一氧气通道92的氧气 90和燃料94结合的区域可以被称为预混区98。

下一个最外的材料是氧气91，通过由进料注射器16的第三环形壁102形成的第二氧气通道100而将氧气91引导至进料注射器16的尖端部分82。因此，第二氧气通道100 (和壁102)以同轴的或同中心的布置包围燃料通道95(和壁96)和第一氧气通道92(和壁93)。第二氧气通道100可以将氧气91引导至燃料94和来自第一氧气通道92的氧气91的混合物，以产生微细喷雾，该微细喷雾可以增强反应(例如，部分燃烧或气化)的效率。来自第二氧气通道100的氧气91也可以包括，但不限于，纯氧，氧气混合物和空气。

如所描绘的，进料注射器16的尖端盖84和尖端部分82沿着轴向轴线86彼此联接。尖端盖84可以包括允许联接至进料注射器16并保护进料注射器16的许多特征。具体地，尖端盖84可以包括，但不限于，可以与进料注射器16物理接触的内表面103、在使用期间面向燃烧/气化区的外表面104、用来阻隔来自进料注射器16的再循环气体的唇部106(例如，环形唇部)以及允许将燃料/氧化剂混合物提供给气化区的环形开口108。环形开口108可以是笔直的(参见图4-7)或锥形的(参见图2和图3)，以便阻隔或转移来自进料注射器16的热并允许燃料穿过环形开口108。

虽然尖端盖84可以由任何合适的材料构造，但在一些实施例中，尖端盖84可以由具有比进料注射器16的尖端部分82更高的热导率和更低的热膨胀系数的材料构造，诸如陶瓷基复合材料(CMC)。在其他实施例中，尖端盖84可以由热导率和/或热膨胀系数大约等于进料注射器16的热导率和/或热膨胀系数(例如，在其大约5%内)的材料构造。通过非限制性的示例，尖端盖84可以由陶瓷、复合材料或以上的组合构造，诸如碳化硅、氧化铝、氮化铝或莫来石。这些材料可以有效地传递热量离开进料注射器16的尖端部分82(例如，沿径向方向87)，结果，在气化反应的期间，尖端盖84可以充当用于尖端部分82的热障(或热屏)。

尖端盖84可以配置成联接至进料注射器16的尖端部分82 并使尖端部分82与气化器18的反应区110完全地分离。尖端盖84可以基本上与进料注射器16的尖端部分82的环形开口90同轴地定位，使得燃料可以流过进料注射器16的燃料通道95，并且，经过尖端盖84的环形开口108而到达反应区110。

当尖端盖84和进料注射器16彼此联接时，尖端盖84的内表面103可邻接进料注射器16的尖端部分82的外壁112。在一些实施例中，尖端盖84的内表面103(例如，邻接表面)可以具有基本上反映(mirror)尖端部分82的外壁112的第二几何结构(例如，在制造公差内反映)的第一几何结构。换句话说，表面103和外壁112可以基本上彼此相同地制定轮廓，以当盖84联接至注射器18时任何中间间隙极小化或基本上消除。通过具有基本上反映尖端部分82的外壁112的内表面103，尖端盖84可以阻止热气累积于尖端部分82 与尖端盖84之间。

尖端盖84的外表面104可以具有基本上与内表面103的几何结构类似的几何结构，或外表面104可以沿径向方向87向外更远地延伸，以形成唇部106。而且，在某些实施例中，外表面104可以是弯曲的，诸如朝向气化器的气化区域向外弯曲-即，相对于气化进料注射器16而呈凸形。在某些实施例中，尖端盖84的外部部分(例如，唇部106附近)可能经历比内部分(例如，环形开口108附近)更大的热应变。例如，与喷射气化试剂的开口108相对比，再循环热气更有可能接触尖端盖84的最外的部分。正因如此，尖端盖84可以设计成包括与开口108相对比而更大的最接近于唇部106的厚度(例如，用于CMC构造的更多层)。尖端盖84可以如此设计，以便包括从环形开口108至唇部106的沿径向方向87的厚度梯度。当使用CMC构造时，任何数量的层114都可以用于创建该梯度；例如，如在扩大区113中所示出的，尖端盖84的更靠近于环形开口108的部分可以由大约一至四层114组成，而如在放大区115中所示出的，尖端盖84的更远离环形开口108的部分可以由大约五至十或更多层114组成。层114可以是层压的，并且，可以具有在尖端盖84内可能均匀或不均匀的特性(例如，几何结构和/或材料组成)。例如，尖端盖84的应力或压缩载荷可能沿轴向方向86、径向方向87或周向方向88不均匀，并且因此，层114的特性可以设计成在尖端盖84内变化。

在某些实施例中，可以针对尖端盖84而将层114的材料组成设计成耐受高的机械应力或热应力。例如，层114可以由陶瓷、金属、聚合物、玻璃纤维、环氧树脂、另一合适的材料或以上材料的任何组合构造。在某些实施例中，如在上文中所指出的，层压的层114可以是陶瓷基复合材料。例如，在相邻的层114之间，材料组成可以从陶瓷至金属交替变化。在其他实施例中，层114可以是CMC材料，其中多个纤维(例如，碳化硅纤维)安置在基体材料内，该基体材料可能与用于构造纤维的材料相同，包含用于构造纤维(例如，硅/碳化硅)的材料的一个或更多个成分，或可能不同于纤维。

虽然在具有沿径向方向87变化的厚度的背景下描述并示出，但尖端盖84可以设计成具有允许尖端盖84充当屏障-热或另外的情况(例如，作为材料屏障)的任何合适的配置。例如，厚度(例如，如通过层114的数量而测量)可能基本上是恒定的，或可能以有规律的或无规律的方式改变。例如，尖端盖84可以设计成包括与其他区域相比而经历相对地更高的量的热的区域的更大的厚度。尖端盖84的增大的厚度可以提高其热阻隔能力。

此外，唇部106可以围绕尖端盖84的外表面104周向地88且径向地87延伸，以便跨越可能存在于尖端部分82 与气化器18的室之间的间隙，唇部106定位于间隙中。通过径向地87向外更远地延伸，唇部106可以至少部分地阻止热再循环气体经过尖端盖84周围并接触进料注射器16(例如，进料注射器16的主体)。结果，尖端盖84可以充当用于使尖端部分82免于接触反应区110的热和/或材料屏障。通过减小尖端部分82上的热应力，尖端盖84可以通过减小热应力而允许进料注射器16的更长的运行寿命，热应力可能形成进料注射器16中的裂纹(例如，表面裂纹)。

图3是沿着尖端盖84的轴向轴线86的正视图。如关于图2所指出的，环形开口108可以相对于进料注射器16的尖端部分82的环形开口90而以基本上同轴的布置定位。如在上文中关于图2所指出的，环形开口108可以是笔直的或锥形的。在开口108为锥形的实施例中，开口108可以具有内径132和外径133。尖端盖84的厚度可以从内径132增大至外径133。例如，尖端盖84可以由内径132附近的大约一至四层114组成，并且，尖端盖可以由大约五至十或更多层114组成。

以该方式，环形开口108的直径可以沿轴向方向86(例如，沿燃料流动路径的方向)增大。环形开口108可以具有适合于允许燃料、氧气和其他进料的期望的进料速率的直径132。通过非限制性的示例，环形开口108的直径132可以比进料注射器16的环形开口90的直径更大(例如，更大大约10%至200%、10%至90%或10%至40%)。正因如此，在来自进料注射器16的燃料流(例如，喷雾)经过环形开口108时，环形开口108可能不干扰该燃料流。虽然可能期望具有如此制定尺寸，以便允许期望的流量的环形开口108，但还可能期望具有在尺寸上接近于尖端部分82的环形开口90，以允许使尖端部分82免于接触反应区110的极大屏蔽的环形开口108。因此，环形开口108的直径132可能在开口90的直径的尺寸的大约50%内，诸如在大约30%内、在大约20%内、在大约10%内、在大约5%内或在大约1%内。环形开口108的外径133可能比环形开口108的内径132更大(例如，更大大约5%至100%、5%至50%或5%至35%)。正因如此，在来自进料注射器16的燃料流(例如，喷雾)经过环形开口108时，由于该流可以径向地87扩展，因而环形开口108可以较少地干扰该流。

虽然环形开口108的直径132可能与尖端盖84的允许流动的能力有关，但外表面104的直径134通常与尖端盖84的屏障尺寸有关，该屏障尺寸可以包括进料注射器16被尖端盖84覆盖的范围和尖端盖84阻止再循环燃烧/气化气体撞击进料注射器16的范围。虽然外表面104可以具有任何合适的尺寸、形状、厚度等，但外表面104的直径134可能小于、基本上等于或大于进料注射器16的尖端部分82的直径，尖端部分82的直径可以在进料注射器16的主体开始朝向开口90渐缩的进料注射器16的点处测量。在某些实施例中，可能期望直径134是具有足够的尺寸以在进料注射器16与气化器室壁之间延伸，进料注射器16定位于该气化器室中。例如，直径134可以完全地朝向气化器室壁延伸(例如，在允许插入和移除的公差内)，或部分地在进料注射器16的外表面与气化器室壁之间延伸。例如，直径134可使得外表面104在进料注射器16的外表面与气化器室壁之间的距离大约0%与大约100%之间延伸，其中，0%是基本上与进料注射器16的外表面齐平，并且，100%是抵靠气化器室壁。即，外表面104可以在进料注射器16的外表面与气化器室壁之间的距离的大约5%与大约95%之间、大约10%与大约90%之间、大约20%与大约80%之间或大约30%与大约70%之间延伸。

此外，在某些实施例中，尖端盖84可以由可能具有比尖端部分82更高的热导率和更低的热膨胀系数的CMC(例如，碳化硅、氧化铝、氮化铝、莫来石等)构造。由这样的材料形成的构造可以允许诸如在改造操作期间或在维修期间使用许多不同的技术来将尖端盖84紧固至尖端部分82。例如，联接技术可以包括使用高温螺纹紧固件(例如，能够耐受气化器中的温度的螺栓或螺钉)、锥形面连接件、高温粘合剂(例如，能够耐受气化器中的温度的粘合剂)、弹簧加载式调整片、闩锁、卡扣配合紧固件、过盈配合件等的使用。这些紧固技术可以允许以许多不同的方式移除、检查、维护且/或替换尖端盖84。

图4描绘了用例如螺栓或螺钉154的高温螺纹紧固件来联接至尖端部分82的尖端盖84的实施例。这些高温紧固件可以耐受高达至少1000、1500、2000、2500或更高的摄氏度的温度。虽然任何数量的这样的螺纹紧固件都可能用于将尖端盖84紧固至进料注射器16，但至少两个螺纹紧固件，诸如两个与六个之间，可以用于紧固盖84。例如，如所描绘的，两个或更多个(例如，三个)螺钉154可以沿箭头156所指示的方向穿过尖端盖84中的孔158而延伸并进入进料注射器16的尖端部分82中的相对应的孔160(例如，螺纹孔)中。在某些实施例中，孔158和孔160可以是有螺纹的，以允许螺钉154将盖84紧固至尖端部分82。螺钉154可以由高温材料构造，诸如中低碳钢、合金钢、钢、不锈钢、铝、黄铜、铜、硅青铜、钛、复合材料、陶瓷或这样的材料的任何组合。此外，螺钉154可以完全地或部分地涂有保护涂层(例如，锌、镉、锡、铜或陶瓷)，该保护涂层可以提供免受来自反应区110的热应力的进一步保护。螺钉154可以围绕尖端盖84周向地88隔开，诸如以有规律的周向间隔隔开。而且，螺钉154可以放置于唇部106与环形开口108之间的任何径向87位置处。另外，螺钉154可以在尖端盖84的外表面104上凹陷。例如，孔 158可以具有倒棱，该倒棱可以允许各螺钉154的头部162安置于尖端盖84的外表面104下面。

通过示例，在改造或维修操作的期间，技术员和/或自动化机械设备可以将进料注射器16从气化器18移除(图1)。然后，技术员/自动化机械设备可以通过将尖端盖84与进料注射器16邻接地放置并将孔158、160加工至两者中而在尖端盖84和进料注射器16中形成孔158、160。备选地，孔158、160可以分离地形成。实际上，可能期望将螺钉154用于将尖端盖84紧固至进料注射器16，以允许在使用后替换尖端盖84。例如，在使用后，技术员可以将进料注射器16和使用过的尖端盖84移除，将螺钉154旋松，并且，在合适的检查之后，在合适的情况下，在另外的维修之后，将新的或翻新的尖端盖84紧固至进料注射器16。

如在上文中所陈述的，在另一实施例中，如在图5中所描绘的，尖端盖84可以用弹簧加载式调整片170来联接至尖端部分82。在示出的实施例中，尖端部分82可以装备有任何合适的数量的调整片170，诸如一个与十个之间，两个与六个之间或两个与四个之间的数量的调整片170。按照本实施例，尖端盖84可以具有配置成在联接时接收弹簧加载式调整片170的相对应的开口172。盖84可以按压配合(例如，沿方向174按压)于尖端部分82上。在将尖端盖84朝向尖端82推动时，尖端盖84的内表面103与调整片170邻接。该邻接导致联接至调整片170的弹簧175被压缩至凹部176中。换句话说，在尖端盖84紧固至进料注射器16时，可以将调整片170及其相关联的弹簧175向内径向地87推动。一旦开口172越过调整片170，调整片170就可以向外径向地87释放至开口172中，创建将尖端盖84保留抵靠进料注射器16的锁定机构。

以与在上文中讨论的高温螺钉类似的方式，调整片170还可以允许执行改造和/或维修操作。例如，在改造操作中，技术员可以将进料注射器16从气化器18移除。进料注射器16可以被清洗等，并且，加工成包括凹部176。然后，可以将调整片170和弹簧175紧固至凹部176中，允许与具有相对应的开口172的尖端盖84的实施例一起使用。

弹簧175和/或调整片170可以如此设计，以便包括用于维修的检索机构。例如，弹簧175和/或调整片170可以是有磁性的，以便允许调整片170的回缩和随后使用过的尖端盖84从进料注射器16的移除。备选地或另外，第二氧气通道100可以包括技术员易接近的的检索机构。检索机构可以允许技术员将调整片170向内径向地87“拉动”，允许将尖端盖84从进料注射器16分离。然后，可以将尖端盖84替换或翻新并重新紧固至进料注射器16。

在图6中所描绘的另一实施例中，尖端盖84可以用高温粘合剂180来粘附至进料注射器16的尖端82。按照本实施例，高温粘合剂180可以涂敷至尖端盖84的内表面103和/或进料注射器16的外表面112，使得粘合剂180形成尖端部分82的外表面112与尖端盖84的内表面103之间的界面182。高温粘合剂180可以是即使在高温，诸如900与1200 °C之间的温度下，也可以将尖端盖84粘合至尖端部分82的低膨胀性高温合金、金属或陶瓷(例如，环氧粘合剂、尿烷粘合剂等)。

尖端盖84粘附至进料注射器16的实施例还可以允许改造和维修。例如，在改造操作中，可以将进料注射器16从气化器18移除，清洗，并且，在某些实施例中，蚀刻或铣削，以增大外表面112的表面面积。然后，可以将粘合剂180放置在进料注射器16的外表面112和/或尖端盖84的内表面103上，并且，可以将尖端盖84放置成抵靠进料注射器16达合适的时间量以允许粘合剂180的充分固化。

在已安装尖端盖84之后的维修操作中，可以将具有尖端盖84的进料注射器16从气化器18移除，并且，粘合剂可能化学地和/或物理地降解。例如，粘合剂180可以如此选择，以便诸如在合适的条件下(例如，在某一温度和压力下)使用合适的溶剂来在某些化学和/或物理条件下溶解。在其他实施例中，粘合剂180可以如此选择，以便在暴露于入射的刺激，诸如红外光或紫外光后，失去期望的量的粘合度。实际上，目前预期利用于使粘合剂180的粘合度降低或完全地退化以用于维修和/或移除的任何方法。一旦移除，然后就可以使用相同的或不同的粘合剂来替换粘合剂180。

图7是其中使用锥形面连接件188来将尖端盖84联接至进料注射器16的尖端部分82的实施例的侧视图。在示出的实施例中，尖端部分82的外表面112可以在两个或更多个位置，诸如两个与十个之间、两个与六个之间或两个与四个之间的数量的位置处包含锥形狭缝190(沿周向方向88以渐增的锯齿状成锥形)。锥形狭缝190(以虚线显示)可以围绕尖端盖84而周向地88均匀地隔开或以另一合适的布置隔开。另外，狭缝190可以包括凹部191(以虚线显示)，凹部191配置成在接合期间接收尖端盖84的相对应的合缝销192(以虚线显示)。

尖端盖84可以包括弹簧加载式合缝销192和基本上反映外尖端表面112中的狭缝190(例如，以渐增的厚度成锥形，以便允许基于按压或摩擦的配合或过盈配合)的伸出部194(以虚线显示)。此外，在尖端盖82和进料注射器16的接合的期间，弹簧加载式合缝销192可以压缩。由于在使尖端盖84沿周向方向88旋转时，合缝销192越过凹部191，因而合缝销192可以释放至凹部191中，以将尖端盖84锁定在适当的位置。

在其他实施例中，尖端盖84可能不包括合缝销192且/或进料注射器16可能不包括凹部191。因此，可以通过使伸出部194滑入与锥形狭缝190的按压配合的动作而将尖端盖84紧固至进料注射器16。因此，在某些实施例中，可以仅使用摩擦配合来将尖端盖84紧固至进料注射器16。

以与在上文中讨论的实施例类似的方式，锥形面连接件188还允许改造和/或维修。例如，在改造操作中，可以将进料注射器16从气化器18移除，清洗，并且，加工成包括锥形狭缝190和/或凹部191。然后，可以将具有伸出部194和/或合缝销192的尖端盖84的实施例紧固至进料注射器16。

在维修操作中，可以将具有尖端盖84的进料注射器16从气化器18移除。然后，可以通过使尖端盖84相对于进料注射器16而沿与用于紧固尖端盖84的周向方向相反的周向方向旋转来将尖端盖84移除。换句话说，可以将尖端盖84从进料注射器16旋开。可以将进料注射器16清洗且酌情而进一步处置。可以将尖端盖84丢弃并替换或翻新，并且，在适当的情况下，重新紧固至进料注射器16。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且，还允许任何本领域技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求定义，并且，可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有并非与权利要求的书面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的书面语言无实质差异的等效的结构元件，则这些示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims

1.一种具有进料注射器系统，包括：

气化进料注射器，其包括安置在所述气化进料注射器的流体出口区域处的尖端部分，其中所述尖端部分包括具有第一几何结构的第一邻接表面；以及

尖端盖，其联接至所述气化进料注射器的所述尖端部分，其中所述尖端盖配置成在气化反应期间充当用于所述尖端部分的热障，并且其中所述尖端盖包括：

具有第一环形开口的主体，其中所述主体的厚度沿径向地远离所述第一环形开口的方向增大；

第二邻接表面，其面向所述第一邻接表面并具有第二几何结构，其中所述第二几何结构反映所述第一几何结构；以及

外表面，其包括第三几何结构，其中所述第三几何结构相对于所述气化进料注射器而呈凸形。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端盖联接至所述尖端部分，使得所述尖端盖使所述尖端部分与配置成接收所述气化进料注射器的气化器的反应区完全地分离。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端盖包括相对于所述尖端部分的第二环形开口基本同轴地定位的第一环形开口，并且所述第一环形开口具有比所述第二环形开口更大的直径。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述尖端盖由包括多个层的陶瓷基复合物(CMC)材料构造，并且所述尖端盖的层数沿径向地远离所述第一环形开口的方向增大，以创建主体厚度的增大。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一环形开口包括第一直径和第二直径，使得所述第一环形开口是锥形的，并且其中最接近于所述第一直径的第一区域包括第一数量的层，最接近于所述第二直径的第二区域包括第二数量的层，并且所述第二数量的层大于所述第一数量的层。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述CMC材料配置成具有比所述尖端部分更高的热导率。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述CMC材料配置成具有比所述尖端部分更低的热膨胀系数。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端盖包括围绕所述尖端盖的主体并径向地远离该主体而周向延伸的唇部，并且所述唇部配置成阻止在所述气化反应期间生成的再循环气体接触所述气化进料注射器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用高温螺纹紧固件、高温粘合剂、弹簧加载式调整片、锥形面连接件或它们的任何组合来将所述尖端盖联接至所述尖端部分。

10.一种用于进料注射器的方法，包括：

将尖端盖联接至气化进料注射器的出口区域的尖端部分，其中所述尖端盖的厚度穿过所述尖端盖的主体的整个直径而变化；以及

其中所述尖端盖配置成在气化反应期间充当用于所述尖端部分的热障，并且所述主体具有第一环形开口，所述主体的厚度沿径向地远离所述第一环形开口的方向增大。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括联接所述尖端部分使得所述尖端盖使所述尖端部分与配置成接收所述气化进料注射器的气化器的反应区完全地分离。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述尖端盖联接至所述尖端部分的步骤包括将所述尖端盖相对于所述尖端部分定位，使得所述尖端盖的第一环形开口相对于所述尖端部分的第二环形开口基本同轴地定位，并且所述第一环形开口具有比所述第二环形开口更大的直径。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述尖端盖联接至所述尖端部分包括使用高温螺钉、高温粘合剂、弹簧加载式调整片或锥形面连接件来将所述尖端盖紧固至所述尖端部分。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括将所述气化进料注射器的所述尖端部分改造成包括能够接收所述高温螺钉的一个或更多个孔、能够接收弹簧加载式调整片的一个或更多个孔、或能够形成与所述尖端盖的锥形伸出部的过盈配合的锥形面、或以上的任何组合。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述尖端盖联接至所述气化进料注射器的所述出口区域的所述尖端部分包括：

将使用过的尖端盖从所述气化进料注射器移除；

翻新所述使用过的尖端盖；以及

将所述翻新过的尖端盖紧固至所述气化进料注射器。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述尖端盖联接至所述气化进料注射器的所述出口区域的所述尖端部分包括用新的尖端盖替换联接至所述气化进料注射器的使用过的尖端盖。

17.一种具有进料注射器的设备，包括：

尖端盖，包括：

主体，其具有第一环形开口，其中所述主体的厚度沿径向地远离所述第一环形开口的方向增大；

第一邻接表面，其安置在所述主体上，其中所述第一邻接表面具有反映气化进料注射器的第二邻接表面的第二几何结构的第一几何结构；以及

唇部，其围绕所述主体且径向地远离所述主体而周向地延伸，其中所述唇部具有比所述气化进料注射器的注射器直径更大的唇部直径。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述尖端盖由陶瓷基复合物(CMC)材料构造。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述CMC材料包括碳化硅CMC。