CN105316044B - 进料喷射器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及进料喷射器系统。一种系统包括可对气化器供应给料的进料喷射器。进料喷射器包括：一个或多个导管，其朝具有出口的末梢部分延伸；联接到末梢部分上的冷却盘管；以及保护壳，其包括第一保护壳部分，第一保护壳部分联接到第二保护壳部分上。保护壳包围末梢部分，以及一个或多个导管和冷却盘管的至少一部分。进料喷射器还包括沿着进料喷射器的外周缘设置的一个或多个安装结构。该一个或多个安装结构可有利于联接第一保护壳部分、第二保护壳部分和进料喷射器。

Description

进料喷射器系统
技术领域
本文公开的主题涉及进料喷射器，并且更特别地，涉及用于气化进料喷射器的保护壳。
背景技术
各种各样的反应器和/或燃烧系统采用进料喷射器来将给料喷射到反应器或燃烧室中。例如，整体气化联合循环(IGCC)功率装置包括具有一个或多个进料喷射器的气化器。进料喷射器将燃料或给料(诸如有机给料)以及氧和蒸汽供应到气化器中，产生合成气。一般而言，在进料喷射器的下游发生气化反应。但是，在进料喷射器附近的反应产生的火焰和/或热可缩短进料喷射器的寿命，特别是如果进料喷射器超过某些温度的话。例如，进料喷射器可朝向末梢(例如喷嘴)和/或接近火焰的其它位置遭受越来越高的温度。另外，合成气内的腐蚀性成分(例如硫、氯化物等)可使进料喷射器腐蚀。因而，即使是使用了冷却技术，进料喷射器的寿命也可能由于这种高温和腐蚀性材料而缩短。
发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制声明的发明的范围，这些实施例而是仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的各种形式。
在一个实施例中，提供一种系统。系统包括可对气化器供应给料的进料喷射器。进料喷射器包括：一个或多个导管，其朝具有出口的末梢部分延伸；联接到末梢部分上的冷却盘管；以及保护壳，其包括第一保护壳部分，第一保护壳部分联接到第二保护壳部分上。保护壳包围末梢部分，以及一个或多个导管和冷却盘管的至少部分。进料喷射器还包括沿着进料喷射器的外周缘设置的一个或多个安装结构。一个或多个安装结构可有利于联接第一保护壳部分、第二保护壳部分和进料喷射器。
在第二实施例中，提供一种系统。系统包括保护壳，保护壳可包围一个或多个导管和进料喷射器的末梢部分。保护壳包括中心膛孔、围绕中心膛孔联接在一起的第一壳部分和第二壳部分、沿着第一壳部分和第二壳部分之间的交接部设置的第一凹部和第二凹部。第一凹部和第二凹部可与沿着进料喷射器的外周缘设置的一个或多个结构板对齐。保护壳进一步包括沿着保护壳的内壁设置的通道。通道可接收联接到末梢部分上的冷却盘管。
在第三实施例中，提供一种方法。方法包括将保护壳的第一壳部分和第二壳部分附连到进料喷射器的外周缘上。保护壳包围一个或多个导管和进料喷射器的末梢部分，而且附连第一壳部分和第二壳部分包括使设置在进料喷射器的周缘上的第一结构板和第二结构板与沿着第一壳部分和第二壳部分之间的交接部的一个或多个凹部对齐，以及固定第一壳部分、第二壳部分和第一结构板和第二结构板，以形成可阻止合成气接触外周缘和末梢部分的保护壳。
技术方案1. 一种系统，包括：
构造成将给料供应给气化器的进料喷射器，其中，所述进料喷射器包括：
一个或多个导管，其朝具有出口的末梢部分延伸；
联接到所述末梢部分上的冷却盘管；
保护壳，其包括第一保护壳部分，所述第一保护壳部分联接到第二保护壳部分上，其中，所述保护壳包围所述末梢部分，以及所述一个或多个导管和所述冷却盘管的至少部分；以及
沿着所述进料喷射器的外周缘设置的一个或多个安装结构，其中，所述一个或多个安装结构构造成使得能够联接所述第一保护壳部分、所述第二保护壳部分和所述进料喷射器。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述保护壳包括构造成接收所述一个或多个导管和所述末梢部分的中心膛孔。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述保护壳的一部分延伸超过所述末梢部分的下游端，并且朝向所述出口在沿径向向内的方向上与所述末梢部分交迭。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个安装结构包括结构板，所述结构板设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个的内侧壁上的第一凹部内，并且所述内侧壁与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分之间的交接部重合。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述冷却盘管的至少一部分设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个的内侧壁上的第二凹部内，并且所述内侧壁与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分之间的交接部重合。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个安装结构包括构造成与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个中的对应的通路对齐的一个或多个开口。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括延伸通过一个或多个通路和一个或多个开口的一个或多个紧固件，以固定所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分和所述一个或多个安装结构。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个内的加强件。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述保护壳包括与所述进料喷射器的出口对齐的壳出口，并且所述保护壳与所述末梢部分交迭，直到所述壳出口。
技术方案10. 一种系统，包括：
构造成包围一个或多个导管和进料喷射器的末梢部分的保护壳，其中，所述保护壳包括：
中心膛孔；
第一壳部分和第二壳部分，它们围绕所述中心膛孔联接在一起；
沿着所述第一壳部分和所述第二壳部分之间的交接部设置的第一凹部和第二凹部，其中，所述第一凹部和所述第二凹部构造成与沿着所述进料喷射器的外周缘设置的结构板对齐；以及
沿着所述保护壳的内壁设置的通道，其中，所述通道构造成接收联接到所述末梢部分上的冷却盘管。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分各自包括加强件。
技术方案13. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述保护壳的一部分延伸超过所述末梢部分的下游端，并且朝向所述出口在沿径向向内的方向上与所述末梢部分交迭。
技术方案14. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述结构板沿径向突出远离所述进料喷射器的外周缘。
技术方案15. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述系统包括延伸通过所述第一壳部分和所述第二壳部分中的开口的多个紧固件，以使所述第一壳部分和所述第二壳部分彼此固定。
技术方案16. 一种方法，包括：
将保护壳的第一壳部分和第二壳部分附连到的进料喷射器的外周缘上，其中，所述保护壳包围一个或多个导管和所述进料喷射器的末梢部分，并且附连所述第一壳部分和所述第二壳部分包括：
使设置在所述进料喷射器的外周缘上的第一结构板和第二结构板与沿着所述第一壳部分和所述第二壳部分之间的交接部的一个或多个凹部对齐；以及
固定所述第一壳部分、所述第二壳部分和所述第一结构板和所述第二结构板，以形成所述保护壳，所述保护壳构造成阻止合成气接触所述外周缘和所述末梢部分。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法包括将联接到所述末梢部分上的冷却盘管定位在沿着所述保护壳的内壁设置的通道内。
技术方案18. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，固定包括用多个紧固件紧固所述第一壳部分和所述第二壳部分，所述多个紧固件延伸通过所述第一壳部分和所述第二壳部分中的开口。
技术方案19. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分可移除地附连到所述进料喷射器上。
技术方案20. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分是两个独立的结构。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在图中，相同符号表示相同部件，其中：
图1是包括进料喷射器的气化系统的实施例的示意性框图；
图2是联接到保护壳上的图1的进料喷射器的实施例的局部横截面图；
图3是联接到图1的气化器上的图2的进料喷射器的实施例的局部横截面图；
图4是图2的进料喷射器的凹陷插管(bayonet)的实施例的局部横截面图；
图5是可用于图2的进料喷射器的圆柱形环的实施例；
图6是可用于图2的进料喷射器的连结式圆柱形环的实施例；
图7是可用于图2的进料喷射器的多区段保护壳的保护壳部分的实施例的透视图；
图8是图7的保护壳部分的实施例的透视图；
图9是联接到图2的进料喷射器上的多区段保护壳的实施例的分解透视图；以及
图10是包围图2的进料喷射器的保护壳的实施例的透视图。
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
反应器或气化系统可利用进料喷射器来将给料或燃料和诸如氧和水的其它流体喷射到腔室(例如用于进行气化或部分氧化的气化腔室)中。在本论述中，用语燃料和给料可互换使用，而且可表示用来驱动反应、气化、部分氧化或完全氧化的任何物质。同样，用语反应、氧化和气化可互换使用，而且可表示一个或多个化学反应、氧化和/或气化。在某些实施例中，IGCC功率装置可具有气化器，气化器包括一个或多个气化进料喷射器。因为在气化期间发生的某些过程 (例如部分氧化)在进料喷射器的末梢(例如流体出口或喷嘴)和插管(例如导管或空心本体)附近及其周围进行，所以末梢和插管可暴露于高达大约1300摄氏度(℃)的温度。另外，热燃烧气体(例如未经处理的合成气)可再循环回到进料喷射器。即使在喷射器由特别针对高温设计的材料制成的实施例中，这样的高温可导致进料喷射器退化。另外，含硫给料的气化可导致末梢和插管腐蚀，因为硫与进料喷射器表面相互作用，或者要不然由于来自气化器内产生的未经处理的合成气的腐蚀性材料的原因。可利用冷却方法，通过冷却进料喷射器的末梢，来增加进料喷射器的寿命。但是，这样的方法可能是不够的，因为进料喷射器的外表面(例如外部插管)可暴露于热的再循环气体。此外，冷却方法不可减轻末梢和/或外部插管由于硫攻击而腐蚀。在启动、正常运行、减速和停机状况期间的温度变化可引起热膨胀和疲劳，导致末梢附近有径向和/或周向裂纹。类似地，腐蚀性材料可对暴露于气化区的进料喷射器表面引起侵蚀和剥落(例如碎裂、破碎)，进一步缩短进料喷射器的寿命。因此，如下面详细论述的那样，目前的实施例包括设计成减轻由于温度升高和引起腐蚀的材料(例如硫)所产生的不合需要的作用的保护壳。
现在转到附图，图1是IGCC系统100的实施例，IGCC系统100可产生合成气来产生功率。如下面详细论述的那样，IGCC系统100可包括进料喷射器的实施例，进料喷射器包括保护壳，保护壳可为能够经受住超过气化反应环境中出现的那些的温度的热阻隔件(例如隔热壳)。在某些实施例中，保护壳可用作牺牲热阻隔件(例如每隔一定时间或在合适时更换的牺牲热阻隔件)。保护壳可用作进料喷射器的热障，减少热疲劳和表面裂纹。另外，保护壳(例如抗腐蚀壳)可防止进料喷射器表面被腐蚀。虽然在IGCC系统100的语境中论述保护壳的实施例，但使用IGCC系统100作为一个非限制性示例，而且应当理解的是，可在其中使用气化的其它类型的系统中使用保护壳。由IGCC系统100使用的其它元件可包括给料102(例如燃料)，给料102可为气体、固体或液体，而且可用作IGCC系统的能源。以非限制性示例的方式，给料102可包括煤、石油焦炭、油、生物质量、木基材料、农业废料、柏油、焦炉煤气和沥青，或者其它含碳物。
给料102的燃料可传送到给料准备单元104。给料准备单元104例如可重新设置燃料的大小或形状，以产生给料102。另外，可在给料准备单元104中对给料102添加水或其它适当的液体(例如酒精)，以产生浆料给料。在其它实施例中，不对给料102添加液体，因而产生干给料。在另外的实施例中，如果给料102为液体，则可省略给料准备单元104。
联接到气化器108上(例如固定到气化器108上和/或固定到气化器108内)的进料喷射器106将给料102从给料准备单元104输送到气化器108。虽然在具有利用本文公开的进料喷射器和保护壳的气化器的IGCC系统的语境中论述目前的实施例，但应注意的是，气化器108仅仅是可与下面详细论述的结构支承件和多个冷却剂通路一起使用进料喷射器106的燃烧室的一个示例。实际上，具有本公开的保护壳的进料喷射器106可用于其中反应或燃烧过程可使喷射器退化的许多其它语境中。在某些实施例中，进料喷射器106结合通往气化器108的各种给料流，使得促进高效气化。特别地，气化器108可将给料102转换成合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。可通过使给料102在升高的压力和温度下经受受控制的量的蒸汽、氧或二氧化碳来实现这个转换，压力和温度取决于所利用的气化器108的类型。气化过程可包括使给料102经历高温分解过程，由此给料102被加热。气化器108内部的温度可有很大改变，而且作为示例，在高温分解过程期间，温度变化范围为大约150℃至700℃，这取决于所利用的给料102。在高温分解过程期间加热给料102可产生固体(例如炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢和氮)。
然后可在气化器108中进行部分氧化过程。氧化可包括将受控制的量的氧引入到炭和残余气体(例如通过进料喷射器106)。炭和残余气体可与氧反应，形成二氧化碳和一氧化碳，这对后面的气化反应提供热。作为示例，部分燃烧过程期间的温度的范围可为大约700℃至920℃。接下来，蒸汽可在气化步骤期间引入到气化器108中(例如通过进料喷射器106)。炭可与二氧化碳和蒸汽反应，产生一氧化碳和氢，它们处于范围为大约800℃至2400℃的温度。本质上，气化器108利用蒸汽和氧来允许一些给料部分地氧化，以产生一氧化碳和释放能量，该能量驱动第二反应，第二反应将另一种给料(例如给料102)转换成氢和额外的二氧化碳。考虑到前述内容，应当理解的是，进料喷射器106可遭受多种温度，而且很可能遭受腐蚀性材料。再次，本公开的附连到进料喷射器106上的保护壳可帮助减轻这些高温气体对进料喷射器106(例如进料喷射器106的末梢和/或本体)的影响。
例如，由气化过程产生的最终气体可主要包括一氧化碳和氢，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S。这个最终气体可称为未经处理的合成气(例如未经处理的合成气110)，因为它包括例如H2S。除了气态产物，气化器108还可产生废料，诸如渣料112，废料可为湿灰材料。这个渣料112可从气化器108中移除且被处置为例如路基或另一种建筑材料。
可在气化器108的下游利用气体净化器114来处理未经处理的合成气110。气体净化器114可洗涤未经处理的合成气，以从未经处理的合成气中移除HCl、HF、COS、HCN和H2S，而且气体净化器114可包括硫处理器118，以通过例如硫处理器118中的酸性气体移除过程来移除硫120。此外，气体净化器114可通过水处理单元124从未经处理的合成气中分离出盐122，水处理单元124可利用水净化技术来从未经处理的合成气110中产生可使用的盐122。随后，来自气体净化器114的气体可包括经处理的合成气126(例如硫120已经从合成气中移除)，其具有少量其它化学物质，例如NH3(氨)和CH4(甲烷)。
经处理的合成气126可传输到功率块130。例如，功率块130可包括燃气涡轮发动机的燃烧器，燃烧器可利用经处理的合成气126作为可燃燃料。燃气涡轮发动机可驱动诸如发电机的负载，以产生电功率。在某些实施例中，功率块130还可包括热回收蒸汽发生器(HRSG)。HRSG可对气化器108提供蒸汽132，在气化过程期间可利用蒸汽132。
另外，热回收蒸汽发生器可对蒸汽涡轮发动机(例如由蒸汽涡轮驱动的发电机)提供蒸汽，以产生功率。另外或备选地，由HRSG产生的蒸汽可作为冷却剂142供应到进料喷射器106。气化器108内部的热的再循环气体可对进料喷射器106施加热应力，特别是对进料喷射器106的最接近燃烧室的部分(例如进料喷射器106的末梢)施加热应力。再次，目前的实施例的进料喷射器保护壳可通过至少部分地阻挡再循环气体，从而使再循环气体不接触进料喷射器106，来降低进料喷射器106上的热应力和腐蚀。通过降低进料喷射器106上的热应力和热疲劳，保护壳可延长系统100的寿命周期，以及降低系统100的运行成本。
IGCC系统100可进一步包括空气分离单元(ASU)138。ASU 138可运行来例如用蒸馏技术将空气分成组成气体。ASU 138可从补充空气压缩机对其供应的空气中分离出氧140，而且ASU 138可将分离出的氧140传送到进料喷射器106。另外，ASU 138可将分离出的氮144传输到进料喷射器106(例如作为冷却剂142)。
考虑到前述内容，图2是进料喷射器106的轴向横截面，进料喷射器106具有保护壳200(例如一件或多件式分段保护壳)，保护壳包围进料喷射器106的一个或多个插管(例如导管或空心本体)。已经省略了进料喷射器106的某些特征，以有利于讨论图2。进料喷射器106可具有轴向轴线或方向202、远离轴线202的径向轴线或方向204，以及围绕轴线202的周向轴线或方向206。保护壳200可沿着轴向轴线202通过一个或多个结构板208和210(例如安装结构)联接到进料喷射器106上，如将在下面参照图9更详细地描述的那样。结构板208和210还可包括一个或多个开口212，以有利于联接进料喷射器106和保护壳200。进料喷射器具有上游侧214(例如相对于通过进料喷射器106的燃料流)，气化成分(例如燃料源102、氧140和其它材料)可从上游侧214引入到进料喷射器106。进料喷射器106还包括定位在进料喷射器末梢220(例如流体出口或喷嘴)处的环形开口218，在那里，气化成分可通过保护壳开口222离开进料喷射器106，如箭头224指示的那样。
进料喷射器106可包括一个或多个插管(例如流体导管、空心本体或喷射器)，插管对给料102、氧140和进入气化器106的其它气化材料提供通路。虽然将描述通路的一个布置，但其它布置是可行的，这取决于特定系统(例如反应器、气化器或一般的氧化系统)的要求。在示出的实施例中，传送通过进料喷射器106的最内部的材料是氧140(例如从ASU 138中分离出的氧)，氧140被第一通路226引导到进料喷射器末梢220，第一通路226由进料喷射器106的第一环形壁228(例如第一流体导管)形成。应当注意，氧140可包括纯氧、氧混合物和/或空气。次最外部的材料可为给料102，给料102被第二通路230引导到进料喷射器末梢220，第二通路230由第二环形壁232(例如第二流体导管)形成。第二通路230按同轴或同心布置包围第一通路226。类似于第一通路224，第二通路230(例如导管232)将给料102引导到来自第一通路226的氧140的下游不远处，以在给料102进入气化器108之前，加强给料102和氧140的混合。给料102和氧140在其中结合的区域可称为喉部或预混合区234。
进料喷射器106还可包括第三环形壁238(例如第三流体导管)，第三环形壁238形成第三通路242。因而，第三通路242(例如导管238)按同轴和/或同心布置包围第一通路226(例如导管228)和第二通路230(例如导管232)。如应当注意的那样，第三环形壁238与进料喷射器106的外部插管壁244重合(或可描述成重合)，并且从而形成具有外部插管直径248的插管246。第三通路242可将其它气化材料(例如蒸汽)或额外的氧(例如氧140)引导到来自预混合区234的给料102和氧140的混合物。因而，进料喷射器106可产生细雾，这可提高气化器108中的气化反应(例如部分氧化)的效率。在示出的实施例中，保护壳200沿轴向方向202延伸经过进料喷射器末梢220。但是，在其它实施例中，保护壳开口222可与进料喷射器末梢220齐平。
图3是进料喷射器106的局部横截面图，进料喷射器106包括联接到气化器108上的保护壳200。进料喷射器106可包括有利于与气化器108联接的额外构件。例如，进料喷射器106包括安装喷射器的凸缘300(例如环形凸缘)，凸缘300联接到气化器凸缘302上，并且将进料喷射器106固定到(例如通过栓接接头)气化器108上。如上面论述的那样，进料喷射器106在气化系统100的运行期间可暴露于高于700℃的温度。因此，进料喷射器106可包括多个冷却通路，冷却通路使冷却剂(例如液体冷却剂142，诸如水)流向进料喷射器末梢220，以有利于在气化期间冷却末梢。例如，在示出的实施例中，进料喷射器106包括冷却盘管308，冷却盘管308将冷却剂142供应到一个或多个冷却盘管通道310，冷却盘管通道310包围(例如沿着轴线206)进料喷射器末梢220的至少一部分。在某些实施例中，冷却盘管通道310还可包围在进料喷射器末梢220上方的插管246的一部分。进料喷射器末梢220包括末梢入口端口312(例如径向端口)和末梢出口端口314(例如径向端口)，它们各自分别联接到对应的入口通路316和出口通路318上。因而，冷却剂142可循环进入和离开进料喷射器末梢220，如由箭头320指示的那样。照这样，冷却剂142可冷却进料喷射器末梢220，以及减小气化温度对进料喷射器末梢220的影响。因而，进料喷射器末梢220可具有延长的寿命。在其它实施例中，冷却盘管308的一部分可围绕进料喷射器末梢220的外表面沿周向(例如轴线206)缠绕(例如形成螺旋管和/或盘管)。冷却盘管308可由耐热和耐腐蚀性材料制成，诸如(但不限于)镍铬合金，例如INCONEL®600、INCONEL®625、INCOLOY®800和INCOLOY®825，或者任何其它适当的材料及其组合。在某些实施例中，冷却盘管308可包括抗腐蚀性涂层(例如氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化铬、碳化钨)。冷却盘管308还可在表面上缠有或涂有燃尽性材料，以在联接保护壳200和进料喷射器106的期间提供滑动面。在燃尽性材料在进料喷射器的运行期间燃烧或蒸发时，其在冷却盘管308和冷却盘管凹部424的表面之间提供间隙。这可降低与热膨胀相关联的冷却盘管疲劳，并且从而减小在使用期间的冷却盘管表面上的应力。燃尽性材料的示例包括聚酯、乙烯基酯、环氧树脂或燃尽性纸，或者任何其它适当的材料或它们的组合。
除了冷却盘管308，保护壳200还可保护插管246和进料喷射器末梢220免受气化器108内的气化环境的影响。如上面论述的那样，参照图2，保护壳200沿周向包围(例如围绕轴线206)插管246的至少一部分和进料喷射器末梢220。保护壳200可用作物理阻隔件、热阻隔件、化学阻隔件或者它们的任何组合。在某些实施例中，保护壳200可覆盖(例如沿轴向202和沿周向206)在气化器凸缘302下方的插管246的大约75%或更多。例如，保护壳200可覆盖在气化器凸缘302下面的进料喷射器106的大于或等于大约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或100%。可用于保护壳200的材料的示例包括(但不限于)耐火材料、耐火金属、非金属材料、粘土、陶瓷、混凝土和铝、硅、镁、钙的氧化物和它们的组合。
通过用保护壳200包围进料喷射器106，保护壳200可减轻进料喷射器末梢220和插管246的热应力和腐蚀。例如，保护壳200可降低进料喷射器106可暴露的温度。另外，保护壳200可防止在给料102气化期间产生的腐蚀性材料(例如硫、氯化物等)碰到或以别的方式接触插管246和进料喷射器末梢220。因此，进料喷射器106(例如插管246和进料喷射器末梢220)的总寿命可延长。有利地，与气化系统100相关联的运行成本可降低，因为不那么频繁地更换进料喷射器末梢。此外，大体用来制造进料喷射器末梢220和插管246的材料可由不那么昂贵的材料代替，从而进一步降低气化系统100的总成本。可用来制造进料喷射器末梢220和插管246的材料的示例包括(但不限于)镍铬合金，诸如INCONEL®600、INCONEL®625、INCOLOY®800和INCOLOY®825，或者任何其它适当的材料及其组合。如应当注意的那样，进料喷射器末梢220和插管246还可具有抗腐蚀性涂层(例如氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化铬、碳化钨)。
保护阻隔件200可通过栓接接头连接或任何其它适当的方法固定到进料喷射器106上。如上面论述的那样，保护壳200可通过结构板208和210附连到进料喷射器106上。结构板208和210可沿径向(例如轴线204)从插管246延伸，并且可定位成直接在彼此对面(例如沿着径向轴线204彼此间隔开180°)。结构板208和210各自可为单独部件，它们焊接、栓接、通过螺钉连接或以别的方式固定到外部插管壁244上。这可有利于对已经在保护壳200中使用的进料喷射器进行改造。在某些实施例中，外部插管壁244可包括一个或多个凹部或凹槽330(例如安装结构)，如图4中示出的那样，以有利于使结构板208和210与保护壳200联接和对齐。在某些实施例中，外部插管壁244可不包括任何凹部或凹槽330(例如安装结构)。在某些实施例中，插管246可具有用于各个结构板(例如结构板208和210)的凹部330。也就是说，凹部330可在外部插管壁244的要固定结构板208和210的部分上。照这样，各个结构板可部分地插入到对应的凹部330中，并且使用任何适当的方法(例如焊接、螺栓连结等)固定。
在某些实施例中，结构板208和210可为单个结构的一部分。图5示出圆柱形环340，其包括结构板208和210。圆柱形环340包括支承结构板208和210(例如沿径向突出的板，其沿着轴向平面延伸)的本体342(例如环形本体)和膛孔344，以有利于联接圆柱形环340与进料喷射器106。膛孔344可具有内径348，内径348至少等于外部插管直径248。在使用中，插管246插入到膛孔344中，使得圆柱形环340包围插管246的一部分。
图6示出圆柱形环的实施例。在这个实施例中，连结式圆柱形环350(例如铰接式环形环)包括铰接件352(例如沿着轴向轴线202)，铰接件352允许连结式圆柱形环350沿径向方向(例如轴线204)打开第一环节段351和第二环节段353(例如环半部)，如箭头354指示的那样。这可有利于将连结式圆柱形环350联接到进料喷射器106上。侧壁356和358可在与插管246联接之前或之后焊接或栓接在一起。类似于图5的圆柱形环340，连结式圆柱形环350可焊接、栓接或通过螺钉连接到插管246上。在某些实施例中，连结式圆柱形环350插入到凹部330中，例如在凹部330沿周向(例如轴线206)包围插管246的实施例中。
如上面论述的那样，进料喷射器106包括保护壳200，以减小气化条件(例如高温和腐蚀性环境)对进料喷射器末梢220和插管246的影响。保护壳200可由耐火材料制成(例如高或稠密的氧化铝、碳化硅、在碳化硅基质复合物中的硅纤维或硅须晶或它们的组合)。因此，保护壳200可包括有利于联接到进料喷射器106上的多个特征。例如，保护壳200可包括多个保护壳部分(例如节段)，诸如第一保护壳部分和第二保护壳部分。在某些实施例中，第一和第二保护壳部分可为单个结构。在其它实施例中，第一和第二保护壳部分可为独立的结构。通过具有两个独立的半部(或多个节段)，可在更换进料喷射器末梢(例如进料喷射器末梢220)的期间容易地移除保护壳200。另外，这种构造可有利于对目前用于保护壳200的进料喷射器进行改造。图7示出多区段保护壳的第一保护壳部分400。为了有利于论述图7，将仅参照第一保护壳部分400。但要理解的是，第二保护壳部分包括类似于第一保护壳部分400的特征和构造。第一保护壳部分400包括壳本体402，壳本体402具有可与外部插管壁244进行物理接触的内壳表面404(例如环形表面或半环形表面)和在使用期间面向气化器108的气化区的外壳表面406。在某些实施例中，外壳表面406可包括沿周向分布的槽口或凹部，槽口或凹部可降低在气化器108内产生的未经处理的合成气110的速度。另外，内壳壁410可具有圆角(例如圆形)边缘411，以减少可随着时间的推移在保护壳200上形成的裂纹的破裂传播。
第一保护壳部分400还包括进料喷射器通路408，进料喷射器通路408具有径向宽度412，径向宽度412至少等于或大于外部插管直径248。因而，外部插管壁244可与内壳表面404接触。进料喷射器通路408还可具有在壳终止端418(例如轴向端)处或其附近的锥形部分416，锥形部分416设计成与进料喷射器末梢220一致。因而，在锥形部分416处的径向宽度412朝壳终止端418减小。在某些实施例中，壳终止端418延伸经过锥形部分416。照这样，当保护壳200联接到进料喷射器106上时，进料喷射器末梢220不与气化温度和未经处理的合成气110直接接触。壳终止端418包括第一壳部分开口420，当第一保护壳部分400和第二保护壳部分彼此联接时，第一壳部分开口420部分地形成保护壳开口222，如将在下面参照图9描述的那样。在示出的实施例中，第一壳部分开口420具有锥形构造(例如圆锥形或弯曲的环形轮廓)，使得第一壳部分开口420的宽度朝壳终止端418增大(例如沿下游流向扩散)。这可有利于使气化成分(例如给料102和氧140)散布到气化器108中。但是，第一壳部分开口420可具有任何其它适当的构造(例如在某些实施例中是非锥形的)。
除了进料喷射器通路408，第一壳部分400可包括在内壳壁410上的冷却盘管凹部424，以容纳冷却盘管308和末梢入口端口316和出口端口318。冷却盘管凹部424具有至少大约等于冷却盘管308和/或末梢入口端口316和末梢出口端口318的宽度的宽度。如上面论述的那样，保护壳200可通过结构板208和210固定到进料喷射器106上。因此，内壳壁410还可包括一个或多个板凹部430(例如沿着轴向平面延伸的径向外侧凹部)。在联接保护壳200和进料喷射器106的期间，结构板208和210可插入到相应的板凹部430中。这可有利于将第一保护壳部分400与对应的第二保护壳部分对齐和定位在进料喷射器106上。另外，通过在各个相应的板凹部430中具有结构板208和210，一旦组装在进料喷射器106上，保护壳200可形成紧密密封件432，如图10中示出的那样。因此，可阻止未经处理的合成气110进入保护壳200和接触进料喷射器106。如应当注意的那样，内壳壁410可包括额外的凹部，以支承可用于保护壳200和进料喷射器106的其它构件(例如密封件、垫圈等)。
为了有利于将保护壳200联接和固定到结构板208和210上，第一保护壳部分400包括一个或多个外壳壁开口434和内壳壁开口436。各组外壳壁开口434和内壳壁开口436分别由内壳通道(例如通路)440联接，内壳通道440延伸(例如沿着轴线204)通过壳本体402。如下面更详细地论述的那样，参照图9，当保护壳200联接到进料喷射器106上时，外壳壁开口434和内壳壁开口436分别直接与结构板开口212对齐。
在某些实施例中，保护壳200可具有结构支承件或增强件，以提供结构刚性。因此，保护壳200可包括一个或多个加强件446。在制造各个保护壳部分(例如第一保护壳部分400)的期间，在用保护壳耐火材料填充模具之前，可将加强件446置于模具的内部。照这样，加强件446可完全被保护壳耐火材料包围，而且可结合到壳本体402中，如图8中示出的那样。加强件446包括与外壳壁开口434和内壳壁开口436对齐的加强件开口448。虽然在示出的实施例中，加强件446具有笼状构造(例如联接在一起的轴向支承件和周向支承件的网或网格)，但加强件446可具有提高保护壳200的结构刚性的任何其它适当的构造。在某些实施例中，长度449小于壳长度450。例如，加强件446可具有长度449，长度449比壳长度450小大约10%、20%、30%、40%、50%、60%或者小更多。加强件446可由耐压和耐温材料制成，诸如(但不限于)不锈钢(诸如SS310和SS316L)、镍铬合金，诸如INCONEL®600、INCONEL®625、INCOLOY®800、INCOLOY®825，或者任何其它适当的材料，或者它们的组合。如应当注意的那样，加强件446还可包括有利于制造和控制成本的其它材料(例如填料、树脂)。在其它实施例中，在倒入模具中之前，可对加强件材料掺加(例如混合)耐火材料。在特定实施例中，可使用或不使用加强件446。
如上面论述的那样，保护壳200包围进料喷射器106的一个或多个插管(例如插管246)。图9是示出将保护壳200组装在进料喷射器106上的过程的分解透视图。在示出的实施例中，第一保护壳部分400和第二保护壳部分500与冷却盘管308和结构板208和210对齐。例如，冷却盘管凹部424与冷却盘管308和冷却入口端口316和冷却出口端口318对齐。各个保护壳部分(例如第一保护壳部分400和第二保护壳部分500)的板凹部430还与相应的结构板208和210对齐。通过将冷却盘管308定位在第一保护壳部分400和第二保护壳部分500之间的交接部502处，冷却盘管308可阻止未经处理合成气110泄漏到保护壳200中。但是，如果未经处理的合成气110在使用期间泄漏到保护壳200中，则冷却盘管308可用作额外的阻隔件，以阻止未经处理的合成气接触外部插管壁244。另外，冷却盘管308可冷却可泄漏到保护壳200中的任何未经处理的合成气110。因而，可到达外部插管壁244或进料喷射器末梢220的任何未经处理的合成气110可不影响进料喷射器106的耐用性和寿命。例如，冷却的未经处理的合成气可不在进料喷射器末梢220或插管246上引起热应力，而未经处理的高温合成气110本来可引起热应力。此外，由于冷却盘管308由耐腐蚀性材料制成，或者可包括抗腐蚀性涂层，所以还可减小可与未经处理的合成气110混合的腐蚀性成分的不合需要的影响。在某些实施例中，吹扫气体可在保护壳200和外部插管壁244之间的空间中流动。
在对齐第一保护壳部分400和第二保护壳部分500之前、期间或之后，可将固定硬件504(例如螺栓、螺钉、杆等)插入到结构板开口212中。固定硬件504可具有至少大约等于外壳宽度508的长度，如图10中示出的那样。因而，固定硬件504可完全穿过各个相应的保护壳半部400和500的内壳通道440。如应当注意的那样，可首先将固定硬件504(例如带螺纹杆)插入到第一保护壳部分400的内壳通道440中，并且将其推过对应的第二保护壳部分500的相应的结构板开口212和内壳通道440。
一旦插入到相应的开口(例如开口212、434和436)中，可移除的紧固件510(例如螺母)可联接到相应的固定硬件504(例如带螺纹杆)上。如应当注意的那样，在固定硬件504联接到可移除的紧固件510(例如螺母)上之前，额外的硬件(例如衬垫等)可设置在固定硬件504上。在某些实施例中，固定硬件504可在两端处带螺纹，使得在将保护壳200组装在进料喷射器106上的期间，可移除的紧固件510可联接到固定硬件504的各端上。在其它实施例中，固定硬件504可具有用于与可移除的紧固件510联接的带凸缘端和带螺纹端。照这样，第一保护壳部分400和第二保护壳部分500分别联接到进料喷射器106上，如图10中示出的那样。因此，可阻止或减少气化器108的高温和腐蚀性环境导致的进料喷射器插管(例如插管246)和进料喷射器末梢(例如进料喷射器末梢220)的退化。因此，可不那么频繁地更换进料喷射器插管和末梢，而且还可用不那么昂贵的材料制造它们。因而，进料喷射器106和气化系统(例如气化系统100)的制造成本和运行成本分别可降低。另外，通过使用固定杆504和可移除的紧固件510来固定保护壳200，在进料喷射器维护(例如清洁)或更换(例如进料喷射器末梢更换)期间，可容易地移除保护壳200。如应当注意的那样，油进料喷射器可比浆料进料喷射器具有更长的寿命(例如超过一年)。因此，油进料喷射器可具有不那么高的维护要求，而且可不用那么频繁地更换。因此，在给料102为油的实施例中，保护壳200可由单个部件形成，并且焊接到插管246上，且因而不可移除。
固定硬件504和可移除的紧固件510可由用于冷却盘管308的类似的高温和抗腐蚀性材料制成。材料的示例包括(但不限于)镍铬合金，诸如INCONEL®600、INCONEL®625、INCOLOY®800和INCOLOY®825，或者任何其它适当的材料，或者它们的组合。在某些实施例中，固定硬件504和可移除的紧固件510可涂有抗腐蚀性材料。外壳壁开口434还可填充(例如密封、插塞)有耐火材料，以阻止未经处理的合成气110接触壳硬件(例如固定硬件504和可移除的紧固件510)和泄漏到保护壳200中。在使保护壳200与进料喷射器106脱开的期间，可移除外壳壁开口434中的耐火材料，以接近可移除的紧固件510。如应当注意的那样，在将保护壳200固定到进料喷射器106上之前、期间或之后，可将固定硬件504切割成任何期望长度。因此，固定硬件504可不暴露于气化区，而且外壳壁开口434可填充有耐火材料。
如上面描述的那样，进料喷射器106的某些实施例包括用保护壳200包围进料喷射器插管(例如插管246)的一部分和进料喷射器末梢220。保护壳200可减少或阻止未经处理的高温合成气110接触进料喷射器外表面(例如进料喷射器末梢220和插管246)。因而，进料喷射器末梢220和插管246可不暴露于气化区，而且可减小与在气化期间产生的高气化温度和腐蚀性材料相关联的不合需要的影响。通过联接进料喷射器106与保护壳200，可延长进料喷射器106(例如进料喷射器末梢220和插管246)的总寿命。此外，进料喷射器末梢220和插管246可由不那么昂贵的材料制成，并且从而降低进料喷射器106和气化系统100的总制造成本和运行成本。另外，保护壳200的构造有利于进料喷射器末梢更换，而且可针对现有进料喷射器轻易地对保护壳200进行改造。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何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，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种系统，包括：
构造成将给料供应给气化器的进料喷射器，其中，所述进料喷射器包括：
一个或多个导管，其朝具有出口的末梢部分延伸；
联接到所述末梢部分上的冷却盘管；
保护壳，其包括第一保护壳部分，所述第一保护壳部分联接到第二保护壳部分上，其中，所述保护壳包围所述末梢部分，以及所述一个或多个导管和所述冷却盘管的至少部分；以及
沿着所述进料喷射器的外周缘设置的一个或多个安装结构，其中，所述一个或多个安装结构构造成使得能够联接所述第一保护壳部分、所述第二保护壳部分和所述进料喷射器；
其中，所述一个或多个安装结构包括结构板，所述结构板设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个的内侧壁上的第一凹部内，并且所述内侧壁与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分之间的交接部重合。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护壳包括构造成接收所述一个或多个导管和所述末梢部分的中心膛孔。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护壳的一部分延伸超过所述末梢部分的下游端，并且朝向所述出口在沿径向向内的方向上与所述末梢部分交迭。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却盘管的至少一部分设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个的内侧壁上的第二凹部内，并且所述内侧壁与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分之间的交接部重合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个安装结构包括构造成与所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个中的对应的通路对齐的一个或多个开口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括延伸通过一个或多个通路和一个或多个开口的一个或多个紧固件，以固定所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分和所述一个或多个安装结构。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述第一保护壳部分和所述第二保护壳部分中的各个内的加强件。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护壳包括与所述进料喷射器的出口对齐的壳出口，并且所述保护壳与所述末梢部分交迭，直到所述壳出口。
9.一种系统，包括：
构造成包围一个或多个导管和进料喷射器的末梢部分的保护壳，其中，所述保护壳包括：
中心膛孔；
第一壳部分和第二壳部分，它们围绕所述中心膛孔联接在一起；
沿着所述第一壳部分和所述第二壳部分之间的交接部设置的第一凹部和第二凹部，其中，所述第一凹部和所述第二凹部构造成与沿着所述进料喷射器的外周缘设置的结构板对齐；以及
沿着所述保护壳的内壁设置的通道，其中，所述通道构造成接收联接到所述末梢部分上的冷却盘管。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分各自包括加强件。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述保护壳的一部分延伸超过所述末梢部分的下游端，并且朝向所述末梢部分的出口在沿径向向内的方向上与所述末梢部分交迭。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述结构板沿径向突出远离所述进料喷射器的外周缘。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括延伸通过所述第一壳部分和所述第二壳部分中的开口的多个紧固件，以使所述第一壳部分和所述第二壳部分彼此固定。
14.一种方法，包括：
将保护壳的第一壳部分和第二壳部分附连到的进料喷射器的外周缘上，其中，所述保护壳包围一个或多个导管和所述进料喷射器的末梢部分，并且附连所述第一壳部分和所述第二壳部分包括：
使设置在所述进料喷射器的外周缘上的第一结构板和第二结构板与沿着所述第一壳部分和所述第二壳部分之间的交接部的一个或多个凹部对齐；以及
固定所述第一壳部分、所述第二壳部分和所述第一结构板和所述第二结构板，以形成所述保护壳，所述保护壳构造成阻止合成气接触所述外周缘和所述末梢部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括将联接到所述末梢部分上的冷却盘管定位在沿着所述保护壳的内壁设置的通道内。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，固定包括用多个紧固件紧固所述第一壳部分和所述第二壳部分，所述多个紧固件延伸通过所述第一壳部分和所述第二壳部分中的开口。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分可移除地附连到所述进料喷射器上。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分是两个独立的结构。
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