CN106062480A - 用于气化系统的进料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种用于气化系统的进料喷射器。进料喷射器可包括限定其中的内进料通路的内管、限定其中的中间进料通路的中间管，以及限定其中的外进料通路的外管。外管可包括附接至彼此的外管管路部分和外管末梢部分，且外管末梢部分可由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。本公开内容还提供了操作气化系统的进料喷射器的相关方法和相关的整体气化联合循环发电设备。

Description

用于气化系统的进料喷射器
技术领域
本申请及所得专利大体上涉及气化系统，并且更具体地涉及用于气化系统来解决开裂、腐蚀和侵蚀的风险的进料喷射器。
背景技术
气化系统可用于各种应用，包括化学生产系统和电力系统。例如，联合循环发电系统大体上可包括气化系统，其与燃气涡轮发动机和其它构件整体结合来产生功率。气化系统可包括气化器，其构造成在其中接收燃料、空气/氧、蒸汽和可能的其它材料的混合物，以产生称为"合成气"的部分氧化的气体。所得的合成气最终可被引导至联合循环发电系统的其它构件，诸如燃气涡轮发动机的燃烧器，以用于其中的燃烧。
气化系统还可包括构造成雾化和混合燃料、空气/氧、蒸汽和其它可能的材料且将混合物输送至气化器的反应区的进料喷射器。在操作期间，进料喷射器可经历气化器内的极端温度。具体而言，可延伸到气化器的反应区中的进料喷射器的末梢可暴露于达到大约2600℉(1427℃)的气化反应温度。此高温可妨碍进料喷射器的有效操作，且可缩短进料喷射器末梢的使用寿命。此外，进料喷射器可暴露于气化器内产生的合成气中载有的腐蚀性元素，导致称为"硫腐蚀"的效果。随时间过去，此腐蚀还可妨碍进料喷射器的有效操作，且可缩短进料喷射器末梢的使用寿命。
为了保护进料喷射器免受高反应温度的不利效果，某些气化系统可包括闭环水冷却系统，以将冷却水提供至进料喷射器末梢。然而，闭环水冷却系统可制造复杂且操作昂贵。此外，冷却系统的使用可产生局部应变区域，且可导致进料喷射器末梢的开裂。具体而言，内部空气/氧通路与进料喷射器末梢周围的内部冷却水通路之间的金属温度可相比于沿暴露于反应区的进料喷射器末梢的外表面的金属温度相对低。例如，温差可为大约十(10)倍左右的倍数。金属的刚性随温度升高而降低，且因此沿较热外表面的金属可比沿较冷内表面的金属更细长，导致了其间的高热应变和应力的区域。随时间过去，高热应变和应力的该区域可导致进料喷射器末梢的开裂或对其的其它破坏。此开裂还可由跨过进料喷射器末梢的压差引起的机械应力促进。最终，进料喷射器末梢的开裂可允许合成气穿透到冷却水通路中，且污染其中的水，需要气化系统昂贵且耗时的停机和进料喷射器的替换。
某些进料喷射器可包括一定数目的卡销式管(bayonet-style tube)，其以同心方式布置且限定穿过其间的一定数目的同心进料通路。例如，进料喷射器可包括三个管，外管、中间管和内管，其分别限定外进料通路、中间进料通路和内进料通路。根据某些布置，外进料通路和内进料通路各自可输送空气/氧的流，且中间进料通路可输送诸如油、气体或煤浆的燃料流。以此方式，管可经历穿过其间的空气/氧的流的高压和高速，这可妨碍管的有效操作且可缩短管的使用寿命。此外，当燃料流为煤浆时，管可由以高速行进的煤颗粒冲击，导致称为"浆侵蚀"的效果。此侵蚀可在管的末梢处特别显著，随时间过去增大末梢开口，且因此降低煤浆的流速和进料喷射器的总体性能。
根据某些卡销式进料喷射器，各个管均可包括管路部分和例如通过焊接紧固到另一个上的末梢部分。以此方式，末梢部分可由于如上文所述那样可发生的开裂、腐蚀或侵蚀而定期替换。然而，末梢部分的替换可能需要气化系统的昂贵且耗时的停机，且可能在气化系统包括例如通过焊接连接到末梢部分上的冷却系统时特别复杂。此外，替换末梢部分的成本可能由于甚至暂时忍受气化系统操作期间经历的高温、高压和速度所需的昂贵材料而显著。
因此，期望构造成将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物输送至气化系统的气化器的改善的进料喷射器。具体而言，此进料喷射器应当解决进料喷射器末梢的开裂、腐蚀和侵蚀的风险，以延长进料喷射器的使用寿命，同时在气化系统的操作期间经历的高温、高压和速度下提供可接受的可操作性。此外，此进料喷射器应当降低制造和操作进料喷射器的复杂性和成本。此外，此进料喷射器应当减小其替换频率和持续时间，且因此应当减少气化系统和使用其的整个系统(诸如联合循环发电系统)的昂贵的停机。
发明内容
本申请及所得的专利因此提供了一种用于气化系统的进料喷射器。进料喷射器可包括限定其中的内进料通路的内管、限定其中的中间进料通路的中间管，以及限定其中的外进料通路的外管。外管可包括附接到彼此上的外管管路部分和外管末梢部分，且外管末梢部分可由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
本申请和所得的专利还提供了一种操作气化系统的进料喷射器的方法。该方法可包括以下步骤：引导第一空气流穿过限定在内管内的内进料通路、引导燃料流穿过限定在中间管内的中间进料通路、引导第二空气流穿过限定在外管内的外进料通路，以及使第一空气流、第二空气流和燃料流在气化器的反应区内混合来产生合成气。外管可包括附接到彼此上的外管管路部分和外管末梢部分，且外管末梢部分可由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
本申请及所得的专利还提供了一种整体气化联合循环发电设备。发电设备可包括燃气涡轮发动机，其包括压缩机、与压缩机连通的燃烧器，以及与燃烧器连通的涡轮。发电设备还可包括气化系统，其包括气化器和进料喷射器。进料喷射器可包括限定其中的内进料通路的内管、限定其中的中间进料通路的中间管，以及限定其中的外进料通路的外管。外管可包括附接到彼此上的外管管路部分和外管末梢部分，且外管末梢部分可由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
在连同若干附图和所附权利要求时查阅以下详细描述后，本申请和所得专利的这些及其它特征和改善对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1为包括燃气涡轮发动机和气化系统的整体气化联合循环发电设备的部分的示意图。
图2为可用于图1的整体气化联合循环发电设备的气化系统中的已知进料喷射器的侧部平面视图。
图3为图2的已知进料喷射器的端部平面视图。
图4为图2的已知进料喷射器的部分的详细侧部截面视图。
图5为可如本文所述且可用于图1的整体气化联合循环发电设备的气化系统的进料喷射器的侧部平面视图。
图6为图5的进料喷射器的端部平面视图。
图7为图5的进料喷射器的部分的详细侧部截面视图。
图8为可如本文所述且可用于图1的整体气化联合循环发电设备的气化系统的另一个进料喷射器的侧部平面视图。
图9为图8的进料喷射器的端部平面视图。
图10为图8的进料喷射器的部分的详细侧部截面视图。
具体实施方式
现在参看附图，其中相似的数字表示若干视图各处的相似元件，图1示出了可在本文中使用的整体气化联合循环("IGCC")发电设备100的部分的示意图。关于本文所述的主题的仅那些构件出于简化目的示出。整个IGCC发电设备100可具有许多其它构造，且可包括除图1中所示的那些和本文在下文中所述的那些外的许多其它类型的构件。
IGCC发电设备100可包括一个或更多个燃气涡轮发动机110。如已知那样，燃气涡轮发动机110可包括压缩机114。压缩机114压缩空气118的进入流。压缩机114将空气118的压缩流输送至燃烧器122。燃烧器122使空气118的压缩流与燃料126的加压流混合，且点燃混合物来产生燃烧气流130。尽管仅示出了单个燃烧器122，但燃气涡轮发动机110可包括任何数目的燃烧器122。燃烧气体130的流继而又输送至涡轮134。燃烧气流130驱动涡轮134以便产生机械功。在涡轮134中产生的机械功经由轴138驱动压缩机114，以及外部负载142(诸如发电机等)。燃气涡轮发动机110可具有许多其它构造，且可包括许多其它类型的构件。
燃气涡轮发动机110可为由General Electric公司(Schenectady, New York)提供的一定数目的不同燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于诸如7或9系列重载燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机110可具有不同构造，且可包括其它类型的构件。其它类型的燃气涡轮发动机也可在本文中使用。燃气涡轮发动机110可使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其它类型的燃料和其组合。IGCC发电设备100可包括多个燃气涡轮发动机110、其它类型的涡轮，以及其它类型的发电设备。
IGCC发电设备100还可包括气化系统146，其构造成产生由燃气涡轮发动机110的燃烧器122使用的燃料流126。气化系统146可包括气化器150，其构造成接收燃料、空气/氧、蒸汽和可能的其它材料的混合物来在限定于其中的反应区154内产生合成气。气化系统146还可包括进料喷射器158，其构造成雾化和混合燃料、空气/氧、蒸汽和其它可能的材料，且将混合物输送至气化器150的反应区154。
如图所示，进料喷射器158可与燃料源162连通来从其接收燃料流166，诸如油、气体或煤浆。进料喷射器158还可与空气源连通，诸如用于从其接收空气流174(诸如氧)的空气分离单元170。空气分离单元170可与涡轮134连通来从其接收抽取空气流178。在一些实施例中，进料喷射器158还可与蒸汽源182连通来从其接收蒸汽流186。如图所示，进料喷射器158的末梢部分可延伸到反应区154中，以将燃料、空气/氧、蒸汽和其它可能材料的混合物输送至其。
气化器150可经由根据若干已知技术中的一者执行的部分氧化过程来产生粗合成气流190。如图所示，粗合成气流190可被引导至酸性气体除去系统194。酸性气体除去系统194可从粗合成气190除去二氧化碳、硫化氢(H2S)和其它气体。具体而言，酸性气体可经由催化过程、溶剂或其它已知技术除去。以此方式，酸性气体除去系统194可产生清洁的合成气流，其可用作引导至燃气涡轮发动机110的燃烧器122的燃料流126来以上文所述的方式或其它方式燃烧。
气化系统146可具有许多其它构造，且可包括许多其它类型的构件来执行产生和调节清洁合成气流的附加步骤。具体而言，一定数目的其它步骤可在气化器150与酸性气体除去系统194之间执行，诸如颗粒洗涤、冷却、水解、水煤气变换、汞除去和其它步骤。同样，清洁合成气加热和加湿可在酸性气体除去系统194与燃气涡轮发动机110的燃烧器122之间执行。
图2-4示出了可用于IGCC发电设备100的气化系统146中的已知进料喷射器200的各种视图。进料喷射器200可包括构造成定位在气化器150外侧且接收燃料流166、空气流174和蒸汽流186来雾化和混合的上游部分202。进料喷射器200还可包括下游部分204，其构造成定位在气化器150的内侧且将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物经由末梢端206输送至反应区154。进料喷射器200还可包括安装凸缘208，其构造成将进料喷射器200安装到气化器150上，使得上游部分204定位在气化器150的外侧，且下游部分206定位在气化器150的内侧来用于操作。安装凸缘208可在其中限定一定数目的安装孔210，以用于将安装凸缘208经由一定数目的螺栓、螺钉或其它紧固件连接到气化器150上。
根据已知构造，进料喷射器200可包括以同心方式布置且限定穿过其间的一定数目的同心进料通路的一定数目的卡销式管。具体而言，进料喷射器200可包括三个管，外管212、中间管214和内管216，其分别限定外进料通路222、中间进料通路224和内进料通路226。如图所示，外管212和外进料通路222可从进料喷射器200的末梢端206延伸至外管联接件232。以类似方式，中间管214和中间进料通路224可从进料喷射器200的末梢端206延伸至中间管联接件234。最终，内管216和内进料通路226可从进料喷射器200的末梢端206延伸至内管联接件232。进料喷射器200可包括限定任何数目的进料通路的任何数目的管。
进料喷射器200还可包括沿进料喷射器200的上游部分202分别附接到外管212、中间管214和内管216上的外管入口242、中间管入口244和内管入口246。外管入口242可构造成将空气流174的第一部分引导至外进料通路222来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，外管入口242还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到外进料通路222中。中间管入口244可构造成将燃料流166引导到中间进料通路224中来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，中间管入口244还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到中间进料通路224中。内管入口246可构造成将空气流174的第二部分引导到内进料通路226中来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，内管入口246还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到内进料通路226中。
如图所示，进料喷射器200的卡销式管可各自包括管路部分和通过焊接紧固到彼此上的末梢部分。具体而言，外管212可包括外管管路部分252和外管末梢部分262，中间管214可包括中间管管路部分254和中间管末梢部分264，且内管216可包括内管管路部分256和内管末梢部分266。以此方式，管的末梢部分可由于在进料喷射器200的操作期间可如本文在上文所述那样发生的开裂、腐蚀或侵蚀而定期替换。在一些实施例中，一个或更多个管可包括构造成保持管和进料通路的同心布置的一个或更多个定心翅片(centering fin)。例如，中间管214可包括附接到中间管末梢部分264上的中间管定心翅片274，且内管216可包括附接到内管末梢部分266上的内管定心翅片276。定心翅片例如可通过焊接来附接到相应的末梢部分上。
进料喷射器200还可包括构造成使冷却水流围绕进料喷射器200的下游部分204循环的水冷却系统280。水冷却系统280可包括水冷却入口282、水冷却出口284和水冷却盘管286。如图所示，水冷却盘管286可围绕进料喷射器200的末梢端206附近的外管212定位。以此方式，冷却水循环穿过水冷却盘管286可便于进料喷射器200操作期间冷却管的末梢部分，特别是外管末梢部分262。如图所示，水冷却盘管286可例如通过焊接附接到限定在外管末梢部分262的环形区域294中的水冷却通路292。
进料喷射器200的构件传统地可由各种金属或金属合金形成。例如，安装凸缘208可由SA182 F11 C12铬钼合金形成，外管管路部分252可由INCONEL 625镍铬合金形成，外管末梢部分262可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金或UMCO 50钴铬合金形成，中间管末梢部分264可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成，内管末梢部分266可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成，且水冷却盘管286可由INCONEL 625镍铬合金形成。如本文在上文所述，这些构件大体上可锻造、加工且然后焊接在一起。
图5-7示出了可如本文所述且可用于IGCC发电设备100的气化系统146中的进料喷射器300的各种视图。尽管进料喷射器300可在本文中描述为用于IGCC发电设备100，但将理解的是，进料喷射器300可用于各种化学生产系统和电力系统的气化系统中。进料喷射器300可包括对应于参照进料喷射器200所述的那些的某些构件，但结构和功能上的某些差异可在本文的下文中描述。进料喷射器300可包括构造成定位在气化器150外侧且接收燃料流166、空气流174和蒸汽流186来雾化和混合的上游部分302。进料喷射器300还可包括下游部分304，其构造成定位在气化器150的内侧且将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物经由末梢端306输送至反应区154。进料喷射器300还可包括安装凸缘308，其构造成用于将进料喷射器300安装到气化器150上，使得上游部分304定位在气化器150的外侧，且下游部分306定位在气化器150的内侧来用于操作。安装凸缘308可在其中限定一定数目的安装孔310，以用于将安装凸缘308经由一定数目的螺栓、螺钉或其它紧固件连接到气化器150上。
进料喷射器300可包括一定数目的卡销式管，其以同心方式布置且限定穿过其间的一定数目的同心进料通路。具体而言，进料喷射器300可包括三个管，外管312、中间管314和内管316，其分别限定外进料通路322、中间进料通路324和内进料通路326。如图所示，外管312和外进料通路322可从进料喷射器300的末梢端306延伸至外管联接件332。以类似方式，中间管314和中间进料通路324可从进料喷射器300的末梢端306延伸至中间管联接件334。最终，内管316和内进料通路326可从进料喷射器300的末梢端306延伸至内管联接件332。进料喷射器300可包括限定任何数目的进料通路的任何数目的管。
进料喷射器300还可包括沿进料喷射器300的上游部分302分别附接到外管312、中间管314和内管316上的外管入口342、中间管入口344和内管入口346。外管入口342可构造成将空气流174的第一部分引导至外进料通路322来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，外管入口342还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到外进料通路322中。中间管入口344可构造成将燃料流166引导到中间进料通路324中来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，中间管入口344还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到中间进料通路324中。内管入口346可构造成将空气流174的第二部分引导到内进料通路326中来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，内管入口346还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到内进料通路326中。
如图所示，进料喷射器300的卡销式管可各自包括管路部分和紧固到管路部分上的末梢部分。具体而言，外管312可包括外管管路部分352和外管末梢部分362，其可以以本文在下文详述的方式紧固到外管管路部分352上。中间管314可包括中间管管路部分354和例如通过焊接紧固到中间管管路部分354上的中间管末梢部分364。内管316类似地可包括内管管路部分356和例如通过焊接紧固到内管管路部分356上的内管末梢部分366。以此方式，管的末梢部分可由于在进料喷射器300的操作期间可如本文在上文所述那样发生的开裂、腐蚀或侵蚀而在需要时替换。在一些实施例中，一个或更多个管可包括构造成保持管和进料通路的同心布置的一个或更多个定心翅片。例如，中间管314可包括从中间管末梢部分364延伸的中间管定心翅片374，且内管316可包括从内管末梢部分366延伸的内管定心翅片376。在一些实施例中，定心翅片可与相应的末梢部分整体结合形成为单个构件。作为备选，定心翅片可例如通过焊接附接到相应的末梢部分上。
外管末梢部分362可包括具有锥形喷嘴形状的末梢区域380、具有盘形的凸缘区域382，以及具有在末梢区域380与凸缘区域382之间延伸的管状形状的管路区域384。如图所示，外管末梢部分362的末梢区域380、凸缘区域382和管路区域384可整体结合形成为单个构件。外管管路部分352还可包括凸缘区域386，其具有盘形，且紧固到外管末梢部分362的凸缘区域382上。具体而言，如图所示，外管管路部分352和外管末梢部分362可经由延伸穿过限定在相应的凸缘区域382,386中的匹配孔390的一定数目的螺栓、螺钉或其它紧固件388紧固到彼此上。作为备选，外管管路部分352和外管末梢部分362可经由在相应凸缘区域382,386上延伸的一个或更多个夹具紧固到彼此上。
如图所示，进料喷射器300的一个或更多个卡销式管可包括附接到其末梢部分上的末梢插入件或末梢覆盖物。在一些实施例中，中间管314可包括附接到中间管末梢部分364上的中间管末梢插入件392。具体而言，如图所示，中间管末梢插入件392可压配合到中间管末梢部分364内。以此方式，中间管末梢插入件392可符合中间管末梢部分364的内表面，且可在内表面与中间进料通路324之间延伸。因此，中间管末梢插入件392可用作中间管末梢部分364与引导穿过中间进料通路324的燃料流166之间的隔层来防止中间管末梢部分364的侵蚀。以类似方式，内管316可包括内管末梢覆盖物(未示出)，其可压配合在内管末梢部分366的外表面上。因此，内管末梢覆盖物可用作内管末梢部分366与引导穿过中间进料通路324的燃料流之间的隔层，以防止内管末梢部分366的侵蚀。尽管末梢插入件和末梢覆盖物的特定实施例可在本文中描述为分别应用于中间管314和内管316，但应当清楚的是，进料喷射器300的任何管都可包括以类似方式构造的末梢插入件或末梢覆盖物。管的末梢插入件或末梢覆盖物可由于在进料喷射器300的操作期间如本文在上文所述那样发生的开裂、腐蚀或侵蚀而在需要时替换。
进料喷射器300的某些构件可由各种金属或金属合金形成。例如，安装凸缘308可由SA182 Fl l C12铬钼合金形成，外管管路部分352可由INCONEL 625镍铬合金或INCONEL600镍铬合金形成，中间管末梢部分364可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成，且内管末梢部分366可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成。如本文在上文所述，这些构件大体上可锻造、加工且焊接在一起。
相比于金属或金属合金构件，进料喷射器300的某些构件可由各种陶瓷材料形成。例如，外管末梢部分362可由陶瓷基质复合物形成，其包括嵌入陶瓷基质中来形成纤维增强陶瓷的一致的成组陶瓷纤维。以此方式，当外管末梢部分362的末梢区域380、凸缘区域382和管路区域384整体结合形成为单个构件时，一致的成组陶瓷纤维延伸穿过外管末梢部分362的区域380,382,384。具体而言，陶瓷基质复合物可为熔体渗透的SiC/SiC基质复合物。作为备选，陶瓷基质复合物可为C/SiC基质复合物、Al/SiC基质复合物或Mg/SiC基质复合物。在其它实施例中，外管末梢部分362可由烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。管的末梢插入件或末梢覆盖物可由陶瓷复合物形成。在一些实施例中，中间管末梢插入件392可由氧化铝陶瓷复合物形成。作为备选，中间管末梢插入件392可由石墨/SiC基质复合物、氧化铝/SiC基质复合物或Kevlar/SiC基质复合物形成。其它类型的适合的陶瓷材料可在本文中用于外管末梢部分362、中间管末梢插入件392或进料喷射器300的其它构件。
本文所述的进料喷射器300因此提供了改善的进料喷射器，其构造成将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物输送至气化系统146的气化器150。具体而言，由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成的外管末梢部分362相比于由HAYNESS 188或类似材料形成的已知进料喷射器的外管末梢部分，提供了改善的蠕变延伸和对高温、热冲击、腐蚀和侵蚀的抵抗性。此外，由陶瓷复合物形成的中间管末梢插入件392提供抗侵蚀隔层来保护中间管末梢部分364免受煤颗粒冲击。以此方式，进料喷射器300解决了开裂、腐蚀和侵蚀的风险，以延长外管末梢部分362和中间管末梢部分364的使用寿命，且因此减小了其替换频率。此外，由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成的外管末梢部分362消除了对已知进料喷射器所需的水冷却系统的需要，且因此极大地减小了制造和操作进料喷射器300的复杂性和成本。此外，进料喷射器300提供了将外管末梢部分362紧固到外管管路部分352上的简化手段，这便于在需要时快速替换外管末梢部分362，而不焊接构件。以此方式，进料喷射器300减少了此替换的持续时间，且因此还减少了气化系统146和使用其的整个系统(诸如IGCC发电设备100)的昂贵停机时间。
图8-10示出了可如本文所述且可用于IGCC发电设备100的气化系统146中的另一个进料喷射器400的各种视图。尽管进料喷射器400可在本文中描述为用于IGCC发电设备100，但将理解的是，进料喷射器400可用于各种化学生产系统和电力系统的气化系统中。进料喷射器400可包括对应于参照进料喷射器200所述的那些的某些构件，但结构和功能上的某些差异可在本文的下文中描述。进料喷射器400可包括构造成定位在气化器150的外侧且接收燃料流166、空气流174和蒸汽流186来雾化和混合的上游部分402。进料喷射器400还可包括下游部分404，其构造成定位在气化器150的内侧且将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物经由末梢端406输送至反应区154。进料喷射器400还可包括安装凸缘408，其构造成用于将进料喷射器400安装到气化器150上，使得上游部分404定位在气化器150的外侧，且下游部分406定位在气化器150的内侧来用于操作。安装凸缘408可在其中限定一定数目的安装孔410，以用于将安装凸缘408经由一定数目的螺栓、螺钉或其它紧固件连接到气化器150上。
进料喷射器400可包括一定数目的卡销式管，其以同心方式布置且限定穿过其间的一定数目的同心进料通路。具体而言，进料喷射器400可包括三个管，外管412、中间管414和内管416，其分别限定外进料通路422、中间进料通路424和内进料通路426。如图所示，外管412和外进料通路422可从进料喷射器400的末梢端406延伸至外管联接件432。以类似方式，中间管414和中间进料通路424可从进料喷射器400的末梢端406延伸至中间管联接件434。最终，内管416和内进料通路426可从进料喷射器400的末梢端406延伸至内管联接件432。进料喷射器400可包括限定任何数目的进料通路的任何数目的管。
进料喷射器400还可包括沿进料喷射器400的上游部分402分别附接到外管412、中间管414和内管416上的外管入口442、中间管入口444和内管入口446。外管入口442可构造成将空气流174的第一部分引导至外进料通路422来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，外管入口442还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到外进料通路422中。中间管入口444可构造成将燃料流166引导到中间进料通路424中来穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，中间管入口444还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到中间进料通路424中。内管入口446可构造成将空气流174的第二部分引导到内进料通路426中来用于穿过其间且进入气化器150中。在一些实施例中，内管入口446还可构造成将蒸汽流186的一部分引导到内进料通路426中。
如图所示，进料喷射器400的卡销式管可各自包括管路部分和紧固到管路部分上的末梢部分。具体而言，外管412可包括外管管路部分452和外管末梢部分462，其可以以本文在下文详述的方式紧固到外管管路部分452上。中间管414可包括中间管管路部分454和例如通过焊接紧固到中间管管路部分454上的中间管末梢部分464。内管416类似地可包括内管管路部分456和例如通过焊接紧固到内管管路部分456上的内管末梢部分466。以此方式，管的末梢部分可由于在进料喷射器400的操作期间如本文在上文所述那样发生的开裂、腐蚀或侵蚀而在需要时替换。在一些实施例中，一个或更多个管可包括构造成保持管和进料通路的同心布置的一个或更多个定心翅片。例如，中间管414可包括从中间管末梢部分464延伸的中间管定心翅片474，且内管416可包括从内管末梢部分466延伸的内管定心翅片476。在一些实施例中，定心翅片可与相应的末梢部分整体结合形成为单个构件。作为备选，定心翅片可例如通过焊接附接到相应的末梢部分上。
外管末梢部分462可包括具有锥形喷嘴形状的末梢区域480、具有盘形的凸缘区域482，以及具有在末梢区域480与凸缘区域482之间延伸的管状形状的管路区域484。在一些实施例中，外管末梢部分462还可包括防护区域486，其具有沿径向向外延伸和定位在末梢区域480的正上游的盘形状。以此方式，防护区域486可朝气化器150的颈部延伸，且可构造成防止夹杂的热循环气体在气化器150的操作期间进入颈部区域。如图所示，外管末梢部分462的末梢区域480、凸缘区域482、管路区域484和防护区域486可整体结合形成为单个构件。如图所示，外管末梢部分462可紧固到安装凸缘408上。具体而言，外管末梢部分462可经由延伸穿过限定在外管末梢部分462的凸缘区域482中的安装孔410和匹配孔490的一定数目的螺栓、螺钉或其它紧固件488紧固到安装凸缘408上。作为备选，外管末梢部分462和安装凸缘408可经由一个或更多个夹具紧固到彼此上。基于凸缘区域482和安装凸缘408的布置，外管末梢部分462可构造成在进料喷射器400操作期间用作用于安装凸缘408的热障层。在一些实施例中，中间管末梢部分464和/或内管末梢部分466可以以类似于外管末梢部分462的方式构造，包括整体结合形成为单个构件且紧固到安装凸缘408上的末梢区域、凸缘区域和管路区域。
进料喷射器400的某些构件可由各种金属或金属合金形成。例如，安装凸缘408可由SA182 F11 C12铬钼合金形成，外管管路部分452可由INCONEL 625镍铬合金或INCONEL600镍铬合金形成，中间管末梢部分464可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成，且内管末梢部分466可由HAYNESS 188钴镍铬钨合金形成。如本文在上文所述，这些构件大体上可锻造、加工且焊接在一起。
相比于金属或金属合金构件，进料喷射器400的某些构件可由各种陶瓷材料形成。例如，外管末梢部分462可由陶瓷基质复合物形成，其包括嵌入陶瓷基质中来形成纤维增强陶瓷的一致的成组陶瓷纤维。以此方式，当外管末梢部分462的末梢区域480、凸缘区域482、管路区域484和防护区域486整体结合形成为单个构件时，一致的成组陶瓷纤维延伸穿过外管末梢部分462的区域480, 482, 484, 486。具体而言，陶瓷基质复合物可为熔体渗透的SiC/SiC基质复合物。作为备选，陶瓷基质复合物可为C/SiC基质复合物、Al/SiC基质复合物或Mg/SiC基质复合物。其它类型的适合的陶瓷基质复合物在本文中可用于外管末梢部分462或进料喷射器400的其它构件。在其它实施例中，外管末梢部分462可由烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。在一些实施例中，中间管末梢部分464和/或内管末梢部分466还可由陶瓷基质复合物形成。其它类型的适合的陶瓷材料可在本文中用于外管末梢部分462、中间管末梢部分464、内管末梢部分466，或进料喷射器400的其它构件。
本文所述的进料喷射器400因此提供了改善的进料喷射器，其构造成将燃料、空气/氧和蒸汽的混合物输送至气化系统146的气化器150。具体而言，由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成的外管末梢部分462相比于由HAYNESS 188或类似材料形成的已知进料喷射器的外管末梢部分，提供了改善的蠕变延伸和对高温、热冲击、腐蚀和侵蚀的抵抗性。以此方式，进料喷射器400解决了开裂、腐蚀和侵蚀的风险，以延长外管末梢部分462的使用寿命，且因此减小了其替换频率。此外，由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成的外管末梢部分462消除了对已知进料喷射器所需的水冷却系统的需要，且因此极大地减小了制造和操作进料喷射器400的复杂性和成本。此外，进料喷射器400提供了将外管末梢部分462经由安装凸缘408紧固到外管管路部分452上的简化手段，这便于在需要时快速替换外管末梢部分462，而不焊接构件。以此方式，进料喷射器400减少了此替换的持续时间，且因此还减少了气化系统146和使用其的整个系统(诸如IGCC发电设备100)的昂贵停机时间。
应当清楚的是，前文仅涉及本申请和所得专利的某些实施例。本领域的普通技术人员可制作出许多变化和改型，而不会脱离由以下权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于气化系统的进料喷射器，所述进料喷射器包括：
限定其中的内进料通路的内管；
限定其中的中间进料通路的中间管；以及
限定其中的外进料通路的外管，其中所述外管包括附接至彼此的外管管路部分和外管末梢部分，以及其中所述外管末梢部分由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
2.根据权利要求1所述的进料喷射器，其特征在于，所述外管末梢部分包括末梢区域、凸缘区域和在所述末梢区域与所述管路区域之间延伸的管路区域。
3.根据权利要求2所述的进料喷射器，其特征在于，所述末梢区域具有锥形喷嘴形状，所述凸缘区域具有盘形，且所述管路区域具有管状形状。
4.根据权利要求2所述的进料喷射器，其特征在于，所述外管末梢部分还包括沿径向向外延伸且定位在所述末梢区域上游的防护区域。
5.根据权利要求2所述的进料喷射器，其特征在于，所述末梢区域、所述凸缘区域和所述管路区域由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅整体结合形成。
6.根据权利要求2所述的进料喷射器，其特征在于，所述外管管路部分包括凸缘区域，以及其中所述外管管路部分和所述外管末梢部分经由所述外管管路部分的所述凸缘区域附接至彼此。
7.根据权利要求2所述的进料喷射器，其特征在于，还包括构造成用于将所述进料喷射器安装至所述气化系统的气化器的安装凸缘，其中所述外管管路部分和所述外管末梢部分经由所述安装凸缘和所述外管末梢部分的凸缘区域附接至彼此。
8.根据权利要求1所述的进料喷射器，其特征在于，所述外管管路部分由金属或金属合金形成，以及其中所述外管末梢部分由熔体渗透的SiC/SiC基质复合物形成。
9.根据权利要求1所述的进料喷射器，其特征在于，所述中间管包括附接至彼此的中间管管路部分和中间管末梢部分。
10.根据权利要求9所述的进料喷射器，其特征在于，所述中间管末梢部分由陶瓷基质复合物形成。
11.根据权利要求10所述的进料喷射器，其特征在于，所述中间管还包括从所述中间管末梢部分延伸的多个定心翅片，以及其中所述定心翅片和所述中间管末梢部分由陶瓷基质复合物整体结合形成。
12.根据权利要求9所述的进料喷射器，其特征在于，所述中间管还包括定位在所述中间管末梢部分内的中间管末梢插入件。
13.根据权利要求12所述的进料喷射器，其特征在于，所述中间管末梢插入件由氧化铝陶瓷复合物形成。
14.根据权利要求1所述的进料喷射器，其特征在于，所述内管包括内管管路部分、附接至所述内管管路部分的内管末梢部分，以及定位在所述内管末梢部分的外表面上的内管末梢覆盖物，以及其中所述内管末梢覆盖物由氧化铝陶瓷复合物形成。
15.一种操作气化系统的进料喷射器的方法，所述方法包括：
将第一空气流引导穿过限定在内管内的内进料通路；
将燃料流引导穿过限定在中间管内的中间进料通路；
将第二空气流引导穿过限定在外管内的外进料通路；以及
在气化器的反应区内混合所述第一空气流、所述第二空气流和所述燃料流来产生合成气；
其中所述外管包括附接至彼此的外管管路部分和外管末梢部分，以及其中所述外管末梢部分由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
16. 一种整体气化联合循环发电设备，包括：
燃气涡轮发动机，其包括压缩机、与所述压缩机连通的燃烧器，以及与所述燃烧器连通的涡轮；以及
气化系统，其包括气化器和进料喷射器，其中所述进料喷射器包括：
限定其中的内进料通路的内管；
限定其中的中间进料通路的中间管；以及
限定其中的外进料通路的外管，其中所述外管包括附接至彼此的外管管路部分和外管末梢部分，以及其中所述外管末梢部分由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅形成。
17.根据权利要求16所述的整体气化联合循环发电设备，其特征在于，所述外管末梢部分包括具有锥形喷嘴形状的末梢区域、具有盘形的凸缘区域和在所述末梢区域与所述管路区域之间延伸的具有管状形状的管路区域，以及其中所述末梢区域、所述凸缘区域和所述管路区域由陶瓷基质复合物、烧结的碳化硅或烧结的氮化硅整体结合形成。
18.根据权利要求16所述的整体气化联合循环发电设备，其特征在于，所述外管管路部分由金属或金属合金形成，以及其中所述外管末梢部分由熔体渗透的SiC/SiC基质复合物形成。
19.根据权利要求16所述的整体气化联合循环发电设备，其特征在于，所述中间管包括中间管管路部分、附接至所述中间管管路部分的中间管末梢部分，以及定位在所述中间管末梢部分内的中间管末梢插入件，以及其中所述中间管末梢插入件由氧化铝陶瓷复合物形成。
20.根据权利要求16所述的整体气化联合循环发电设备，其特征在于，所述内管包括内管管路部分、附接至所述内管管路部分的内管末梢部分，以及定位在所述内管末梢部分的外表面上的内管末梢覆盖物，以及其中所述内管末梢覆盖物由氧化铝陶瓷复合物形成。
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