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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Offenbarung bezieht sich allgemein auf Schlamminjektoren, mehr im
Besonderen, auf Schlamminjektoren zum Einsatz bei Kohlevergasungs-Reaktoren.
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HINTERGRUND
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Ein
Schlamminjektor kann bei einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt
werden, bei denen ein flüssiges
Medium, das eine unlösliche
Komponente enthält,
von einer Umgebung zu einer anderen dispergiert, diffundiert und/oder
in diese eingeführt
wird. Eine solche Anwendung gibt es in Kohlevergasungs-Reaktoren, bei denen
ein Kohleschlamm-Vorrat mittels eines Schlamminjektors in einen
Vergasungsreaktor eingeführt
wird. In Anwendungen wie dieser neigen Schlamminjektoren zur Erosion
aufgrund der Reibung, die durch die unlösliche Komponente innerhalb
des Schlammes auf die internen Oberflächen des Injektors ausgeübt wird.
Das Auftreten der Erosion kann zu einer unrichtigen Abmessung, einer
dürftigen
Schlammsäule
usw. führen, was
Instandhaltungskosten erhöht
und Betriebseffizienzen oder Verfügbarkeit vermindert.
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Um
die Erosionsrate zu verringern, können die Injektoren aus erosionsbeständigen Legierungen, wie
Cobalt-Chrom-Superlegierungen, Nickel-Chrom-Superlegierungen und Ähnlichen,
hergestellt sein. Diese erosionsbeständigen Legierungen vermindern
die Erosionsrate, verglichen mit weicheren Metalllegierungen, wie
korrosionsbeständigem Stahl,
doch neigen sie noch immer zur Erosion. Als ein Resultat sind noch
immer Schlamminjektoren mit verbesserter Erosionsbeständigkeit
er forderlich, um Instandhaltungskosten zu verringern und Betriebseffizienz
zu erhöhen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Offenbart
hierin sind Schlamminjektoren.
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In
einer Ausführungsform
ist ein Injektor offenbart. Der Injektor umfasst eine innere Spitze,
eine um die innere Spitze herum angeordnete Schlammspitze, die einen
zweiten Strömungskanal
bildet und einen Verschleißeinsatz,
der innerhalb der Schlammspitze und in Kontakt mit dem zweiten Strömungskanal
angeordnet ist. Die innere Spitze umfasst einen ersten Strömungskanal,
der an einer ersten Zuführungsleitung
befestigt ist, die dem ersten Strömungskanal ein erstes Medium
zuführen
kann. An der Schlammspitze ist eine zweite Zuführungsleitung befestigt, die
dem zweiten Strömungskanal
ein zweites Medium zuführen
kann. Der Verschleißeinsatz
umfasst ein Metalloxid.
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In
einer zweiten Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Injektorbetrieb offenbart. Das Verfahren umfasst
das Hindurchführen
eines ersten Mediums durch einen ersten Strömungskanal, wobei sich der erste
Strömungskanal
innerhalb einer inneren Spitze befindet, das Hindurchführen eines
zweiten Mediums durch einen zweiten Strömungskanal, wobei der zweite
Strömungskanal
zwischen der inneren Spitze und einer Schlammspitze angeordnet ist,
wobei die Schlammspitze einen Verschleißeinsatz umfasst, der in Kontakt
mit dem zweiten Medium angeordnet ist, und Vermischen des ersten
Mediums und zweiten Mediums.
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Die
oben beschriebenen und anderen Merkmale werden durch die folgenden
Figuren und die detaillierte Beschreibung beispielhaft erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Es
wird nun auf die Figuren Bezug genommen, die beispielhafte Ausführungsformen
sind und in denen gleiche Elemente gleiche Bezugsziffern aufweisen.
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Standardinjektors.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften modifizierten Injektors.
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3 ist
eine Schrägansicht
einer modifizierten Schlammspitze.
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften modifizierten Injektors.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Offenbart
hierin sind Schlamminjektoren mit verbesserter Erosionsbeständigkeit.
Die Erosionsbeständigkeit
wurde verbessert durch Einbeziehen von erosionsbeständigen Komponenten
und/oder Einsätzen.
Spezifischer sind Schlamminjektoren offenbart, die einen oder mehrere
keramische Einsätze
umfassen, die die Metallspitzen gegen den Schlamm-Strömungspfad
schützen
und dadurch eine verbesserte Erosionsbeständigkeit ergeben. Es sind auch
modifizierte Schlamminjektoren offenbart, bei denen eine oder mehrere
Injektorspitzen aus Keramikmaterialien gebildet sind, die eine verbesserte
Erosionsbeständigkeit
ergeben.
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Sofern
nichts Anderes definiert, sei zu Beginn darauf hingewiesen, dass
hierin benutzte technische und wissenschaftliche Begriffe die gleiche
Bedeutung haben, wie sie der Fachmann auf diesem Gebiet üblicherweise
versteht. Die Begriffe "erste", "zweite" und "ähnliche", wie sie hier benutzt werden, bezeichnen
keinerlei Reihenfolge, Menge oder Bedeutung sondern sie werden benutzt,
um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Auch bezeichnen
die Begriffe "ein" und "eine" keine Begrenzung der
Menge, sondern sie bezeichnen die Anwendung mindestens eines der
bezeichneten Gegenstände und
die Begriffe und die Begriffe "Vorderseite", "Rückseite", "Boden" und/oder "Oberteil" werden, sofern nichts
anderes bemerkt ist, nur zur Vereinfachung der Beschreibung benutzt
und sie sind nicht beschränkt
auf irgendeine Position oder räumliche Orientierung.
Sind Bereiche offenbart, dann sind die Endpunkte aller Bereiche,
die auf die gleiche Komponente oder Eigenschaft gerichtet sind,
eingeschlossen und unabhängig
kombinierbar (z.B. Bereiche von bis zu etwa 25 Gew.-% oder, spezifischer,
etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%" schließen die
Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von "etwa 5 Gew.-% bis
etwa 25 Gew.-% usw. ein). Die Modifizierung "etwa",
die in Verbindung mit einer Menge benutzt wird, schließt den genannten
Wert ein und hat die durch den Kontext diktierte Bedeutung (z.B. schließt sie den
Fehlergrad ein, der mit der Messung der jeweiligen Menge in Beziehung
steht). Das Suffix "(s)", soweit es hier
benutzt wird, soll sowohl die Einzahl als auch die Mehrzahl des
Gegenstandes einschließen,
den er modifiziert, sodass ein oder mehrere dieses Gegenstandes
eingeschlossen sind (z.B. schließt "das Färbemittel(s)" ein oder mehrere
Färbemittel
ein). Der Begriff "Kombination" schließt Gemenge,
Mischungen, Legierungen, Oxide, Copolymere, Reaktionsprodukte und Ähnliche
ein.
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1 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Standardinjektors,
der allgemein mit 2 bezeichnet ist. In der Darstellung
hat der Standardinjektor 2 (auch als "Injektor" bezeichnet) ein Design, das zur Erosion
neigt. Spezifischer umfasst der Injektor 2 eine äußere Spitze 4,
eine Schlammspitze 6 und eine innere Spitze 8,
die gemeinsam als "Spitzen" bezeichnet werden
können. Die
Spitzen haben ringförmige
Geometrien, wobei die veranschaulichten Querschnitte durch ihre
zentrale Achse laufen. Strömungskanäle 16, 18, 20 sind innerhalb
jeder Spitze angeordnet, die in der Lage ist eine Flüssigkeit
(z.B. einen Kohleschlamm) und/oder gasförmiges Medium (z.B. Sauerstoff)
hindurchzulassen. Die Spitzen umfassen Düsen 10, durch die das
Medium, das sich innerhalb der Strömungskanäle 16, 18, 20 innerhalb
einer Spitze bewegt (im Folgenden als "Strömungskanäle" bezeichnet), aus
dem Injektor unter Bildung einer Säule 22 austritt.
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Zwischen
der inneren Spitze 8 und der Schlammspitze 6 sowie
zwischen der Schlammspitze 6 und der äußeren Spitze 4 befinden
sich zentrierende Rippen 14. Die zentrierenden Rippen 14 (auch als "Leitbleche" bezeichnet) können benutzt
werden, um die Spitzen mit Bezug aufeinander konzentrisch auszurichten.
Die Rippen 14 können
irgendeine Geometrie haben, die dazu in der Lage ist, die Spitzen konzentrisch
auszurichten. Obwohl irgendeine Anzahl von Rippen benutzt werden
kann, um Konzentrizität
beizubehalten, werden zwischen jeder Spitze zwei oder mehr Rippen 14 eingesetzt.
Die in 1 gezeigten Rippen 14 haben eine stabartige
Geometrie mit einer (nicht gezeigten) elliptischen Querschnittsgeometrie.
Die Rippen 14 können
derart konfiguriert sein, dass sie die Beschränkung der Strömung durch
die Strömungskanäle 16, 18, 20 vermindern.
Die Rippen 14 sind durch Schweißen mit den Spitzen verbunden,
wie durch die Schweißstelle 26 gezeigt.
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Die
Spitzen umfassen eine Stufe 12, die am Ende der Spitze
gegenüber
der Düse 10 angeordnet ist.
Die Stufe 12 ist eingerichtet zur Verbindung mit einer
Zuführungsleitung
(z.B. einem Superlegierungsrohr, nicht gezeigt). Die Stufe 12 hat
eine konturierte Geometrie 28, die die Beschränkung der
Flüs sigkeits-
und/oder Gasströmung
innerhalb der Strömungskanäle 16, 18, 20 minimiert.
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Die äußere Spitze 4,
Schlammspitze 6, innere Spitze 8 und die zentrierenden
Rippen 14 umfassen Metalle, die zu einem Betrieb bei kontinuierlichen Einsatztemperaturen
von etwa 70°F
(21°C) bis
etwa 900°F
(482°C)
oder, spezifischer, bis zu etwa 1200°F (649°C) in der Lage sind. Es sollte
jedoch klar sein, dass die spezifischen Betriebstemperaturen, die
vom Injektor angetroffen werden, anwendungsspezifisch sind und variieren
können.
Ein beispielhafte Familie von Metallen, die eingesetzt werden kann,
sind Superlegierungen. Superlegierungen sind allgemein Legierungen
auf Nickel-, Eisen- oder Cobaltbasis, die Kombinationen von Chrom,
Wolfram, Molybdän,
Tantal, Niob, Titan und/oder Aluminium sowie Kombinationen umfassen,
die mindestens eines der vorgenannten Elemente umfassen. So kann,
z.B., eine Cobalt-Chrom-Superlegierung eingesetzt werden, wie Stellit® 6B
(kommerziell erhältlich
von der Deloro-Stellite Company, Swindon, GB), die Cobalt, Chrom,
Nickel, Eisen, Silicium, Kohlenstoff, Molybdän und Mangan enthält.
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Superlegierungen
sind fähig
zu einer verbesserten Beständigkeit
gegen Erosion, verglichen mit üblichen
Metalllegierungen (z.B. korrosionsbeständigen Stählen). Superlegierungen sind
im Allgemeinen härter
als übliche
Metalllegierungen, die Rockwell-Härtewerte von etwa 40 bis etwa
50 auf der C-Skala haben, und sie sind in der Lage, ihre Festigkeit
bei Betriebstemperaturen von etwa 1200°F (650°C) oder mehr beizubehalten.
Aber selbst diese Materialien zeigen unerwünschte Erosionsraten bei einigen
Schlamminjektor-Anwendungen.
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Bei
der Anwendung strömt
unter Druck gesetzte Flüssigkeit
und/oder gasförmiges
Medium durch die Strömungskanäle 16, 18, 20 und
verlässt den
Injektor 2 als eine Säule 22,
um den Vergasungsreaktor zu versorgen. In der dargestellten beispielhaften
Ausführungsform
strömt
Sauerstoff durch den Strömungskanal 16,
ein Kohleschlamm strömt
durch den Strömungskanal 18 und
Sauerstoff strömt
durch den Strömungskanal 20.
Der Kohleschlamm, der innerhalb des Strömungskanales 18 fließt, ist
aufgrund des nicht löslichen
Materials (z.B. Kohleteilchen) innerhalb des Schlammes erosiv. Dieses
nicht lösliche Material übt Reibungskräfte (die,
z.B., erodieren, schneiden, abschleifen usw.) auf die inneren Oberflächen 24 des
Strömungskanales 18 aus.
Der Schlamm ist besonders erosiv an der Düse 10 der Schlammspitze,
da die Schlammgeschwindigkeit und der Auftreffwinkel zunehmen, während der
Schlamm hindurchgedrückt
wird.
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Die
Rate, mit der die Schlammspitze 6 und die innere Spitze 8 erodiert
werden, hängt
von den spezifischen Betriebsvariablen jeder Anwendung ab, wie Strömungsrate,
Schlammzusammensetzung, Temperatur, Spitzenmaterialien, Druck usw.,
darauf jedoch nicht beschränkt.
Spezifischer können
bei dem in 1 veranschaulichten beispielhaften
Kohleschlamminjektor die Verfahrensvariablen umfassen: Strömungsraten
gleich etwa 1,0 Gallone pro Minute, gpm (3,79 Liter pro Minute,
lpm) oder mehr, Betriebstemperaturen von etwa 70°F bis etwa 1200°F (etwa 21°C bis etwa
649°C),
Spitzendrucke von etwa 500 Pfund pro Quadratzoll, lb/in2 (35,2
Kilogramm pro Quadratzentimeter, kg/cm2)
bis etwa 5000 lb/in2 (351,5 kg/cm2) und Schlammzusammensetzungen. Der Schlamm
kann etwa 20 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% pulverisierte Kohlefeststoffe
in wässeriger Lösung enthalten.
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, die eine Querschnittsansicht
eines beispielhaften modifizierten Injektors zeigt, der allgemein
mit 30 bezeichnet ist. In der Darstellung umfasst der modifizierte
Injektor 30 eine äußere Spitze 4,
eine modifizierte Schlammspitze 36 und eine innere Spitze 8,
die alle einzeln durch eine Schweißstelle mit Zuführungsleitungen 34 verbunden
sind. Die modifizierte Schlammspitze 36 umfasst weiter
einen Verschleißeinsatz 32.
Die zentrierenden Rippen 14, die zwischen der inneren Spitze 8 und
der modifizierten Schlammspitze 36 angeordnet sind, erstrecken
sich durch Montageschlitze im Verschleißeinsatz 32.
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Der
Verschleißeinsatz 32 (im
Folgenden als "Einsatz" bezeichnet) kann
ein Material umfassen, das eine größere Erosionsbeständigkeit
als die modifizierte Schlammspitze 36 zeigt. Anwendbare
Materialien sind metallische Verbindungen, wie Siliciumcarbid, Aluminiumoxid,
Siliciumnitrid, Chromnitrid, Zirkoniumdioxid, Wolframcarbid usw.,
darauf jedoch nicht beschränkt,
ebenso wie mindestens eine der letztgenannten umfassende Kombinationen.
Das eingesetzte erosionsbeständige
Material kann Rockwellhärten (gemessen
auf der C-Skala) von etwa 50 bis etwa 90 oder, spezifischer, etwa
60 bis etwa 85 oder, noch spezifischer, etwa 70 bis etwa 80 umfassen.
Zusätzlich
kann das Verschleißmaterial
in der Lage sein, kontinuierliche Gebrauchstemperaturen von etwa 70°F bis etwa
1200°F (etwa
21°C bis
etwa 649°C)
zu überstehen.
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Das
für den
Einsatz 32 benutzte Material kann auch Zusätze umfassen.
Zusätze,
wie faserförmige
Materialien (z.B. Siliciumcarbidfasern), Pulver, Teilchen, intumeszente
Materialien (z.B. ein Material, das Vermiculit-Komponente umfasst,
d.h., ein Material, das sich bei Hitzeeinwirkung ausdehnt), keramische
Materialien, organische Binder, anorganische Binder und Ähnliche
ebenso wie Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden
Materialien umfasst, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform
kann der Verschleißeinsatz 32,
z.B., eine Aluminiumoxidmatrix aufweisen, die Siliciumcarbidfasern
enthält.
Sind in dem erosionsbeständigen Material
Zusätze
vorhanden, dann können
die Zusätze
in Volumenprozent (Vol.-%), bezogen auf das Gesamtvolumen, hinzugegeben werden
und sie umfassen weniger als oder gleich bis zu etwa 30 Vol.-% oder,
spezifischer, weniger als oder gleich bis zu etwa 20 Vol.-% oder,
spezifischer, weniger als oder gleich bis etwa 10 Vol.-%.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, die eine Schrägansicht
einer zusammengebauten modifizierten Schlammspitze 36 und
des Einsatzes 32 zeigt. In der Darstellung ist der Einsatz 32 innerhalb der
modifizierten Schlammspitze 36 angeordnet. Der Einsatz 32 umfasst
einen sich erstreckenden Abschnitt 40, der von dem Schlammeinsatz 32 vorsteht. Der
sich erstreckende Abschnitt 40 umfasst Montageschlitze 42,
die in einer ringförmigen
Anordnung um den Abschnitt 40 herum angeordnet sind. In
der dargestellten Ausführungsform
sind die vier Montageschlitze 42 derart konfiguriert, dass
sie innerhalb entsprechender Zentrierungsrippen 14 montiert
werden, die sich von der inneren Spitze 8 aus erstrecken (siehe 2).
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Die
Montageschlitze 42 gestatten das Festhalten des Einsatzes 32 (z.B.
axial und/oder rotationsmäßig) und/oder
das Anordnen innerhalb der modifizierten Schlammspitze 36 (wenn
zusammengebaut, siehe 2). Die Montageschlitze 42 und
Zentrierungsrippen 14 können
angepasste Geometrien umfassen. Wie vorher erläutert, können die Geometrien der Montageschlitze 42 und
der zentrierenden Rippen 14 irgendeine Geometrie aufweisen,
die ein Mittel zum Zentrieren der Spitzen und zum Festhalten des
Einsatzes 32 umfasst. Zusätzlich können die Montageschlitze 42 und
zentrierenden Rippen 14 derart konfiguriert sein, dass
sie Geometrien umfassen, die in der Lage sind, einer Beschädigung (z.B. Reißen und/oder
Abspalten) der Montageschlitze 42 zu widerstehen, wenn
Kräfte
(z.B. Vibration und/oder thermische Ausdehnung) auf den Einsatz 32 einwirken.
Geeignete Geometrien können
eine angemessene Kontaktfläche
haben, um die auf den Einsatz 32 wirkenden Kräfte zu verteilen,
um der Beschädigung zu
widerstehen. In Verbindung oder separat können geeignete Geometrien,
die keine scharfen Ecken und/oder scharfe Radien umfassen (z.B.
ein Radius weniger als oder gleich bis etwa 0,010 inch (0,25 mm)),
das Potenzial, den Einsatz 32 zu beschädigen, weiter verringern, wenn
auf diese eine Kraft wirkt, da scharfe Ecken und/oder scharfe Radien
als Spannungskonzentratoren wirken können, die Risse einleiten.
Ein Montageschlitz 42, der, z.B., eine Geometrie hat, die
eine halbe Ellipse ist (d.h., eine Ellipse, die auf ihrer Nebenachse
abgestumpft ist), neigt weniger zum Reißen als ein Montageschlitz 42,
der eine dreieckige Geometrie aufweist.
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Die
Spitzen und Zentrierungsrippen 14 können nach Gießverfahren
hergestellt werden (z.B. Präzisionsgießen, Sandgießen, Harzhülsengießen und/oder
Zentrifugalgießen)
und mit Pulvermetallurgie-Verfahren. Bearbeitungsverfahren (z.B.
Fräsen, EDM,
Drehen und/oder Schleifen) können
auch benutzt werden, da jedoch die Härte zunimmt, können Bearbeitungsverfahren,
die metallische Schneidkronen benutzen, zunehmend schwieriger zu
auszuführen
sein, ohne die Schneidkrone zu beschädigen. In einem beispielhaften
Herstellungsverfahren sind die äußere Spitze 4,
modifizierte Schlammspitze 36 und innere Spitze 8 einzeln
unter Anwendung eines Präzisionsguss
(z.B. Wachsausschmelz)-Verfahrens gebildet.
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Nach
dem Herstellen können
die Spitzen und/oder Rippen vor dem Zusammenbau sekundären Operationen
unterliegen. Sekundäre
Operationen können
Operationen, wie Reinigen (z.B. Ultraschall- oder Lösungsmittelbad),
Oberflächenbehandlung
(z.B. Sandstrahlen, EDM, Schleifen oder Polieren), Überziehen
(z.B. Wärmesperrenüberzüge oder Schutzüberzüge), maschinelle
Bearbeitung (z.B. EDM oder Schleifen), Eigenschaftsmodifikation
(z.B. Wärmebehandeln,
Hämmern
oder Einsatzhärten) usw.
sein, darauf aber nicht beschränkt.
In diesem spezifischen Beispiel sind die Spitzen oberflächengeschliffen,
um Werkzeuglinien zu entfernen und zylindrisch geschliffen, um sie
an abmessungsmäßige Spezifikationen
anzupassen.
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Die
zentrierenden Rippen 14 können mit den Spitzen verbunden
(siehe 2) und/oder während des
Gießverfahrens
mit einer Spitze integral ausgebildet werden. Um eine zentrierende
Rippe 14 mit einer Spitze zu verbinden, werden Schweiß/Hartlöt-Verfahren
angewendet. Geeignete Schweiß/Hartlöt-Verfahren
können
umfassen: Gas-Wolfram-Lichtbogen, Mikroplasma, Elektronenstrahl,
Laserstrahl usw., doch sind sie darauf nicht beschränkt. Die Schweiß- und/oder
Hartlöt-Verfahren können eine autogene
Schweißstelle
bilden oder ein Füllstoffmaterial
benutzen (z.B. Schweiß/Hartlöt-Stab,
Hartlötpaste
oder Hartlötfolie).
In einer Ausführungsform kann
ein Mikroplasma-Lichtbogen-Schweißverfahren benutzt werden,
um vier zentrierende Rippen 14 an der inneren Spitze 8 und
der äußeren Spitze 4 in
einer ringförmigen
Anordnung um die Spitze an Positionen zu verbinden, die etwa 90° voneinander
angebracht sind. Wie in 1 und 2 gezeigt,
können die
zentrierenden Rippen in irgendeiner Konfiguration befestigt werden.
So sind, z.B., in 1 zentrierende Rippen 14 mit
der Schlammspitze 6 verbunden, in 2 sind die
zentrierenden Rippen 14 jedoch mit der inneren Spitze 8 verbunden.
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Im
Gebrauch ergibt der modifizierte Injektor 30 eine verbesserte
Erosionsbeständigkeit,
verglichen mit dem Standardinjektor 2. Spezifischer erodiert
der Schlamm, während
er durch den Strömungskanal 18 hindurchgeht
und die inneren Oberflächen
des Einsatzes 32 berührt,
den Einsatz 32 mit einer geringeren Rate als die Schlammspitze 6.
In einer spezifischen Ausführungsform
wird, z.B., ein Kohleschlamm, der etwa 60% Feststoffe enthält, durch
einen Standardinjektor 2 geleitet, der eine Cobalt-Chrom-Schalmmspitze 6 aufweist,
wobei die Schlammspitze 6 mit einer Rate von etwa 0,1 inch (2,5
mm) pro Jahr erodiert. Wird dieser Schalmm jedoch durch einen modifizierten
Injektor 30 geleitet, der einen Siliciumcarbid-Verschleißeinsatz 32 aufweist,
dann erodiert der Verschleißeinsatz 32 mit
einer Rate von etwa 0,028 inches (0,71 mm) pro Jahr. Der Verschleißeinsatz
zeigt daher eine Erosionsrate, die gleich oder geringer als etwa
0,07 inches (1,78 mm) pro Jahr, spezifischer geringer als oder gleich etwa
0,05 inches (1,27 mm) pro Jahr oder spezifischer geringer als oder
gleich etwa 0,03 inch (0,76 mm) pro Jahr ist. Dies entspricht einer
etwa 52%-igen Zunahme in der Betriebsdauer des Siliciumcarbid-Verschleißeinsatzes 32,
verglichen mit der Cobalt-Chrom-Schlammspitze 6.
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Der
modifizierte Injektor kann in vielen Konfigurationen ausgebildet
sein, um alternative Montage- und/oder Herstellungs-Verfahren zu
gestatten. Zusätzlich
kann der modifizierte Injektor 30 rekonfiguriert werden,
um Kosten zu verringern, Erosionsbeständigkeit zusätzlicher
Oberflächen
zu verbessern usw.
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In
einer Ausführungsform
kann der modifizierte Injektor 30 konfiguriert werden,
um Wartbarkeit zu ergeben (z.B. Auseinanderbauen, Zusammenbauen,
Austauschen, Reparieren oder Modifizieren). 4 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften modifizierten Injektors 44.
In der Darstellung umfasst der modifizierte Injektor 44 einen Haltering 46,
der benutzt wird, um den Verschleißeinsatz 32 an Ort
und Stelle zu sichern. Um den modifizierten Injektor 44 in
Stand zu halten, kann ein Schnelllösemechanismus (z.B. geschraubte
Verbindungsteile) mit den Zuführungsleitungen 34 in
einem gewissen Abstand von den Spitzen verbunden sein, die gelöst werden
können
(nicht gezeigt). Nach dem Lösen
kann die innere Spitze 6 von der modifizierten Schlammspitze 36 entfernt
werden und die modifizierte Schlammspitze 36 kann von der äußeren Spitze 4 entfernt
werden. Danach kann ein Werkzeug zum Entfernen des Halteringes durch
die Zuführungsleitung 34,
die an der modifizierten Schlammspitze 36 befestigt ist,
eingeführt
werden und der Haltering 46 kann entfernt werden. Der Einsatz 32 und der
Haltering 46 können
ersetzt und der Injektor kann dann wieder zusammengebaut werden.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform kann
die modifizierte Schlammspitze 36 mit alternativen Verfahren
zum Halten des Einsatzes 32 rekonfiguriert werden, wobei
alternative Halteelemente benutzt werden, wie Stufe(n), Vorsprung
(Vorsprünge), Rippe(n),
Winkel (mehrere Winkel), Würgung(en), Einprägung(en),
Lippe(n), Einschnürung(en), Ring(e),
Einbauvorrichtung(en), Befestigungsteil(e), Passitz(e), Schraube(n),
Nietpfaffe(n), Klammer(n), Bolzen (mehrere Bolzen), Stift(e), Dübel (mehrere Dübel), Niet(e),
Schweißstelle(n)
usw. ebenso wie Kombinationen mit mindestens einem der Vorstehenden,
darauf jedoch nicht beschränkt.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann der Standardinjektor 2 (siehe 1) mit einer
modifizierten Schlammspitze 36 und Verschleißeinsatz 32 wieder
angepasst werden.
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Der
modifizierte Injektor 30, 44 kann weiter dahingehend
modifiziert werden, dass er einen Spalt 48 aufweist, der
zwischen der modifizierten Schlammspitze 36 und dem Verschleißeinsatz 32 angeordnet
ist, der das Risiko der Beschädigung
am Einsatz 32 verringert, das durch thermische Ausdehnung,
Schock, Vibration usw. verursacht ist. In einer anderen Ausführungsform
kann ein stoßdämpfendes Material
in dem Spalt 48 angeordnet sein, um für den Einsatz 32 eine
Stoßdämpfung zu
ergeben. Das stoßdämpfende
Material kann irgendein Material(ien) umfassen, das den Temperaturen
widerstehen kann, bei denen die modifizierte Schlammspitze 32 betrieben
wird, und den Verschleißeinsatz
stoßdämpfen kann.
Spezifischer kann das stoßdämpfende
Material umfassen: Fasern (z.B. Metallfasern; Metalloxid-Fasern,
Keramikfasern, Glimmerfasern und/oder Vermiculit-Fasern), Gewebe
(z.B. Keramikgewebe und/oder Metallgewebe), Vorformen (z.B. wärmegehärtete Vorformen
und/oder Keramikvorformen), Schäume
(z.B. Polymerschäume
und/oder Keramikschäume),
Teilchen (z.B. Flocken, Faserbündel und/oder
Teilchen) usw. ebenso wie Kombinationen mit mindestens einem der
Vorgenannten.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann,
wenn die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der modifizierten
Schlammspitze 36 und des Verschleißeinsatzes 32 ähnlich sind,
der Einsatz 32 unter Einsatz einer Hartlotpaste und/oder
Hartlotfolie mit der modifizierten Schlammspitze 36 verbunden
werden (d.h., "ähnlich" ist dahingehend
zu verstehen, dass während
einer ersten thermischen Ausdehnung die modifizierte Schlammspitze 36 den
Einsatz 32 nicht in einer Weise beschädigt, dass dies dessen Funktion
hindert). Um dies zu tun, kann die Hartlotfolie und/oder -paste
zwischen dem Einsatz 32 und der modifizierten Schlammspitze 36 angeordnet und
dann können
der Einsatz 32 und die modifizierte Schlammspitze 36 zusammengebaut
werden. Die gesamte Baugruppe kann dann erhitzt werden, um die Komponenten
miteinander zu verschweißen.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede Komponente oder beide vorbehandelt
und/oder modifiziert werden können,
um die Bindefestigkeit der Schweißstelle zu verbessern. So kann,
z.B., die modifizierte Schlammspitze 36 dahingehend modifiziert
werden, dass sie eine Hartlotpasten-Ausnehmung aufweist und sandgestrahlt
ist, um eine aufgerauhte Oberfläche
zu haben, deren mittlere arithmetische Rauheit (Ra) etwa 100 μm vor dem
Hartlöten
beträgt.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann
eine erosionsbeständige
Komponente benutzt werden, um eine verbesserte Gebrauchsdauer des Injektors
zu ergeben. Bezugnehmend auf 1 kann die
erosionsbeständige
Komponente eine Schlammspitze 6 umfassen, die aus einem
erosionsbeständigen
Material (z.B. Siliciumcarbid) hergestellt ist. Die erosionsbeständige Spitze
kann dann unter Anwendung von Gieß- und/oder maschinellen Bearbeitungsverfahren
gebildet und mit einer Zuführungsleitung 34 mittels
eines Schweiß/Hartlötverfahrens
(z.B. Mikroplasma-Hartlöten)
zusammengebaut werden. In noch einer anderen Ausführungsform
können
eine innere Spitze 8, Schlammspitze 6 und äußere Spitze 4 einzeln
aus Aluminiumoxid gegossen werden, das 10 Gew.-% Siliciumcarbid-Fasern
enthält,
die eine Länge
von etwa 0,10 inches (0,25 mm) aufweisen. Die innere Spitze 8 und
die äußere Spitze 4 werden gegossen,
so dass sie drei zentrierende Rippen 14 mit einem tränentropfenförmigen Querschnitt
haben, die in der Lage sind, die Injektor-Baueinheit durch Kontakt
mit der Schlammspitze 6 zu zentrieren. Alle Spitzen können mit
entsprechenden Zuführungsrohren 34 verschweißt/hartgelötet werden.
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Obwohl
die Injektoren (z.B. Standardinjektor 2, modifizierter
Injektor 30, modifizierter Injektor 44), die hier
veranschaulicht und erläutert
wurden, drei Strömungskanäle (16, 18, 20)
umfassen, können
die Injektoren auch dahingehend konfiguriert sein, dass sie irgendeine
Zahl von Strömungskanälen umfassen.
So kann, z.B., ein Schlamminjektor zwei Strömungskanäle umfassen, wobei eine innere
Spitze 8 für
Sauerstoff und eine zweite Spitze (z.B. eine modifizierte Schlammspitze 36/Einsatz 32-Baueinheit) zum
Befördern
eines Kohleschlammes benutzt wird. In einer anderen Ausführungsform
wird nur ein Strömungspfad
benutzt, wobei eine modifizierte Schlammspitze 36/Einsatz 32-Baueinheit
zum Befördern
eines Kohleschlammes benutzt wird.
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Die
erosionsbeständigen
Schlamminjektoren (z.B. modifizierter Injektor 30, modifizierter
Injektor 44), die hierin beschrieben sind, ergeben eine
längere
Gebrauchsdauer, ver glichen mit Injektoren, die keine erosionsbeständigen Materialien
umfassen. Dies ergibt verminderte Instandhaltungskosten und eine
verbesserte Gesamtbetriebsverfügbarkeit.
-
Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird es für
den Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente
für Elemente
eingesetzt werden können,
ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Zusätzlich können viele
Modifikationen an der Lehre der Erfindung vorgenommen werden, um
an eine spezielle Situation oder ein spezielles Material anzupassen,
ohne den wesentlichen Umfang der Erfindung zu verlassen. Es ist
daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht durch die spezielle
Ausführungsform beschränkt ist,
die als die beste Ausführungsform
für die
Erfindung angesehen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen
einschließt,
die in den Rahmen der beigefügten
Ansprüche
fallen.
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- 2
- Standarinjektor
- 4
- äußere Spitze
- 6
- Schlammspitze
- 8
- innere
Spitze
- 10
- Düsen
- 12
- Flansch
- 14
- zentrierende
Rippen
- 16
- Strömungskanal
- 18
- Strömungskanal
- 20
- Strömungskanal
- 22
- Säule
- 24
- innere
Oberflächen
- 26
- Hartlötung
- 28
- konturierte
Geometrie
- 30
- modifizierter
Injektor
- 32
- abriebsbeständiger Einsatz
- 34
- Zuführungsleitungen
- 36
- modifizierte
Schlammspitze
- 40
- sich
erstreckender Abschnitt
- 42
- Montageschlitze
- 44
- modifizierter
Injektor
- 46
- Haltering
- 48
- Spalt