DE60116867T2 - Beschichtung für einen kohlenvergasungsbrenner - Google Patents
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Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Synthesegas-Erzeugung von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff durch partielle Oxidation aus der Verbrennung einer fossilen Brennstoffquelle in Anwesenheit von Wasser und Sauerstoff. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtung für eine Abschirmeinrichtung, die in einer Brennstoff-Einspritzbrenner-Anordnung verwendet wird.
- Hintergrund der Erfindung
- Synthesegasmischungen, die Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassen, sind als Quelle für gasförmige Einsatzmaterialien, wie Wasserstoff, für Hydrierungsreaktionen und als Quelle von Einspeisungsgas für die Synthese von Kohlenwasserstoffen, sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen oder Ammoniak wichtig.
- Im Allgemeinen wird in einem Synthesegas-Verfahren ein Brennstoffstrom, der hauptsächlich aus einer pumpbaren Aufschlämmung von feiner teilchenförmiger Kohle und Wasser besteht, zusammen mit einem Oxidationsmittel in die hitzebeständig ausgekleidete Verbrennungskammer des Synthesegas-Generators eingesprüht. Das Oxidationsmittelgas enthält beträchtliche Mengen an freiem Sauerstoff, um die Verbrennungsreaktion der Kohle zu unterstützen. Die Verbrennungsreaktionskomponenten Brennstoff und Oxidationsmittel werden unter signifikantem Druck, typisch etwa 80 Bar, in die Synthesegas-Verbrennungskammer eingesprüht. In der Verbrennungskammer wird ein heißer Gasstrom bei einer Temperatur im Bereich von 700°C bis 2500°C und bei einem Druck im Bereich von 1 bis 300 Atmosphären und spezieller 10 bis 100 Atmosphären erzeugt. Der ausströmende rohe Gasstrom aus dem Gasgenerator umfasst Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und kann andere Gase, wie Methan, Schwefelwasserstoff und Stickstoff einschließen, abhängig von der Brennstoffquelle und den Reaktionsbedingungen.
- Die partielle Verbrennung eines schwefelhaltigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffs, wie Kohle, mit Sauerstoff-angereicherter Luft oder mit relativ reinem Sauerstoff zur Produktion von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff bereitet einzigartige Probleme, auf die man normalerweise auf dem Gebiet der Brenner nicht trifft. Es ist zum Beispiel erforderlich, ein sehr rasches und vollständiges Mischen der Reaktanten zu bewirken sowie spezielle Vorkehrungen zu treffen, um den Brenner oder Mischer vor einer Überhitzung zu schützen. Typisch ist die Brennstoff-Einspritzdüse, welche die Verbrennungskammer versorgt, so konfiguriert, dass der Aufschlämmungs-Brennstoffstrom konzentrisch einen ersten Oxidationsmittel-Gasstrom entlang dem axialen Kern der Düse umgibt. Ein zweiter Oxidationsmittel-Gasstrom umgibt den Brennstoffstrom-Ring als größerer, im Wesentlichen konzentrischer Ring. Eine ringförmige Kühlwasserummantelung, die durch ein im Wesentlichen flaches Endstirnflächen-Wärmeabführelement abgeschlossen ist, das in einer im Wesentlichen senkrecht zu der Düsen-Ausstoßachse angeordneten Ebene ausgerichtet ist, umgibt radial eine Außenwand des äußeren Oxidationsmittel-Gaskanals. Kühlwasser wird von der Außenseite der Verbrennungskammer in direkten Kontakt mit der Rückseite der Wärmeabführelement-Endstirnfläche für eine leitende Wärmeabfuhr geleitet.
- Wegen der Reaktivität von Sauer- und Schwefel-Verunreinigungen iem Brennermetall ist es absolut erforderlich zu verhindern, dass die Brennerelemente jene Temperaturen erreichen, bei denen eine rasche Oxidation und Korrosion stattfindet. In dieser Hinsicht ist es wesentlich, dass die Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Sauerstoff vollständig außerhalb des Brenners selbst stattfindet und dass eine lokale Konzentration von brennbaren Mischungen an oder nahe den Oberflächen der Brennerelemente verhindert wird. Obwohl die Reaktion jenseits des Auslasspunktes aus dem Brenner stattfindet, unterliegen die Brennerelemente einer Erwärmung durch Strahlung aus der Verbrennungszone und durch turbulente Zirkulation der Brennergase.
- Darüber hinaus nimmt man an, dass ein Zusammenfluss eines zirkulierenden Gasstroms mit dem Düsenausstoß-Strom einen stehenden Wirbel aus heißem, turbulentem Verbrennungsprodukt erzeugt, welches hoch korrodierende Schwefel-Verbindungen umfasst. Diese heißen korrodierenden Verbindungen umgeben die Düsen-Ausstoßöffnung auf turbulente Weise und umspülen die Wärmeabschirmungsfläche am Zusammenfluss.
- Aus diesen und anderen Gründen sind Brenner des Standes der Technik durch Ausfälle aufgrund von Metallkorrosion um die Brennerspitzen herum gekennzeichnet, selbst wenn diese Elemente wassergekühlt worden sind und wenn die Reaktanten vorgemischt und aus dem Brenner mit Fließgeschwindigkeiten über der Geschwindigkeit der Flammenfortpflanzung ausgestoßen worden sind.
- Bemühungen, diese schädlichen Einwirkungen auf die Einspitzdüse zu verbessern, sind offenbart worden. Zum Beispiel offenbart das U.S. Patent Nr. 5,934,206 eine Hitzeabschirmung mit einer Mehrzahl von Keramikfliesen, von denen jede die Endfläche eines jeweiligen Bogensegments des Rings um die Düse herum bedeckt. Die Fliesen sind als einzelne Elemente aus einer hitzebeständigen Keramik oder einem anderen Material mit hohem Schmelzpunkt gebildet. Die einzelnen Fliesen sind durch eine Hochtemperatur-Hartlotverbindung an der Kühlummantelungs-Endstirnfläche befestigt.
- Das U.S. Patent Nr. 5,954,491 offenbart eine Keramik-Hitzeabschirmung, die mechanisch über der Wasserummantelungs-Endstirnfläche der Einspritzdüse befestigt ist. Diese Hitreabschirmung ist als einstückiger Ring oder Kreisring um die Düsenöffnung herum gebildet. Die Außenfläche der Hitzeabschirmung ist im Wesentlichen glatt und ununterbrochen, um für einen minimalen Kontakt mit den Reaktionsgasen und eine verringerte Gelegenheit für eine reaktive Vereinigung zu sorgen. Die Innenfläche der Hitzeabschirmung, d.h. die Seite, die an die Wasserummantelungs-Endstirnfläche angrenzt, umfasst eine Mehrzahl von Buchsenpaaren, wobei jedes Paar in radialer Ausrichtung um den Hitzeabschirmungsring herum ausgerichtet ist. Ein Bajonettkanal erstreckt sich vom äußeren Umfang der Hitzeabschirmung zwischen und parallel zu der äußeren und inneren Hitzeabschirmungsfläche und durch jedes Buchsenpaar hindurch. Eine entsprechende Anzahl von Befestigungsnasen ragt aus der Wasserummantelungs-Endstirnfläche hervor. Die Nasen sind geeignet angeordnet, um in Passgenauigkeit mit den Buchsen zu stehen. Jede Nase umfasst eine Öffnung, die axial mit jeweiligen Bajonettkanal-Bohrungen ausgerichtet ist. Wenn die Hitzeabschirmung gegen die Wasserummantelungs-Endfläche ausgerichtet ist und die Endstirnflächen-Nasen die Hitzeabschirmungs-Buchsen durchdringen, werden Bajonettdrähte entlang der radialen Kanalbohrung eingeführt, um die Wärmeabschirmung an mehreren Anbringungspunkten mit der Wasserummantelungs-Endstirnfläche stehend französisch zu verriegeln.
- Das U.S. Patent Nr. 5,947,716 offenbart eine Hitzeabschirmung mit einem Ringpaar, bei dem jeder Ring ein vollständiger Ring um die Düsenachse herum ist, welche nur einem radialen Abschnitt des gesamten Wasserummantelungs-Stirnflächenrings gegenüberliegt oder diesen abschirmt. Ein innerer Ring ist mechanisch durch Drahtgewebesegmente um die Düsenachse herum an der metallischen Düsenstruktur befestigt. Die äußeren Elemente dieser Segmente (Nasen) sind einstückig angeformte Vorsprünge auf der äußeren Konusoberfläche der Düsenlippe. Jede der drei Nasen, die von der äußeren Konuslippe hervorspringt, ist ein gekrümmter Abschnitt einer unabhängigen Ringrippe. Der innere Umfang des inneren Hitzeabschirmungsrings ist mit einem Kanal mit einer entsprechenden Zahl von Einschnitten in der Wand gebildet, um die äußeren Nasenelemente aufzunehmen und gleiten zu lassen. Zusammengebaut ist der innere Hitzeabschirmungsring durch einen punktgeschweißten Metallstab gegen eine Verdrehung gesichert, welcher der Düsen-Kühlummantelungs-Stirnfläche innerhalb einer Nute im äußeren Umfang des inneren Rings zugeführt wird. Zusätzlich ist der äußere Umfang des inneren Hitzeabschirmungsrings mit einem Stufengesims oder einer Überlappung mit etwa halber Dicke gebildet, welche mit einem entsprechenden Stufengesims oder einer Überlappung auf dem inneren Umfang eines äußeren Hitzeabschirmungsrings überlappt. Der äußere Hitzeabschirmungsring ist durch einen zweiten Satz äußerer Nasenelemente, welche aus dem äußeren Umfang der Wasserummantelungs-Stirnfläche hervorragen, an der Wasserummantelungs-Stirnfläche befestigt. Eine Dichtmanschettenschelle um den Umfang des äußeren Hitzeabschirmungsrings herum stellt einen Strukturkanal für die Aufnahme des äußeren Satzes der Wasserummantelungs-Nasen bereit. Der äußere Hitzeabschirmungsring wird auch durch einen heftgeschweißten Stab oder eine heftgeschweißte Stange an seinem Ort gehalten.
- Das U.S. Patent Nr. 5,273,212 offenbart eine abgeschirmte Brennerumhüllung mit einzelnen Keramik-Plättchen, die auf mosaikartige oberflächenbedeckende Weise aneinander angrenzend angeordnet sind.
- Das U.S. Patent Nr. 5,941,495 offenbart einen ringförmigen hitzebeständigen Einschub, der mit der Brennstoff-Einspritzdüse am stromabwärtigen Ende nahe des Düsenauslasses verbunden ist. Eine Aussparung, die im stromabwärtigen Ende der Brennstoff-Einspritzdüse angeordnet ist, nimmt den ringförmigen hitzbeständigen Einschub auf.
- Das U.S. Patent Nr. 5,934,206 offenbart eine Brennerdüse zum Einspritzen von Synthesegas-Reaktionsmaterialien, welche eine Hitzeabschirmung aus einem Hochtemperaturmaterial umfasst.
- Das U.S. Patent Nr. 5,277,936 offenbart einen Deckschichtüberzug vom MCrAlY-Typ, der für die Verhütung des oxidativen Abbaus von Gasturbinenmotoren- Oberflächen, wie Turbinenabschnitts-Schaufeln und -Flügeln, in einer extremen Hitzeumgebung nützlich ist.
- Ein kürzlich entdecktes Problem bei den vorstehend erwähnten Abschirmungeinrichtungen ist, dass in dem Fall, in dem die Abschirmeinrichtung aus einem Hochtemperaturmetall, wie Molybdän, konstruiert ist, die Abschirmeinrichtung abnormal hohen Geschwindigkeiten des oxidativen Zerfalls unterliegt, welcher mit der Zeitspanne verbunden ist, wenn die Synthesegas-Erzeugungskammer auf Temperatur gebracht wird. Typisch unterliegt die Brenneranordnung bei Temperaturen von mehr als 600°C relativ hohen Sauerstoffkonzentrationen. Dieser oxidative Zerfall des Metalls kann zu einem Versagen der Abschirmeinrichtung führen, was ein vorzeitiges Versagen der Brenneranordnung zur Folge hat.
- Demgemäß gibt es einen Bedarf an einem hitzeabgeschirmten Brenner für die Synthesegas-Erzeugung, der eine Verbesserung gegenüber den Mängeln der Vorrichtungen des Standes der Technik darstellt, eine einfache Konstruktion aufweist und wirtschaftlich im Betrieb ist.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Kurz gesagt, ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schützen einer Synthesegasgenerator-Brenner-Hitzeabschirmung. Die Hitzeabschirmung, die zum Schützen der Brennerdüse verwendet wird, wird während des Anfahrens, bei dem eine oxidierende Hochtemperatur-Umgebung vorliegt, vorteilhaft selbst geschützt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Hitreabschirmung mit einer Deckschicht-Legierungszusammensetzung beschichtet, die MCrAlY umfasst, worin M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt, und wobei die Beschichtung 20–40 Gew.-% Co, 5–35 Gew.-% Cr, 5–10 Gew.-% Ta, 0,8–10 Gew.-% Al, 0,5–0,8 Gew.-% Y, 1–5 Gew.-% Si und 5–15 Gew.-% Al2O3 einschließt.
- Kurz gesagt, ist die vorliegende Erfindung eine Verbesserung gegenüber den früheren Synthesegasbrennerdüsen-Abschirmeinrichtungen. Die Brennerdüsenanordnung weist einen Brennerauslass zum Auslassen des Stroms von fluidem kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Strom in die Synthesegaserzeugungs-Kammer auf und umfasst eine Kühlkammer, die den Brennerauslass konzentrisch umgibt. Die Kühlkammer umfasst eine ringförmige Wärmeabführeinrichtung mit einer flachen Endstirnfläche, die in Richtung der Synthesegas-Erzeugungskammer angeordnet ist. Die ringförmige Endstirnfläche ist allgemein in einer Ebene ausgerichtet, die im Wesentlichen senkrecht zur Düsenausstoßachse steht. Kühlwasser wird von außerhalb der Verbrennungskammer in direkten Kontakt mit der Rückseite der Wärmeabführeinrichtungs-Endstirnfläche für eine leitende Wärmeabfuhr zirkuliert. Die Düsenanordnung umfasst eine Hitzeabschirmung mit einer inneren Oberfläche, die eine Oberfläche aufweist, welche der ringförmigen Oberfläche der Wärmeabführeinrichtung benachbart ist und vorzugsweise in Kontakt mit ihr steht. Die Hitzeabschirmung weist eine äußere Oberfläche auf, die in Richtung auf die Synthesegas-Erzeugungskammer weist. Um die Hitzeabschirmung auf eine Weise, welche den innigen Kontakt zwischen der ringförmigen Oberfläche der Wärmeabführeinrichtung und der inneren Oberfläche der Hitzeabschirmung erleichtert, an der Brennerdüsenanordnung zu befestigen, wird ein Befestigungsmittel mit Gewinde verwendet.
- Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine geschützte Hitzeabschirmung für eine für die Synthesegas-Erzeugung verwendete Brenneranordnung bereitzustellen, die eine einfache Konstruktion aufweist und im Betrieb wirtschaftlich ist.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Synthesegaserzeugungs-Brennerdüsen-Abschirmung mit einer größeren Betriebslebensdauer-Erwartung bereitzustellen.
- Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann in Anbetracht der folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlicher, worin ähnliche Teile ähnliche Bezugszeichen haben. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Konzept nicht als auf die hierin offenbarten Konstruktionen, sondern stattdessen durch den Bereich der beigefügten Ansprüche beschränkt angesehen werden sollte.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Synthesegaserzeugungs-Verbrennungskammer und eines Brenners derselben. -
2 ist ein Detail der Verbrennungskammer-Gasdynamik an der Brennerdüsen-Stirnfläche. -
3 ist eine Schnittansicht der Brennerdüse von1 , die mit einer Hitzeabschirmung ausgestattet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Hitzeabschirmung eine schützende Beschichtung, welche die Verbrennungskammeroberfläche der Hitzeabschirmung bedeckt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In
1 ist eine partiell weggeschnittene Ansicht eines Synthesegas-Erzeugungsgefäßes10 veranschaulicht. Das Gefäß10 umfasst ein Strukturgehäuse12 und eine innere hitzebeständige Auskleidung14 um eine eingeschlossene Verbrennungskammer16 herum. Ein Brennerbefestigungshals18 zum Tragen einer länglichen Brennstoff-Einspritzbrenneranordnung20 innerhalb des Reaktorgefäßes ragt von der Gehäusewand nach außen hervor. Die Brenneranordnung20 ist so ausgerichtet und angeordnet, dass die Stirnfläche22 des Brenners im Wesentlichen bündig mit der inneren Oberfläche der hitzebeständigen Auskleidung40 ist. Ein Brenner-Befestigungsflansch24 befestigt die Brenneranordnung20 an einem Befestigungshalsflansch19 des Gefäßes10 , um zu verhindern, dass die Brenneranordnung20 während des Betriebs ausgestoßen wird. - Obwohl man nicht durch irgendeine Theorie gebunden sein will, nimmt man an, dass die
1 und2 teilweise das innere Gaszirkulationsmuster innerhalb der Verbrennungskammer darstellen. Gasstromrichtungs-Pfeile26 sind durch die hohe Temperatur und die Verbrennungsbedingungen innerhalb der Verbrennungskammer16 angetrieben. Abhängig vom Brennstoff und der induzierten Reaktionsgeschwindigkeit können Temperaturen entlang eines Reaktionskerns28 so viel wie 2500°C erreichen. Wenn sich das Reaktionsgas in Richtung des Endes der Synthesegas-Erzeugungskammer16 hin abkühlt, wird das meiste des Gases in eine Abschreckkammer gezogen, die derjenigen des Synthesegas-Verfahrens ähnlich ist, das im U.S. Patent Nr. 2,809,104 beschrieben wird. Jedoch breitet sich ein kleinerer Prozentsatz des Gases radial vom Kern28 aus, um sich an den Reaktionskammer-Einschlusswänden abzukühlen. Die Zirkulations-Gasschicht wird nach oben zum oberen Zentrum der Reaktionskammer gedrängt, wo sie in den turbulenten Abwärtsstrom der Verbrennungssäule gezogen wird. Mit Bezug auf das Modell des Standes der Technik von2 wird am Zusammenfluss des Zirkulationsgases mit dem Hochgeschwindigkeitskern28 ein ringförmiger Wirbelstrom29 erzeugt, der turbulent die Brennerkopf-Stirnfläche22 umspült, wodurch die Gelegenheit für eine chemische Reaktion zwischen dem Brennerkopf-Stirnflächenmaterial und den hoch reaktiven korrodierenden Verbindungen, die in dem Verbrennungsprodukt-Zirkulationsstrom getragen werden, erhöht wird. - Unter Bezugnahme auf die
1 und3 umfasst eine Einspritzdüsenanordnung30 drei konzentrische Düsenschalen und eine äußere Kühlwasserummantelung60 . Die innere Düsenschale32 stößt aus einer axialen Bohrungsöffnung33 das Oxidationsmittelgas aus, das entlang einer oberen Anordnungsachsen-Leitung42 zugeführt wird. Eine mittlere Düsenschale34 führt die Kohlenaufschlämmung, die dem oberen Anordnungsstutzen44 zugeführt wird, in die Verbrennungskammer16 . Diese Kohlenaufschlämmung wird als fluidisierter Festkörper aus dem ringförmigen Raum36 ausgestoßen, welcher durch die innere Schalenwand32 und die mittlere Schalenwand34 gebildet wird. Die äußere Oxidationsmittelgas-Düsenschale46 umgibt den äußeren Düsenausstoßring48 . Der obere Anordnungsstutzen45 versorgt den äußeren Düsenausstoßring mit einem zusätzlichen oxidierenden Gasstrom. - Zentrierende Finnen
50 und52 erstrecken sich seitlich von der äußeren Oberfläche der inneren und mittleren Düsenschalenwand32 bzw.34 , um ihre jeweiligen Schalen koaxial relativ zu der Längsachse der Brenneranordnung20 zentriert zu halten. Man versteht, dass die Bauweise der Finnen50 und52 unterbrochene Bänder um die innere und mittlere Schale herum bilden und dem Fluidstrom innerhalb der jeweiligen ringförmigen Räume einen geringen Widerstand bieten. - Wie in größerer Einzelheit im U.S. Patent Nr. 4,502,633 beschrieben, sind die innere Düsenschale
32 und die mittlere Düsenschale34 beide relativ zu der äußeren Düsenschale46 für den Zweck der Stromkapazitätsänderung axial anpassbar. Wenn die mittlere Düse34 axial von der konisch verlaufenden inneren Oberfläche der äußeren Düse46 versetzt wird, wird der äußere Ausstoßring48 vergrößert, was einen größeren Sauerstoffgasstrom ermöglicht. Ähnlich wird, wenn die äußere konisch zulaufende Oberfläche der inneren Düse32 axial in Richtung der inneren konischen Oberfläche der mittleren Düse34 gezogen wird, die Kohlenaufschlämmungs-Ausstoßfläche36 verringert. - Eine Kühlfluid-Ummantelung
60 mit einem ringförmigen Endabschluss62 umgibt die äußere Düsenschale46 . Eine Kühlfluid-Leitung64 führt ein Kühlmittel, wie Wasser, aus dem oberen Anordnungs-Zufuhrstutzen54 direkt der inneren Oberfläche der Endabschlussplatte62 zu. Strömungskanalisierende Ablenkplatten66 steuern den Weg des Kühlmittelstroms um die äußere Düsenschale herum, um eine im Wesentlichen gleichförmige Wärmeabfuhr sicherzustellen und zu verhindern, dass das Kühlmittel Kanäle bildet und lokale heiße Orte erzeugt. Der Endabschluss62 umfasst eine Düsenlippe70 , welche eine Austrittsöffnung oder Ausstoßöffnung für das Einspeisen von Reaktionsmaterialien in die Einspritzbrenneranordnung20 begrenzt. - Speziell mit Bezug auf
3 umfasst das ebene Ende der Kühlummantelung62 eine ringförmige Oberfläche72 , die auf die Verbrennungskammer16 weisend angeordnet ist. Typisch ist die ringförmige Oberfläche72 der Kühlummantelung aus Metalllegierungsmaterialen auf Cobalt-Basis zusammensetzt. Ein Problem mit diesem Material ist, dass, wenn Kohle mit einem hohen Schwefelgehalt verwendet wird, die in der geschlossenen Verbrennungskammer umgesetzt wird, schwefelhaltige Verbindungen erzeugt werden. Innerhalb der Reaktionskammer16 neigen diese Schwefel-Verbindungen dazu, mit den Metalllegierungsmaterialien auf Cobalt-Basis zu reagieren, was eine Korrosion verursacht. Es wird eine verschleißende Korrosion aufrechterhalten, die letzten Endes in einem Versagen der Brenneranordnung20 endet. Obwohl Cobalt das bevorzugte Baumaterial der Düsenanordnung30 ist, können andere Legierungen mit einem Hochtemperatur-Schmelzpunkt, wie Molybdän oder Tantal, ebenfalls verwendet werden. - Ein Befestigungsmittel
74 ist vorgesehen, um die Hitzeabschirmung76 an der Brennerdüsen-Einspritzanordnung30 vorzugsweise an der ringförmigen Fläche72 zu befestigen. Das Befestigungsmittel74 kann eine Mehrzahl von Verfahren und Einrichtungen umfassen, die vorteilhaft die Hitzeabschirmung76 vorzugsweise in innigem Kontakt mit der ringförmigen Oberfläche72 der Kühlummantelung halten. Beispielsweise kann das Befestigungsmittel einen Vorsprung mit Gewinde umfassen, der einstückig mit der ringförmigen Oberfläche72 ausgebildet ist, oder es kann ein getrenntes Element sein, das an der ringförmigen Oberfläche72 befestigt ist. Der Vorsprung74 kann an der ringförmigen Oberfläche72 unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren, wie Schweißen, Anschrauben, Hartlöten und dergleichen, an der ringförmigen Oberfläche72 befestigt sein. Der Vorsprung74 mit Gewinde, der sich von der ringförmigen Oberfläche72 erstreckt, kann ein zusammenhängendes Element, wie ein Ring, oder bevorzugt eine Mehrzahl von beabstandeten einzelnen Elementen sein, die eine zylindrische oder sichelförmige Form aufweisen. Derartige Befestigungsmittel sind in größeren Einzelheiten in der uns ebenfalls gehörenden Patentanmeldung beschrieben, die am gleichen Datum wie die vorliegende eingereicht wurde. - Alternativ kann das Befestigungsmittel eine Mehrzahl von äußeren Nasenelementen umfassen, die so angepasst sind, dass sie zusammenarbeitend ausgerichtete Kanäle in der Hitzeabschirmung aufnehmen. Ein derartiger Aufbau ist im U.S. Patent Nr. 5,947,716 beschrieben.
- Eine andere Ausführungsform des Befestigungsmittels ist ein Bajonettkanal, der radial vom äußeren Umfang der Hitzeabschirmung durch ein Buchsenpaar gebohrt ist. Eine entsprechende Zahl von Befestigungsnasen ist an der Endstirnfläche der Wasserummantelung befestigt. Jede Nase umfasst eine Öffnung, die axial mit jeweiligen Bajonettkanälen ausgerichtet ist. Um die Hitzeabschirmung an der Wasserummantelung zu befestigen, werden Bajonettdrähte durch die radialen Kanäle eingeführt, um die Hitzeabschirmung an mehreren Anbringungspunkten mit der Wasseerummantelung stehend französisch zu verriegeln. Ein derartiger Aufbau ist im U.S. Patent Nr. 5,954,491 beschrieben.
- Die Hitzeabschirmung
76 ist aus einem Material mit einem Hochtemperatur-Schmelzpunkt, wie Siliciumnitrit, Siliciumcarbid, Keramiken auf Zirconiumdioxid-Basis, Molybdän, Wolfram oder Tantal, gebildet. Repräsentative Markenmaterialien schließen das Zirconia TZP-Produkt und Zirconia ZDY-Produkt der Coors Corp, Golden, CO, ein. Charakteristisch sollten diese Hochtemperaturmaterialien Temperaturen bis zu 1400°C standhalten, einen hohen Ausdehnungskoeffizienten einschließen und in einer hoch reduzierenden/sulfidierenden Hochtemperaturumgebung im Wesentlichen inert verbleiben. Vorzugsweise schließt die Hitzeabschirmung Molybdän ein. - Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Hitzeabschirmung
76 eine korrosionsbeständige Hochtemperaturbeschichtung78 . Die Beschichtung78 wird auf eine Dicke von 0,002 bis 0,020 Inch (0,05 mm bis 0,508 mm) und bevorzugt 0,005 bis 0,015 Inch (0,127 bis 0,381 mm) auf die Oberfläche der Hitzeabschirmung76 aufgetragen, die zur Verbrennungskammer hin weist. Um die Auftragung der Beschichtung78 auf der Hitzeabschirmung76 zu unterstützen, kann ein Abschnitt der Hitzeabschirmung in der Nachbarschaft der Düsenlippe70 einen geringen Radius von 0,001 Inch bis 0,50 Inch (0,0254 mm bis 12,7 mm) aufweisen. - Die Beschichtung
78 ist eine Legierung mit der allgemeinen Formel MCrAlY, worin M aus Eisen, Nickel oder Cobalt ausgewählt ist, die 20–40 Gew.-% Co, 5–35 Gew.-% Cr, 5–10 Gew.-% Ta, 0,8–10 Gew.-% Al, 0,5–0,8 Gew.-% Y, 1–5 Gew.-% Si und 5–15 Gew.-% Al2O3 einschließt. Eine derartige Beschichtung ist von Praxair erhältlich. - Die Beschichtung kann unter Verwendung verschiedener, dem Fachmann auf dem Gebiet der Pulverbeschichtung bekannter Verfahren auf die Oberfläche der Hitzeabschirmung aufgetragen werden. Beispielsweise kann die Beschichtung als feines Pulver durch ein Plasmasprühverfahren aufgetragen werden. Das spezielle Verfahren zur Auftragung des Beschichtungsmaterials ist nicht besonders kritisch, solange eine dichte, gleichförmige, kontinuierliche, haftende Beschichtung erzielt wird. Andere Beschichtungsabscheidungstechniken, wie Sputtern oder Elektronenstrahl, können ebenfalls verwendet werden.
Claims (7)
- Verfahren zum Schützen einer Synthesegasgenerator-Brenner-Hitzeabschirmung, umfassend das Beschichten der Brenner-Hitzeabschirmung mit einer Deckschicht-Legierungs-Beschichtungszusammensetzung, die MCrAlY umfasst, worin M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt und worin die Beschichtung 20–40 Gew.-% Co, 5–35 Gew.-% Cr, 5–10 Gew.-% Ta, 0,8–10 Gew.-% Al, 0,5–0,8 Gew.-% Y, 1–5 Gew.-% Si und 5–15 Gew.-% Al2O3 einschließt.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Beschichtung eine Dicke von 0,005 bis 0,015 Inch (0,127 bis 0,381 mm) aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Hitzeabschirmung ein Material mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten einschließt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Keramiken auf Zirkonerde-Basis, Molybdän, Wolfram und Tantal.
- Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Hitzeabschirmung Molybdän einschließt.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem M Cobalt ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Beschichtung eine Dicke von 0,002 bis 0,020 Inch (0,05 mm bis 0,508 mm) aufweist.
- Synthesegasgenerator-Brenner-Hitzeabschirmung, umfassend die Brenner-Hitzeabschirmung mit einer Deckschicht-Legierungs-Beschichtungszusam mensetzung, die MCrAlY umfasst, worin M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt und worin die Beschichtung 20–40 Gew.-% Co, 5–35 Gew.-% Cr, 5–10 Gew.-% Ta, 0,8–10 Gew.-% Al, 0,5–0,8 Gew.-% Y, 1–5 Gew.-% Si und 5–15 Gew.-% Al2O3 einschließt.
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