JP2005523371A - 耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド - Google Patents

耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド Download PDF

Info

Publication number
JP2005523371A
JP2005523371A JP2003586261A JP2003586261A JP2005523371A JP 2005523371 A JP2005523371 A JP 2005523371A JP 2003586261 A JP2003586261 A JP 2003586261A JP 2003586261 A JP2003586261 A JP 2003586261A JP 2005523371 A JP2005523371 A JP 2005523371A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
injector
nozzle
heat shield
annular
shield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003586261A
Other languages
English (en)
Inventor
スコット ホイットテイカー,ゲイリー
ウェズリー アダムス,ジェームズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eastman Chemical Co
Original Assignee
Eastman Chemical Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Chemical Co filed Critical Eastman Chemical Co
Publication of JP2005523371A publication Critical patent/JP2005523371A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/50Fuel charging devices
    • C10J3/506Fuel charging devices for entrained flow gasifiers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15Details of feeding means
    • C10J2200/152Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093Coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953Gasifying agents
    • C10J2300/0959Oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00018Means for protecting parts of the burner, e.g. ceramic lining outside of the flame tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/01001Pulverised solid fuel burner with means for swirling the fuel-air mixture

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

シールドの酸化的腐蝕と、それによる供給インジェクタの下面の劣化を防止する耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタを開示する。これによって、供給インジェクタの寿命、従って単一ガス化操作持続時間が延長される。

Description

本発明は一般に、合成ガス製造用の石炭ガス化装置に使用する、改良された供給インジェクタ又はバーナーに関する。更に詳しくは、本発明は、酸化的腐蝕に対して抵抗性であることによって供給インジェクタの耐用年数を延長するインサートと共に熱シールドを有する供給インジェクタに関する。
一酸化炭素及び水素から本質的になる合成ガス混合物は、水素添加反応のための水素源として、並びに炭化水素、酸素含有有機化合物及びアンモニアの合成用の供給ガス源として商業的に重要である。合成ガスを製造する方法の1つは石炭のガス化によるものであるが、この方法はこの硫黄含有炭化水素燃料の酸素富化空気による部分燃焼を含む。スラッギング型ガス化装置においては、石炭−水スラリー及び酸素が燃料として使用される。これらの2つの流れは、耐火物内張反応室の上部にはめ込まれた、バーナーと称されることがある供給インジェクタを通してガス化装置に供給される。供給インジェクタは水冷ヘッドを通して反応室に供給される、2つの酸素流と1つの石炭スラリー流(全て同軸)を使用する。反応室は(reaction chamber)インジェクタ水ジャケットよりもはるかに高圧で操作される。
この方法では、反応成分は約80bar(8000kPa)のようなかなりの圧力下で合成ガス燃焼室中に噴射される。高温ガス流は、燃焼室中で約700℃〜約2,500℃の範囲の温度、約1気圧〜約300気圧、とりわけ約10気圧〜約100気圧の圧力において生成する。ガスジェネレータからの排出原料ガス流は典型的には、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含み、燃料源及び反応条件によっては更にメタン、硫化水素及び窒素を含む場合もある。
この硫黄含有炭化水素燃料の酸素富化空気による部分燃焼は、バーナー技術においては通常は遭遇しない問題を提起する。例えば反応体を非常に急速で完全に混合すると、そしてバーナー又はミキサーを過熱から守るために特別な予防措置を講じることが必要である。石炭中の酸素及び硫黄夾雑物は、適当なバーナーの原料となることができる金属と反応する傾向があるため、バーナーエレメントが、急速な酸化及び腐蝕を起こす温度に達するのを防ぐことが必要である。従って、炭化水素と酸素との反応は、バーナー本体の完全に外側で行われること及びバーナーエレメントの表面又はその近くにおける可燃性混合物の局部集中を防ぐことが必須である。
反応がバーナーからの排出点から離れた点で起こるとしても、バーナーエレメントは燃焼ゾーンからの及び燃焼ガスの再循環乱流による輻射加熱を受けやすい。これら及び他の理由から、これらのエレメントが水冷されるとしても、また、反応体を予備混合して、火炎伝播速度を超える流速でバーナーから放出するとしても、バーナーはバーナー先端周囲における金属腐蝕によって破損しやすい。典型的には、短時間の操作後、反応室に対峙するジャケットの部分において熱腐蝕疲労亀裂が現れる。最終的には、これらの亀裂はジャケットを貫通し、それによってプロセスガスが冷却水流中に漏れる。この漏れが起こると、供給インジェクタの交換のためにガス化装置の操作は停止しなければならない。
この問題を最小限に抑えるための試みがこれまでなされてきたが、成功の度合いは様々であった。例えば特許文献1はモザイク状にバーナーを覆うために互いに隣接して配置された個々のセラミックタイル又は小板で被覆された遮蔽バーナーを開示している。
特許文献2及び3はろう付によって供給インジェクタ面に取り付けられた多数のシールドセグメントを記載している。これらのシールドセグメントは典型的にはセラミックタイルであるが、他の高融点材料も使用できる。これらのタイルはそれぞれ、ノズルの周囲においてタイルアニュラスの角張ったセグメントを形成し、タイルは放射状の接合部において重ねられて、段継ぎ、又は重ねそぎ継ぎ、又は重ね継ぎを形成する。個々のタイルは、高温のろう付化合物によって冷却液ジャケット端面に固定される。
特許文献4は、バーナーノズル用の係止シールド面を記載している。この特許文献においては、高温合金ワイヤをシールド及び一連のインターロックタブに通すことによって、単体のセラミック熱シールドを供給インジェクタに連結する。従って、シールドはインジェクタノズルの水ジャケット端面を覆って機械的に固定され、ノズルオリフィス周囲において一体リング又はアニュラスとして形成される。
特許文献5は、バーナーノズル用のブリーチロック熱シールド面を記載している。熱シールドは、内側リング及び外側リングからなり、それぞれがノズル軸の周囲に完全なアニュラスを形成し、全水ジャケット面の放射状部分のみを遮蔽する。内側リングは、ノズルリップの外側円錐面から突出しているラグと噛み合うことによって、金属ノズル構造に機械的に固定される。内側リングの内周は、それぞれの外側ラグエレメントを受けるように設けられたラグの数に等しい数の切り込みを有する溝によって形成される。組立てられる場合には、内側リングは、内側リングの外周のノッチ内においてノズル冷却ジャケット面に適用された金属のスポット溶接ロッドによって回転しないように固定される。
内側リングの外周は、外側リングの内周において対応するステップレッジと重なる、リングの全厚の約半分のステップレッジ又はラップによって形成される。外側リングはまた、水ジャケット面の外周から突出している1組の外側ラグエレメントによって水ジャケット面に固定される。外側リング周囲のカフブラケットは、外側の1組の水ジャケットラグを受ける構造溝を提供する。外側熱シールドリングはまた、仮付け溶接ロッド又はバーによって所定の位置に保持される。
特許文献6は、ノズル出口に隣接した、下流端においてノズルとインターロックされた環状耐火性インサートを有する燃料インジェクタノズルを記載している。燃料インジェクタノズルの下流端に形成されたくぼみは環状耐火性インサートを収容できる。
特許文献7は、バーナー面近傍においてプロセスガスの流れを変えるバーナー面の形状の変形である、正しく調整されたリップ隆起を有するバーナーノズルを記載している。この変形は、供給インジェクタの寿命を改良する。ノズル面を越えて反応性材料排出カラム中に流入する再循環ガス流の滑らかな移行は、ノズル面を燃焼反応の放射熱からある程度遮断する冷却ガスの静的又は層流境界層を助長すると考えられる。
特許文献8は、前記シールドに適用されることによって、シールド材料の高温腐蝕を低下させることができる被膜を記載している。
特許文献9(その開示を引用することによって本明細書中に取り入れる)は、バーナーノズル面用のねじ切りされた熱シールドを記載している。熱シールドは、その裏側において切削されたネジ穴にかみ合うねじ切りされた突起によって供給インジェクタに連結される。ねじ切りされた突起は、連続部材、又は少なくとも1つの弧状表面を具備する、間隔を開けて配置された複数の個々の部材であることができる。このねじ込み連結法は、供給インジェクタに熱シールドを連結するための信頼性のある方法であることが判明した。これは他のシールド連結よりも大きい強度を与え、しかも製造が容易である。シールドが機械加工の容易な金属で作られる場合には、このことは特に当てはまる。
前記熱シールドは、当業界において著しい進歩であるが、操作時間の延長が可能であったとしても、シールド中心で起こる腐蝕によって動作寿命が制限される。ねじ込み連結法を用いた運転経験から、高酸素活性の局所ゾーンがモリブデンシールドの腐蝕を引き起こすことが明らかになった。高酸素活性のこの局所ゾーンは、供給インジェクタから出る際の酸素流のガス流動態によって生じる。インジェクタ面上のリップのすぐ外側に低圧領域が存在する。この低圧ゾーンは酸素を吸い込み、モリブデンシールドの腐蝕を引き起こす。
モリブデンは、還元ガスによる腐蝕に対して極めて優れた抵抗性を有するが、高温酸化に対してはそれほど抵抗性ではない。シールドが腐蝕すると、シールドによるインジェクタ面の保護は徐々に失われ、インジェクタの寿命が短くなる。こうなると、シールド裏面及びインジェクタ面の両者の腐蝕が起こる。この腐蝕は、インジェクタ面から突出するねじ切りされた連結リングの付け根において特にひどい。極端な場合には、腐蝕によってねじリングが破損し、シールドが外れることがわかっている。
供給インジェクタ面への被覆モリブデンシールドの装着は供給インジェクタの最大連続運転寿命を2倍にしたが、連続運転寿命はそれでも、インジェクタ面の腐蝕及び亀裂を生じる、シールド中心近くで起こるシールドの酸化によって制限される。シールドの状態が更に悪化すると、シールドとインジェクタ面との間により腐食性の材料が蓄積する。このため、連結リングは破損し、シールドが最終的に失われる。
米国特許第5,273,212号 米国特許第5,934,206号 米国特許第6,152,052号 米国特許第5,954,491号 米国特許第5,947,716号 米国特許第5,941,459号 米国特許第6,010,330号 米国特許第6,284,324号 米国特許第6,358,041号
推定動作寿命に関する先行技術の欠点の改良であり、構造が簡易であり且つ運転が経済的である合成ガス発生用バーナー用の熱シールド設計を提供することが依然として必要とされている。
従って、本発明の目的は前述したガス発生バーナーノズルの推定動作寿命を更に延長することにある。
本発明の別の目的は腐蝕速度の低下した合成ガス発生用ガス発生バーナーノズルを提供することにある。
更に別の目的は燃焼ガスによって引き起こされる腐蝕作用からノズルの金属エレメントを保護するためのバーナーノズル熱シールドを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、酸化ゾーンからのモリブデンの除去において酸素の作用に対して特に抵抗性であるセラミックインサートを設け、シールドをインジェクタに連結するねじを、燃焼ガスによる腐蝕作用から保護することにある。
本発明のこれら及び他の目的は、腐蝕のために最もよく失われる熱シールドの部分に代えて耐酸化性材料が設けられた、ねじ切りされた熱シールドを有するノズルに関する本発明によって達成される。この耐酸化性インサートは好ましくは、シールドと独立し、円錐状であり、且つシールド自体によって所定の位置に保持される。このインサートは酸化ゾーンを占め、シールドの酸化を防止し、それによってバーナーの寿命を延長する。
本発明は、シールドの円錐状部分を除去することによって、シールドのセンター穴の直径を増加させることによって達成される。シールドの基本形状及び寸法はその他の点ではそのままである。耐酸化性材料、典型的にはセラミックは、円錐状であり、供給インジェクタ面のリップ上に配置される。次いで、熱シールドが常法に従ってインジェクタ面の所定の位置にねじ込まれ、インサートが所定の位置に保持される。この設計は、脆いセラミックの亀裂を防ぐために、インサート、インジェクタ面及びシールドの間に少しの隙間を与える。このようにして組み立てられた場合、インサートは酸化ゾーンを占め、モリブデンは還元条件にのみ供され、それによってインサートによって覆われたシールド及びインジェクタ面の腐蝕が防がれる。
図1は、合成ガス発生燃焼室及びバーナーの部分断面図であり;
図2は、バーナーノズル面における燃焼室ガス動態の詳細であり;
図3は、本発明の好ましい実施態様に従って組み立てられた合成ガスバーナーノズルの部分断面図であり;
図3Aは、軸3Aに沿った、図3の部分の拡大分解断面図であり;
図3Bは、本発明によるその他の特徴を明示するために示された、図3Aの拡大分解断面図の複製である。
図1を参照すると、合成ガス発生容器10の部分破断図が示される。容器10は密閉燃焼室16の周囲に構造シェル12及び内部耐火ライナー14を含む。このシェル壁から外に向かって突出しているのは、反応器内の細長い燃料噴射バーナーアセンブリ20を支持するバーナー取付用ネック18である。バーナーアセンブリ20は、バーナーの面22が耐火ライナー14の内側表面と概ね同一平面となるように位置合わせして、配置される。バーナー取付用フランジ24は、バーナーアセンブリ20を容器10の取付用ネックフランジ19に固定して、バーナーアセンブリ20が運転中に外れるのを防ぐ。
理論に拘束されるわけではないが、図1及び2は、燃焼室内の内部ガス再循環パターンの一部分を示すと考えられる。矢印26によって示されるガス流は燃焼室16内の高温及び燃焼条件によって生じる。燃料及び誘発反応速度によっては、反応器コア28に沿った温度は2,500℃にも達する場合がある。反応ガスが合成ガス発生室16の末端に向かって冷えるにつれて、ガスのほとんどは、米国特許第2,809,104号(引用することによって本明細書中に取り入れる)に記載された合成ガス法と同様な急冷室に吸い込まれる。しかし、微少のガスがコア28から放射状に拡がり、反応室の囲い壁にぶつかって冷める。再循環ガス層は、反応室の上部中央に向かって押し上げられ、そこで燃焼カラムの下降乱流中に引き込まれる。図2に図示されたモデルに関しては、再循環ガスと高速コア28との合流点において、環状渦流27が生成すると考えられ、これはバーナーヘッド面22を乱流によってこすり、それによってバーナーヘッド面材料と燃焼生成物再循環流中に保持される高反応性の腐蝕性化合物との化学反応性の可能性を増大する。
図1及び3を参照すると、バーナーアセンブリ20は、3つの同軸ノズルシェル及び外側冷却水ジャケット60を含むインジェクタノズルアセンブリ30を含む。内側ノズルシェル32は、軸方向ボア開口部33からの上方アセンブリ軸導管42に沿って送出される酸化剤ガスを排出する。中間ノズルシェル34は、上方アセンブリ入口44に送出される石炭スラリーを燃焼室16に案内する。この石炭スラリーは、流動化固体として、内側ノズルシェル壁32及び中間ノズルシェル壁34によって規定される環状空間36から押出される。外側の酸化剤ガスノズルシェル46は、外側ノズル排出アニュラス48を取り囲む。上方アセンブリ入口45は外側ノズル排出アニュラス48に酸化ガスの追加流を供給する。
集中フィン50及び52はそれぞれ、内側ノズルシェル壁32及び中間ノズルシェル壁34の外側表面から横に伸張して、各シェルがバーナーアセンブリ20の軸線に関して同軸上に中心を持つように保つ。フィン50及び52の構造は、内側シェル及び中間シェルの周囲に不連続帯を形成し、従って、各環状空間内の流体流に対してほとんど抵抗を与えない。
米国特許第4,502,633号(その開示全体を引用することによって本明細書中に取り入れる)により詳細に記載されていることであるが、内側ノズルシェル32及び中間ノズルシェル34は共に、流量能力の変動のために外側ノズルシェル46に関して軸方向に調整可能である。中間ノズル34が、外側ノズル46の円錐テーパー付き内側表面から軸方向に移動すると、外側排出アニュラス48は拡大され、より多くの酸素ガス流が可能になる。同様に、内側ノズル32の外側テーパー付き表面が中間ノズル34の内側円錐表面に向けて動かされると、石炭スラリー排出領域を規定する環状空間36は減少する。
外側ノズルシェル46を取り囲むのは、環状端クロージャー62を有する冷却液ジャケット60である。冷却液導管64は水のような冷却液を、上方アセンブリ冷却液供給口54から端クロージャー板62の内側表面に直接、送出する。フローチャネリングバッフル66は外側ノズルシェル周囲の冷却液の流路を制御して、実質的に均一な抜熱を保証し、且つ冷却液が流れたり局部的ホットスポットを生じないようにする。端クロージャー62は、反応材料を噴射バーナーアセンブリ20に供給するための出口オリフィス又は排出開口部を一般に規定する、米国特許第6,010,330号(引用することによって本明細書中に取り入れる)に記載されたようなノズルリップ70を含む。
図3、3A及び3Bを参照すると、冷却用ジャケット62の平面端は、燃焼室16に対峙して配置された、インジェクタ面を形成する環状表面72を含む。典型的には、冷却液ジャケット62の環状表面72は、酸化性及び硫化性の両環境において高温で使用するために設計された、合金188のようなコバルト基材金属合金材料からなる。合金188は、耐蝕性の向上のためにはクロム、ランタン及び珪素を含み;高温強度の改良のためにはタングステンを含む。合金25又は合金556のような他のコバルト基材合金もまた、有利に使用できるかもしれない。この種の材料の問題の1つは、高硫黄石炭を使用する場合に、石炭中の硫黄化合物がコバルト基材合金材料と反応して、腐蝕を引き起こす傾向があることである。自己消費性腐蝕が持続し、それは最終的にはバーナーアセンブリ20の破損に終わる。コバルトは一般に、ノズルアセンブリ30の好ましい構成材料であるが、モリブデン又はタンタルの合金のような他の高融点合金も使用できる。
環状表面72から突出するのは、熱シールド76をバーナーノズルインジェクタアセンブリ30に取り付けるためのねじ切りされた突起74である。熱シールド76は、還元性ガス化環境において使用するのに適した、セラミック、サーメット及び及び耐熱金属、例えばモリブデン、タンタル又はニオブを含むいくつかの高温材料の1つから作ることができる。熱シールド76は典型的にはモリブデンから作られる。
ねじ切りされた突起74は環状表面72に一体化することができる。即ち、ねじ切りされた突起は、環状表面72を構成する固体金属部品から機械加工することができる。あるいは、保持手段は、環状表面72に固定される別の部材であることができる。この場合には、突起74は、溶接、ねじ切り、ろう付などのような当業者に知られた方法を用いて環状表面72に取り付けることができる。環状表面72から伸張するねじ切りされた突起74はリングのような連続部材、又は間隔を開けて配置された複数の個別の部材であることができ、前記部材はいずれも、円筒状又は弧状であることができる。ねじ込み突起74は、内側表面78及び外側表面80を含み、その一方又は両方にねじを切ることができる。図3Bは、ねじ切りされた突起74の外側表面80に設けられたねじ82を図示している。熱シールド76の上側表面84には、環状ねじ溝88が設けられている。環状ねじ溝88は、環状ねじ溝88の内側表面90及び外側表面92の少なくとも一方にねじが切られおり、ねじ切りされた突起74を受けるように作られている。
また、環状表面72から突出し且つ軸方向ボア開口部33に関してねじ切りされた保持手段74より内側にあるのは、環状表面72と一体化している環状バリヤ94又はダムである。環状バリヤ94は、熱シールド76の上側表面84中に設けられた環状溝95によって受けられる。環状バリヤ94の少なくとも一部分97、又はおそらく一面は、突起を収容するように熱シールド76の上側表面84に切られた溝95の底部と接触している。この環状突起/溝配列の目的は、腐蝕性種(species)の通過に対して障壁を作り、従ってラビリンスシールとして働き、それによってシールドのねじ込み連結の腐蝕及び破損を防止することである。この環状バリヤ94は、本件と同一の日付で出願され、本件の譲受人に譲渡された同時係属特許出願の主題である。
軸方向ボア開口部33に関してバリヤ94の内側には、本発明に従って環状又は円錐状の耐酸化性インサート96が設けられる。この耐酸化性インサート96は、腐蝕のために最も失われそうな熱シールド76の部分を機能的に置き換えるように配置される。この耐酸化性インサート96は、シールドから独立し、円錐状であり、且つ熱シールド76によって所定の位置に保持される。インサート96は典型的には機械加工可能な耐酸化性セラミックから作られる。
耐酸化性インサート96は、シールドの円錐状部分を除去することによってシールドのセンター穴の直径を増すことによって収容することができる。耐酸化性インサート96は典型的にはセラミックであり、供給インジェクタ面72上のノズルリップ70上に同軸的に置かれることによって配置される。次いで、熱シールド76が、常法に従って、インジェクタ面72の所定の位置にねじ込まれ、それによってインサートが所定の位置に保持される。この設計は、脆いセラミックの亀裂を防止するために、インサート96、インジェクタ面の環状表面72及び熱シールド76の間に少しの隙間を与える。このようにして組立てられた場合、インサートは酸化ゾーンを占め、典型的にはモリブデンを含む熱シールド76は主に還元条件に供され、それによってインサートによって覆われたシールド及びインジェクタ面72の腐蝕が防がれる。
熱シールド76は窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、モリブデン、タングステン又はタンタルのような高融点材料から形成する。代表的な商品材料としては、Coors Corp.,Golden,ColoradoのZirconia TZP及びZirconia ZDY製品が挙げられる。特徴として、これらの高温材料は約1,400℃までの温度に耐え、高膨張率を伴い、且つ高温、高還元性/硫化性環境内において実質的に不活性のままである。熱シールド76はモリブデンを含むのが好ましい。
熱シールド76は、米国特許第6,284,324号(引用することによって本明細書中に取り入れる)に記載されたような高温耐蝕性被膜98を含むことができる。被膜98は、燃焼室に対峙する熱シールド76の下側表面86に、約0.002〜約0.020インチ(0.05mm〜約0.508mm)、特に約0.005〜約0.015インチ(0.127〜約0.381mm)の厚さまで適用される。被膜98の熱シールド76への適用を助けるために、ノズルリップ70に隣接した熱シールド76の部分は約0.001〜約0.50インチ(0.0254〜約12.7mm)の小さい半径を有することができる。
被膜98は一般式MCrAlY(式中、Mは鉄、ニッケル又はコバルトから選ばれる)を有する合金である。この被覆組成物は、合金化成分としてCr約5〜40重量%、Al 0.8〜35重量%、希土類元素イットリウム約1重量%以下及びCo 15〜25重量%を含み、残りはNi、Si、Ta、Hf、Pt、Rh及びそれらの混合物であることができる。好ましい合金は、Co約20〜40重量%、Cr 5〜35重量%、Ta 5〜10重量%、Al 0.8〜10重量%、Y 0.5〜0.8重量%、Si 1〜5重量%及びAl23 5〜15重量%を含む。このような被膜はPraxairなどから入手できる。
被膜98は、粉体被覆技術に熟練した者に知られた種々の方法を用いて熱シールド76の下側表面86に適用できる。例えば被膜98はプラズマ溶射法によって微粉として適用することができる。被覆材料を適用するための個々の方法は、高密度で、均一な連続密着被膜が得られるならば、特には重要ではない。スパッタリング又は電子ビームのような他の被覆付着法も使用できる。
本発明について詳述したが、当業者ならば、本明細書中に開示及び説明された本発明の範囲及び精神から逸脱しない限りにおいて、本発明の種々の側面に修正を行えることがわかるであろう。従って、本発明の範囲は、本明細書中に示され且つ説明された具体的実施態様に限定されるのではなく、添付した「特許請求の範囲」及びそれらの相当物によって決定されるものとする。
合成ガス発生燃焼室及びバーナーの部分断面図である。 バーナーノズル面における燃焼室ガス動態の詳細である。 本発明の好ましい実施態様に従って組み立てられた合成ガスバーナーノズルの部分断面図である。 軸3Aに沿った、図3の部分の拡大分解断面図である。 本発明によるその他の特徴を明示するために示された、図3Aの拡大分解断面図の複製である。

Claims (8)

  1. 少なくとも2個の同軸ノズルシェル並びに、実質的に平面の環状端面及び環状ノズルリップを規定する外側の冷却用ジャケットを含む、軸方向ボア開口部を規定するインジェクタノズル;
    前記端面から伸張する少なくとも1個のねじ切りされた突起;
    上側表面、下側表面及びセンター穴を規定する内側表面を有する、実質的に平面の熱シールド;
    少なくとも1個のねじ切りされた突起を回転可能な方法で受けることによって前記インジェクタノズルの端面に熱シールドを取り付けるように作られた、前記熱シールドの上側表面上の環状ねじ溝;並びに
    ノズルリップと熱シールドの内側表面との間の、ノズルリップ上に同軸的に配置された環状耐酸化性インサート
    を含んでなる、流動化燃料及び酸化材料を高温燃焼室に噴射する供給インジェクタ。
  2. 前記耐酸化性インサートが機械加工可能なセラミックを含む請求項1に記載の供給インジェクタ。
  3. 前記耐酸化性インサートが熱シールドの内側表面によってノズルリップ上の所定の位置に保持される請求項1に記載の供給インジェクタ。
  4. 前記ねじ切りされた突起が、内側表面及び外側表面を有するリングを含んでなり、前記内側表面及び前記外側表面の少なくとも一方にねじが切られている請求項1に記載の供給インジェクタ。
  5. 前記の少なくとも1個のねじ切りされた突起が複数個のねじ切りされた突起を含む請求項1に記載の供給インジェクタ。
  6. 前記熱シールドが高熱伝導率を有する材料を含む請求項1に記載の供給インジェクタ。
  7. 高熱伝導率を有する材料が窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア基材セラミック、モリブデン、タングステン及びタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1つの部材である請求項5に記載の供給インジェクタ。
  8. 軸方向ボア開口部に対して少なくとも1個のねじ切りされた突起より内側に配置された、インジェクタノズルの端面から伸張する環状バリヤ;及び環状バリヤを受けるように作られた、熱シールドの上側表面に設けられた環状溝を更に含む請求項1に記載の供給インジェクタ。
JP2003586261A 2002-04-18 2003-04-16 耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド Pending JP2005523371A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/125,535 US6892654B2 (en) 2002-04-18 2002-04-18 Coal gasification feed injector shield with oxidation-resistant insert
PCT/US2003/011660 WO2003089549A1 (en) 2002-04-18 2003-04-16 Coal gasification feed injector shield with oxidation-resistant insert

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005523371A true JP2005523371A (ja) 2005-08-04

Family

ID=29214802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003586261A Pending JP2005523371A (ja) 2002-04-18 2003-04-16 耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6892654B2 (ja)
EP (1) EP1495094A1 (ja)
JP (1) JP2005523371A (ja)
CN (1) CN100350022C (ja)
AU (1) AU2003223622A1 (ja)
WO (1) WO2003089549A1 (ja)
ZA (1) ZA200408332B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013001907A (ja) * 2011-06-17 2013-01-07 General Electric Co <Ge> ガス化装置用のフィードインジェクタ

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6615251B1 (en) * 1995-12-11 2003-09-02 John R. Klug Method for providing node targeted content in an addressable network
CN201233007Y (zh) * 2007-08-06 2009-05-06 国际壳牌研究有限公司 燃烧器
CN101363626B (zh) * 2007-08-06 2015-05-20 国际壳牌研究有限公司 制造燃烧器前脸的方法
CN201228965Y (zh) * 2007-08-06 2009-04-29 国际壳牌研究有限公司 燃烧器
US7993131B2 (en) * 2007-08-28 2011-08-09 Conocophillips Company Burner nozzle
US8506660B2 (en) * 2007-09-12 2013-08-13 General Electric Company Nozzles for use with gasifiers and methods of assembling the same
US8151716B2 (en) * 2007-09-13 2012-04-10 General Electric Company Feed injector cooling apparatus and method of assembly
CN101492615B (zh) * 2008-01-23 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 气化炉及其进料系统
DE102008006572A1 (de) * 2008-01-29 2009-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Keramische Beschichtung von Vergasungsbrennerteilen
EP2090825A1 (de) * 2008-02-14 2009-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Brennerelement und Brenner mit korrosionsbeständigem Einsatz
US20090274594A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Cliff Yi Guo Methods and systems for feed injector multi-cooling channel
JP5205203B2 (ja) 2008-10-08 2013-06-05 三菱重工業株式会社 スラグ溶融バーナ装置
US20100101203A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 General Electric Company Feed injector cooling jacket
US8177145B2 (en) * 2008-11-04 2012-05-15 General Electric Company Feed injector system
US8858660B2 (en) * 2009-01-14 2014-10-14 General Electric Company Cooled gasifier vessel throat plug with instrumentation cavity
US8783585B2 (en) * 2009-05-20 2014-07-22 General Electric Company Methods and systems for mixing reactor feed
DE102009025703A1 (de) * 2009-06-20 2010-12-23 Linde Aktiengesellschaft Kohlevergasungsbrenner
US8739549B2 (en) * 2010-04-06 2014-06-03 General Electric Company Systems and methods for feedstock injection
US8360342B2 (en) 2010-04-30 2013-01-29 General Electric Company Fuel injector having differential tip cooling system and method
US9079199B2 (en) 2010-06-14 2015-07-14 General Electric Company System for increasing the life of fuel injectors
DE102010033935B4 (de) * 2010-08-10 2013-01-17 Lurgi Gmbh Brenner und Verfahren für die partielle Oxidation von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff
US8663348B2 (en) 2010-08-11 2014-03-04 General Electric Company Apparatus for removing heat from injection devices and method of assembling same
US8721747B2 (en) * 2010-08-11 2014-05-13 General Electric Company Modular tip injection devices and method of assembling same
US8662408B2 (en) 2010-08-11 2014-03-04 General Electric Company Annular injector assembly and methods of assembling the same
US20120181355A1 (en) * 2011-01-17 2012-07-19 General Electric Company System for flow control in fuel injectors
US8475545B2 (en) * 2011-03-14 2013-07-02 General Electric Company Methods and apparatus for use in cooling an injector tip
ES2670833T3 (es) * 2011-05-31 2018-06-01 Gas Technology Institute Método de mantenimiento de la eficiencia de mezclado entre reactivos inyectados a través de un mezclador de inyección
US20120318887A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 General Electric Company System And Method for Cooling a Fuel Injector
CN102287825A (zh) * 2011-07-15 2011-12-21 马鞍山科达洁能股份有限公司 燃烧喷嘴及煤气化炉
CN103254940A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 通用电气公司 用于冷却燃料喷射器的系统和方法
US9249367B2 (en) * 2012-07-06 2016-02-02 Gas Technology Institute Injector having interchangeable injector orifices
US9279584B2 (en) 2013-03-15 2016-03-08 General Electric Company Heat shield for feed injector
WO2014189499A1 (en) * 2013-05-22 2014-11-27 Johns Manville Submerged combustion burners and melters, and methods of use
US9644158B2 (en) * 2014-01-13 2017-05-09 General Electric Company Feed injector for a gasification system
US10302300B2 (en) 2014-05-27 2019-05-28 General Electric Company Feed injector system
GB201409693D0 (en) * 2014-05-31 2014-07-16 Element Six Gmbh Thermal spray assembly and method for using it
CN104864391B (zh) * 2015-03-31 2017-04-19 陕西延长石油(集团)有限责任公司 一种煤气低氮氧化物燃烧发电多联产装置及方法
CN107541293A (zh) 2016-06-23 2018-01-05 通用电气公司 形成有铬涂层的气化元件及用铬涂层保护气化元件的方法
US11447576B2 (en) 2019-02-04 2022-09-20 Eastman Chemical Company Cellulose ester compositions derived from recycled plastic content syngas
US11312914B2 (en) 2019-02-04 2022-04-26 Eastman Chemical Company Gasification of plastics and solid fossil fuels to produce organic compounds
US20220250021A1 (en) * 2019-06-10 2022-08-11 Thomas J. Baudhuin Apparatus for Supercritical Water Gasification
EP4028488A2 (en) 2019-09-11 2022-07-20 Michiel Cramwinckel Process to convert a waste polymer product to a gaseous product
US20220186130A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-16 Air Products And Chemicals, Inc. Cooling jacket for gasification burner
CN113999700A (zh) * 2021-09-13 2022-02-01 郑州大学 一种五通道工艺烧嘴

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4353712A (en) * 1980-07-14 1982-10-12 Texaco Inc. Start-up method for partial oxidation process
DE3219316A1 (de) * 1982-05-22 1983-11-24 Ruhrchemie Ag, 4200 Oberhausen Verfahren und vorrichtung zur herstellung von synthesegas durch partielle oxidation von kohle-wasser-suspensionen
GB2127952A (en) * 1982-09-29 1984-04-18 British Gas Corp Burner assembly
US4502633A (en) * 1982-11-05 1985-03-05 Eastman Kodak Company Variable capacity gasification burner
US4602571A (en) * 1984-07-30 1986-07-29 Combustion Engineering, Inc. Burner for coal slurry
US4785746A (en) * 1985-04-25 1988-11-22 Trw Inc. Carbonaceous slurry combustor
US4685882A (en) * 1985-09-09 1987-08-11 Coen Company, Inc. Pulverized fuel slurry burner and method of operating same
US4690635A (en) * 1986-07-21 1987-09-01 Maxon Corporation High temperature burner assembly
GB8619076D0 (en) * 1986-08-05 1986-09-17 Shell Int Research Partial oxidation of fuel
US4889670A (en) * 1988-03-01 1989-12-26 Basf Aktiengesellschaft Process for manufacturing green and ceramic foam
US4888031A (en) * 1988-05-26 1989-12-19 Shell Oil Company Process for partial oxidation of a liquid or solid and/or a gaseous hydrocarbon-containing fuel
FR2677450B1 (fr) * 1991-06-07 1993-10-08 Aerospatiale Ste Nationale Indle Tuyere modulaire a refroidissement par film d'eau notamment pour essais a haute temperature d'eprouvettes ou analogues.
DE4140063A1 (de) * 1991-12-05 1993-06-09 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt, De Brenner zur herstellung von synthesegas
US5261602A (en) * 1991-12-23 1993-11-16 Texaco Inc. Partial oxidation process and burner with porous tip
US5392720A (en) * 1994-06-07 1995-02-28 Riley Stoker Corporation Flame retaining nozzle tip
US5515794A (en) * 1995-01-23 1996-05-14 Texaco Inc. Partial oxidation process burner with recessed tip and gas blasting
US5772708A (en) * 1995-03-17 1998-06-30 Foster Wheeler Development Corp. Coaxial coal water paste feed system for gasification reactor
US5947716A (en) * 1997-04-07 1999-09-07 Eastman Chemical Company Breech lock heat shield face for burner nozzle
US5934206A (en) * 1997-04-07 1999-08-10 Eastman Chemical Company High temperature material face segments for burner nozzle secured by brazing
US6010330A (en) * 1997-04-07 2000-01-04 Eastman Chemical Company Faired lip protuberance for a burner nozzle
US5954491A (en) * 1997-04-07 1999-09-21 Eastman Chemical Company Wire lock shield face for burner nozzle
US5941459A (en) * 1997-07-01 1999-08-24 Texaco Inc Fuel injector nozzle with protective refractory insert
US6228224B1 (en) * 1998-08-04 2001-05-08 Texaco Inc. Protective refractory shield for a gasifier
US6123542A (en) * 1998-11-03 2000-09-26 American Air Liquide Self-cooled oxygen-fuel burner for use in high-temperature and high-particulate furnaces
US6284324B1 (en) * 2000-04-21 2001-09-04 Eastman Chemical Company Coal gasification burner shield coating
US6358041B1 (en) * 2000-04-21 2002-03-19 Eastman Chemical Company Threaded heat shield for burner nozzle face
US6276927B1 (en) * 2000-05-08 2001-08-21 Arlo H. T. Lin Nozzle assembly for a gas burner
US6755355B2 (en) * 2002-04-18 2004-06-29 Eastman Chemical Company Coal gasification feed injector shield with integral corrosion barrier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013001907A (ja) * 2011-06-17 2013-01-07 General Electric Co <Ge> ガス化装置用のフィードインジェクタ

Also Published As

Publication number Publication date
US6892654B2 (en) 2005-05-17
CN100350022C (zh) 2007-11-21
AU2003223622A1 (en) 2003-11-03
US20030196576A1 (en) 2003-10-23
EP1495094A1 (en) 2005-01-12
WO2003089549A1 (en) 2003-10-30
CN1662633A (zh) 2005-08-31
ZA200408332B (en) 2005-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005523371A (ja) 耐酸化性インサートを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド
JP2005523412A (ja) 一体型腐蝕バリヤを有する石炭ガス化供給インジェクタシールド
JP4312983B2 (ja) 石炭ガス化バーナー遮蔽被覆
US6358041B1 (en) Threaded heat shield for burner nozzle face
US6152052A (en) High temperature material face segments for burner nozzle secured by brazing
US5947716A (en) Breech lock heat shield face for burner nozzle
KR20010089152A (ko) 기화기를 위한 보호용 내화 실드
US7921533B2 (en) Refractory protected replaceable insert
US20050132647A1 (en) Refractory armored quench ring
AU2003216066A1 (en) Refractory protected, replaceable insert for a gasifier
MXPA01001249A (en) Protective refractory shield for a gasifier

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090106

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090609