具有带有尖端冷却的燃料喷射器的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有带有尖端冷却的燃料喷射器的系统。更具体而言，一种系统包括气化燃料喷射器。气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道构造成沿下游方向喷射流体。尖端部分包括：内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。

【技术实现步骤摘要】
具有带有尖端冷却的燃料喷射器的系统
本文所公开的主题涉及燃料喷射器，且更具体而言，涉及用于气化器的燃料喷射器。
技术介绍
多种燃烧系统采用燃料喷射器以将燃料喷入燃烧室。例如，整体气化联合循环(IGCC)发电设施包括带有一个或多个燃料喷射器的气化器。燃料喷射器将诸如有机原料的燃料与氧和蒸汽一起供应到气化器中以生成合成气。通常，燃烧发生在燃料喷射器下游。然而，紧邻燃料喷射器的燃烧所产生的火焰和/或热量可降低燃料喷射器的寿命，特别是在燃料喷射器超出一定温度时。例如，燃料喷射器可经受朝尖端和/或靠近火焰的其它位置的不断增加的更高温度。遗憾的是，燃料喷射器的寿命可被这样高的温度降低，甚至在使用现有冷却技术时。
技术实现思路
在范围方面与初始要求保护的专利技术相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的专利技术的范围，相反，这些实施例意图仅提供本专利技术的可能形式的简要总结。实际上，本专利技术可包括可类似于或不同于下文所述实施例的各种形式。在第一实施例中，系统包括气化燃料喷射器。气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道构造成沿下游方向喷射流体。尖端部分包括：内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。在第二实施例中，系统包括燃料喷射器。燃料喷射器包括：燃料通道，其构造成沿下游方向喷射燃料；氧通道，其构造成沿下游方向喷射氧；以及尖端部分，其围绕燃料通道和氧通道。尖端部分包括：内壁，其围绕燃料通道和氧通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。尖端部分包括径向通过外壁进入冷却剂室的冷却剂入口和冷却剂出口。在第三实施例中，系统包括燃烧室和联接到燃烧室的燃料喷射器。燃料喷射器包括构造成沿下游方向喷射燃料的燃料通道和围绕燃料通道的尖端部分。尖端部分包括：内壁，其围绕燃料通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。外壁具有相对于燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径，并且外壁直径从边沿到颈部逐渐地增加，并且然后逐渐地减小。附图说明当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中相同的标记表示相同的部件，在附图中：图1是带有冷却剂室的燃料喷射器的实施例的轴向剖视图；图2是带有冷却剂室的燃料喷射器的实施例的底视图；图3是具有两个曲率半径(radii)的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图；图4是具有两个曲率半径的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图；图5是具有一个曲率半径的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图；以及图6是示出屈曲特性的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图。部件列表104燃料喷射器152纵向轴线154上游侧156下游侧158氧160第一氧通道162燃料164燃料通道166预混合区170第二氧通道172尖端部分174内壁176外壁178冷却剂室180冷却剂182冷却盘管(coil)184颈部186边沿190下游方向192热燃烧气体200进口201第一侧202出口203第二侧216上部218下部219交界面(interface)220内壁厚度222外壁厚度224颈部厚度226第一弯曲部分228第二弯曲部分230直部232第一曲率半径234第一中心236第二曲率半径238第二中心240边沿角度242颈部角度244边沿曲率半径246边沿中心248颈部曲率半径250颈部中心252轴向距离253最外突起254外壁直径270氧侧关键位置272尖端面关键位置274上通道关键位置。具体实施方式下面将描述本专利技术的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，可不在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，如在任意工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发、大量的针对实施方案的决定都应实现开发者的具体目标，例如遵守在各个实施方案中均不同的与系统相关和与商业有关的限制。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的有益效果的本领域普通技术人员来说，这些都是设计、制作和制造中的常规任务。在介绍本专利技术的各种实施例的元素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在这些元素中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着存在除了所列元件之外的额外的元件。燃烧系统可利用燃料喷射器将燃料和可选地其它流体喷入燃烧室内。例如，IGCC发电设施可具有包括一个或多个气化燃料喷射器的气化器。由于燃烧发生在燃料喷射器的尖端附近，所以尖端可能暴露于高达大约1,300摄氏度(C)的温度。此外，热燃烧气体可再循环回到燃料喷射器。这样的高温可过早地磨损燃料喷射器，即使喷射器由专门设计用于高温的材料制成。相应地，可使用不同的冷却方法来增加燃料喷射器的寿命。例如，燃料喷射器尖端可具有一体冷却剂室以流过冷却剂。此外，冷却盘管可围绕燃料喷射器的主体以将冷却剂运送到冷却剂室。因此，燃料喷射器的外表面可暴露于热再循环气体，同时燃料喷射器的内表面可接触冷却剂。例如，冷却剂的温度可为大约40℃，从而导致大约1,260℃的温差。这样大的温度梯度可导致燃料喷射器的尖端附近的裂缝。具体而言，高温和温度波动可在尖端附近造成径向裂缝。此外，由高温度梯度引起的高应变力可引起周向裂缝。而且，设计用于增加的强度的较厚的冷却剂室壁可抑制热传递，由此有助于大的温度梯度。此外，热燃烧气体中的硫化合物可趋于沉积在诸如厚冷却剂室壁的较热表面上，硫化合物接着在这里加速金属的腐蚀。由这些不同机制引起的裂缝和腐蚀可最终降低燃料喷射器的寿命。为了解决这些问题，在下文所述的各种实施例中，气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道沿下游方向喷射诸如燃料或另一种流体的流体。具体而言，尖端部分可包括内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿。尖端部分还可包括外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿。此外，尖端部分可包括设置在内壁与外壁之间的冷却剂室。因此，冷却剂可流过冷却剂室以帮助降低尖端部分的温度。在某些实施例中，外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。弯曲壁部分可提高尖端部分的强度，由此减少由尖端部分所经历的应变。尖端部分中应变的减少可降低在尖端部分中形成径向和周向裂缝的可能性。此外，弯曲壁部分可足够坚固，以抵御由跨尖端部分的压差引起的屈曲。在其它实施例中，联接到冷却剂室的冷却剂入口可用来将冷却剂运送到冷却剂室中，并且联接到冷却剂室的冷却剂出口可用来从冷却剂室移除受热的冷却剂。冷却剂入口和冷却剂出口可将冷却剂径向运送通过外壁进入冷却剂室。在另外的实施例中，外壁可通过相对于燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径来表征。外壁直径可沿从边沿到颈部的方向逐渐地增加，并且然后逐渐地减小。这样的逐渐增加和减小的外壁直径可提高尖端部分的强度，由此减小裂缝的可能性。图1是根据实施例的燃料喷射器104的轴向剖视图。纵向轴线152纵长地穿过燃料喷射器104的中心。燃料喷射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：气化燃料喷射器，包括：尖端部分，其围绕构造成沿下游方向喷射流体的喷射通道，其中，所述尖端部分包括：内壁，其围绕所述喷射通道且沿所述下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕所述内壁且从所述颈部延伸至所述边沿；和冷却剂室，其在所述内壁与外壁之间，其中，所述外壁包括沿所述下游方向远离所述边沿延伸的弯曲壁部分。

【技术特征摘要】
2011.11.08 US 13/292,0491.一种系统，包括：气化燃料喷射器，包括：尖端部分，其围绕构造成沿下游方向喷射流体的喷射通道，其中，所述尖端部分包括：内壁，其围绕所述喷射通道且沿所述下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕所述内壁且从所述颈部延伸至所述边沿；和冷却剂室，其在所述内壁与外壁之间，其中，所述外壁包括弯曲壁部分，所述弯曲壁部分沿所述下游方向径向地远离所述边沿延伸到第一位置、接着向上游方向延伸到第二位置，其中所述第一位置位于所述边沿的下游，所述第二位置位于所述边沿的上游；其中，所述弯曲壁部分以第一曲率半径从所述边沿径向地弯曲远离，接着以第二曲率半径弯曲远离所述边沿，所述第一曲率半径不同于所述第二曲率半径。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁的所述弯曲壁部分沿所述下游方向径向地远离所述边沿朝向所述第一位置延伸。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁具有相对于所述气化燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径，并且所述外壁直径从所述边沿至所述颈部逐渐增加并且然后逐渐减小。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一曲率半径至少在下游方向上径向地远离所述边沿弯曲朝向所述第一位置，并且所述第二曲率半径至少在上游方向上径向地远离所述边沿弯曲朝向所述第二位置。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内壁具有第一恒定厚度，所述外壁具有第二恒定厚度，并且所述第一恒定厚度和第二恒定厚度彼此相等。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内壁为内环形壁，所述外壁为与所述内环形壁同轴的外环形壁，所述冷却剂室为设置在所述内环形壁与外环形壁之间的环形冷却剂室，所述边沿为环形边沿，并且所述颈部为环形颈部。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端部分包括径向通过所述外壁进入所述冷却剂室的冷却剂入口和冷却剂出口，其中所述径向方向垂直于所述燃料喷射器的纵向轴线。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弯曲壁部分沿所述下游方向径向地弯曲远离所述边沿延伸以阻止热气体朝所述边沿再循环。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端部分构造成优先沿所述外壁屈曲。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括具有气化燃料喷射器的气化器。12.一种系统，包括：燃料喷射器，包括：燃料通道，其构造成沿下游方向喷射燃料；氧通道，其构造成沿所述下游方向喷射氧；以及尖端部分，其围绕所述燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：AN基肖尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：