燃燒器噴尖和燃燒器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃燒器噴尖，尤其是用于合成氣體生成裝置中的高溫應(yīng)用的燃燒器噴尖。此外，本發(fā)明涉及一種燃燒器，尤其是一種用于合成氣體生成裝置的燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]用于合成氣體反應(yīng)器的燃燒器示意地在DE 10 2008 006 572 Al中描述。所述合成氣體反應(yīng)器包括外部的燃燒器元件，在所述燃燒器元件的噴尖中存在空腔連同設(shè)置在其中的擠壓體。圍繞擠壓體引導冷卻水通道，所述冷卻水通道用于冷卻燃燒器噴尖。燃燒器還包括內(nèi)部的燃燒器元件，所述內(nèi)部的燃燒器元件與外部的管同心地設(shè)置。在內(nèi)部的燃燒器元件和外部的燃燒器元件之間形成用于輸送燃燒粉塵、例如煤粉塵的通道。內(nèi)部的燃燒器元件在其噴尖的區(qū)域中也具有空腔連同設(shè)置在其中的擠壓體，以便圍繞所述擠壓體引導冷卻水通道，借助所述冷卻水通道冷卻內(nèi)部的燃燒器元件的噴尖。在內(nèi)部的燃燒器元件的中心設(shè)置有引燃器，其中在內(nèi)部的燃燒器元件和引燃器之間形成用于氧氣/蒸汽混合物的輸入通道。如外部的和內(nèi)部的燃燒器元件，引燃器空心壁狀地構(gòu)成，其中在引燃器的噴尖的區(qū)域中設(shè)置有擠壓體，圍繞所述擠壓體引導冷卻水通道，以便能夠冷卻引燃器。
[0003]合成氣體反應(yīng)器中的燃燒器的燃燒器噴尖在反應(yīng)器運行時承受高的溫度，使得實現(xiàn)到燃燒器噴尖中的極大的熱量引入。引入的熱量通過流動到描述的冷卻水通道中的冷卻水冷卻。為了減少能量引入，燃燒器噴尖能夠此外設(shè)有隔熱層，如在DE 10 2008 006 572Al中描述的那樣。
[0004]相應(yīng)的燃燒器元件通常由多個管和將管彼此連接的噴尖構(gòu)成，在所述噴尖中也設(shè)置有擠壓體。在此，噴尖通常由外部的環(huán)形部件和內(nèi)部的環(huán)形部件組成，其中外部的環(huán)形部件與外部的管連接并且內(nèi)部的環(huán)形部件與內(nèi)部的管連接。此外，環(huán)形部件在其背離外部的管或內(nèi)部的管的端部上彼此焊接。擠壓體與在中央設(shè)置的管連接，所述管將外部的管和內(nèi)部的管之間的中間空間分成用于冷卻水的環(huán)形的輸入通道和用于冷卻水的環(huán)形的輸出通道。每個燃燒器元件因此具有復雜的構(gòu)造。此外，燃燒器噴尖是相對大的，進而是重的，這例如在維護的情況下減小其可操作性。
[0005]出于生產(chǎn)方面的原因，管的或噴尖部件的壁厚度典型地為3nm，這使散熱變得困難并且提高相對于溫度波動的易受影響性。此外，懸浮物顆粒和冷卻水隨著時間能夠引起冷卻水通道在燃燒器噴尖的區(qū)域中的變窄或者甚至引起冷卻水通道的堵塞，這帶來提高的維護需求，以便能夠及時地發(fā)現(xiàn)這種變窄。
[0006]此外，用于制造燃燒器噴尖的材料是昂貴的并且在加工中是耗費的，因為必須將用于構(gòu)成燃燒器噴尖的部件彼此焊接。將部件焊接以形成相應(yīng)的燃燒器噴尖是不簡單的，因為典型地使用的鎳基超合金需要特殊的焊接過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]相對于所描述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是，提供一種有利的燃燒器噴尖，尤其是用于合成氣體燃燒器的燃燒器元件的燃燒器噴尖。此外，本發(fā)明的目的是提供一種有利的燃燒器，尤其是用于生成合成氣體的燃燒器。
[0008]所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器噴尖以及通過根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃燒器噴尖或根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃燒器來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的有利的設(shè)計方案。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種燃燒器噴尖，所述燃燒器噴尖具有燃燒器出口和至少一個包圍燃燒器出口的燃燒器噴尖部件，所述燃燒器噴尖部件具有燃燒器噴尖壁，所述燃燒器噴尖壁具有形成燃燒器噴尖部件的封閉的端部的端壁。燃燒器噴尖部件在其內(nèi)部具有到達至端壁的空腔，燃燒器噴尖壁具有指向空腔的壁內(nèi)側(cè)。在空腔中設(shè)置有擠壓體，所述擠壓體具有朝向燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)的擠壓體外側(cè)，其中在燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)和擠壓體外側(cè)之間形成至少一個流動通道。擠壓體經(jīng)由從擠壓體外側(cè)朝向燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)延伸的支撐結(jié)構(gòu)與燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)連接。
[0010]通過支撐結(jié)構(gòu)，能夠固定擠壓體在燃燒器噴尖壁的內(nèi)部中的位置。此外，由燃燒器噴尖壁和擠壓體構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)能夠整體上更穩(wěn)定地構(gòu)成。
[0011]支撐結(jié)構(gòu)尤其能夠構(gòu)成為連接片狀的或箭頭狀的結(jié)構(gòu)，其中至少在燃燒器噴尖端壁的區(qū)域中，相鄰的連接片狀的或箭頭狀的結(jié)構(gòu)在擠壓體外側(cè)上和/或在燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)上匯聚成拱形件。所述拱形件尤其能夠構(gòu)成為尖拱形件，類似于哥特式建筑中的拱形件。支撐結(jié)構(gòu)作為具有匯聚的拱形件的連接片狀的或箭頭狀的結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案能夠?qū)崿F(xiàn)借助疊層制造工藝(英語為:additive manufacturing process)、例如借助選擇性激光恪化(英語為〖selective laser melting)來制造燃燒器噴尖。
[0012]在具有支撐結(jié)構(gòu)的燃燒器噴尖的一個特殊的設(shè)計方案中，將擠壓體與燃燒器噴尖壁連接的支撐結(jié)構(gòu)的密度至少在端壁的區(qū)域中與燃燒器噴尖壁的其他區(qū)域相比增大。燃燒器噴尖壁在支撐結(jié)構(gòu)的密度增大的位置處與在支撐結(jié)構(gòu)的密度不增大的區(qū)域相比能夠更薄地構(gòu)造。尤其地，其能夠具有小于3mm的厚度，例如在0.5至2mm的范圍中的厚度。以所述方式，在承受尤其高的溫度和/或尤其明顯的溫度波動的區(qū)域中，由燃燒器噴尖壁吸收的熱量更快速地導出到冷卻流體上，由此與較厚的壁相比，能夠?qū)⑤^薄的壁保持得更冷，這又有益地作用于可支配的直至維護的運行持續(xù)時間。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器噴尖的范圍中，擠壓體尤其能夠與支撐結(jié)構(gòu)和燃燒器噴尖壁一件式地構(gòu)成。這允許尤其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且這才能夠完全實現(xiàn)在多個結(jié)構(gòu)的情況下制造。制造在此能夠如已經(jīng)提及的那樣通過疊層制造工藝(英語為:additive manufacturingprocess)，例如借助選擇性激光恪化(英語為-selective laser melting)來進行。
[0014]燃燒器噴尖壁能夠至少在端壁的區(qū)域中用隔熱層覆層。尤其地，當燃燒器噴尖壁具有較薄的和較厚的區(qū)域時，下述設(shè)計方案是有利的，在所述設(shè)計方案中，隔熱層施加在較薄的區(qū)域上，尤其施加在端壁的區(qū)域中。由于在所述設(shè)計方案中在具有隔熱層的區(qū)域中燃燒器噴尖壁是更薄的，能夠?qū)崿F(xiàn)，在該區(qū)域中雖然施加了隔熱層，但是總體壁厚度沒有超過其他的不具有隔熱層的區(qū)域的厚度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的燃燒器噴尖中的擠壓體尤其能夠空心地構(gòu)成。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的其中擠壓體構(gòu)成為實心體的燃燒器噴尖相比，通過擠壓體的空心的設(shè)計方案節(jié)約重量和材料。例如在維護或維修過程的范圍中，由于較小的重量，具有50cm和更大的直徑的燃燒器噴尖能更容易地操作。
[0016]在具有空心的擠壓體的實施變型形式的改進方案中，所述擠壓體具有相對于端壁近側(cè)的端部、相對于端壁遠側(cè)的端部、擠壓體內(nèi)腔和在遠側(cè)的端部的區(qū)域中具有至少一個朝向擠壓體內(nèi)腔敞開的擠壓體開口。以所述方式可能的是，可使通過在擠壓體外側(cè)和燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)之間的流動通道流動的冷卻流體或冷卻水進入空心的擠壓體。對此，例如，在擠壓體開口中能夠設(shè)置有導流元件，使得所述導流元件將擠壓體開口分成入流部段和出流部段并且在入流部段和出流部段之間形成圍繞導流元件的流動路徑。替選地，存在下述可能性，擠壓體具有至少一個朝向擠壓體內(nèi)腔敞開的另外的擠壓體開口。因此，所述另外的擠壓體開口設(shè)置在擠壓體的近側(cè)的端部和設(shè)置在遠側(cè)的端部的區(qū)域中的擠壓體開口之間。在擠壓體開口和另外的擠壓體開口之間，擠壓體內(nèi)腔形成用于例如為冷卻水的冷卻流體的流動路徑。
[0017]當在空心的擠壓體的內(nèi)部中形成用于冷卻流體的流動路徑時，在擠壓體內(nèi)腔中能夠存在從流動路徑分支的用于流過流動路徑的流體中的雜質(zhì)的收集腔。在此，有利的是，擠壓體內(nèi)腔中的收集腔位于流動路徑的流動方向發(fā)生改變的區(qū)域中。尤其有利的是，流動方向的改變帶來大幅流動轉(zhuǎn)向。在此，在空心的擠壓體中具有能夠用于提供足夠大的收集腔的足夠的空間。收集如冷卻流體中的懸浮物顆粒的雜質(zhì)引起，圍繞擠壓體的外側(cè)引導的流體通道更緩慢地磨損進而能夠更長地延緩流動橫截面的變窄。這又有益地影響維護區(qū)間。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器噴尖中，此外，至少部分地伸入到燃燒器開口中的旋流葉片能夠與燃燒器壁一件式地構(gòu)成。迄今，旋流葉片從背離燃燒器噴尖的燃燒側(cè)開始插入到由燃燒器壁圍繞的燃燒器出口中。在所述插入的情況下，能夠造成旋流葉片的和/或燃燒器噴尖壁的損壞。通過旋流葉片與燃燒器噴尖壁的一件式地構(gòu)成，插入旋流葉片是多余的。此外，存在下述可能性，在燃燒器噴尖壁的壁內(nèi)側(cè)和擠壓體外側(cè)之間形成的流動通道