MXPA00000070A - Boquilla inyectora de combustible con inserto protector refractario - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a boquilla inyectora de combustible para un gasificador incluye una funda protectora refractaria que se ha montado a ras en un extremo de salida próximo a la porción de salida de la boquilla. El inserto refractario es de forma anular para rodear la salida de la boquilla. El miembro anular refractario puede ser una estructura de una pieza o una estructura multisegmento de, con preferencia, no más de cuatro piezas. Si el miembro anular refractaria es una estructura de una pieza o una estructura multisegmento, el mismo se encuentra rebajado en una superficie extrema, de salida de la boquilla inyectora de combustible, y reteniendo en el rebaje por medio de pernos de inmovilización o mediante un enganche a modo de rosca entre un saliente y una ranura que se han previsto en superficies complementarios de inter-enganche del rebaje y del miembro refractario. Las estructuras de retención previstas en el miembro anular refractario y en el rebaje en el que se dispone el miembro refractario de forma segura, mantienen al miembro anular refractario en su posición. La presencia duradera del miembro anular refractario prolonga la vidaútil de la boquilla inyectora de combustible al proteger lasáreas superficiales vulnerables del extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible que se encuentra próxima a una zona caliente y de reacción corrosiva en el interior del gasificador.

Description

BOQUILLA INYECTORA DE COMBUSTIBLE CON INSERTO PROTECTOR REFRACTARIO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención va dirigida a boquillas inyectoras de combustible para gasificadores de oxidación parcial, y más en particular a una nueva boquilla inyectora de combustible que posee un inserto protector refractario en el orificio de salida, para resistir el deterioro térmico y termo-químico de la boquilla inyectora de combustible en el orificio de salida. ESTADO DE LA TÉCNICA El procesamiento de combustibles carbonosos, tales como el carbón mineral, el gas y el petróleo, para producir mezclas gaseosas de hidrógeno y de monóxido de carbono, tales como gas de carbón, gas de síntesis, gas reductor o gas combustible, se lleva a cabo generalmente en un ambiente a alta temperatura de un gasificador de oxidación parcial, tal como el que se muestra en la Patente U.S. 2.809.104. Los gasificadores de oxidación parcial incluyen, normalmente, boquillas inyectoras de combustible de tipo anular, como se muestra, por ejemplo, en la Patente U.S. 4.443.230 de Stellaccio (boquilla inyectora de combustible de 4 anillos) , y en la Patente U.S. 4.491.456 de Schlinqer (boquilla inyectora de combustible de 5 anillos) . La boquilla inyectora de combustible de tipo anillo, se utiliza para introducir lechadas bombeables de combustibles carbonosos en una cámara de reacción del gasificador, junto con gases que contienen oxígeno, para la oxidación parcial . En general, una lechada de agua-carbón mineral, la cual incluye materiales que contienen azufre, se alimenta hacia la cámara de reacción del gasificador a través de uno o más anillos de la boquilla inyectora de combustible. Un gas que contiene oxígeno, el cual fluye a través de otros anillos inyectores de combustible, se encuentra con la lechada de agua-carbón mineral en un orificio de salida de la boquilla inyectora y se auto-inflama a temperaturas típicas de actuación del gasificador de aproximadamente 1315 °C a 1650 °C (2400 °F a 3000 °F) . Las presiones usuales en el interior del entorno del gasificador pueden estar en el intervalo de 1 a 300 atmósferas. En el interior del entorno del gasificador, se forma generalmente sulfuro de hidrógeno gaseoso, un agente corrosivo bien conocido con respecto a la estructura metálica de la boquilla inyectora durante el procesamiento del componente de lechada de agua-carbón mineral del combustible alimentado. También se forma escoria líquida como subproducto de la reacción entre la lechada de agua-carbón mineral y el gas contenedor de oxígeno, y tal escoria tiene también un efecto corrosivo sobre la estructura metálica de la boquilla inyectora de combustible. Además, las condiciones de alta temperatura en la zona de reacción alrededor del orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible debido al auto-encendido de los componentes del combustible alimentado en esta zona, pueden provocar una corrosión en caliente y una fatiga térmica inducida que agrieten el orificio de salida. El orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible define, generalmente, la posición de la zona de gradiente térmico más alto del gasificador. Debido a los efectos corrosivos del sulfuro de hidrógeno y de la escoria líquida sobre la boquilla inyectora de combustible, especialmente en el orificio de salida, así como de la corrosión en caliente y de la fatiga térmica inducida que agrietan el orificio de salida, el fallo o la rotura de la boquilla inyectora de combustible es probable que ocurra con frecuencia en el orificio de salida, debido al deterioro térmico y a la degradación termo-química. Tal deterioro térmico y degradación termo-química de la estructura de la boquilla inyectora de combustible, limitan la vida útil de la boquilla inyectora de combustible, la cual debe ser reparada o sustituida a continuación. Sin embargo, la reparación o sustitución de una boquilla inyectora de combustible es costosa y presenta inconvenientes, puesto que el funcionamiento del gasificador debe ser interrumpido temporalmente durante un período de enfriamiento con anterioridad a que el inyector de combustible pueda ser extraído para su sustitución o reparación.

Los intentos para limitar el deterioro de la boquilla inyectora de combustible debido a agentes térmicos y corrosivos, incluyen la provisión de protectores tronco-cónicos de material térmico y resistente al desgaste, tal como de tungsteno y de carburo de silicio, fijados al extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible, como se muestra en la Patente U.S. 4.491.456 de Schlinger. Sin embargo, la protección tronco-cónica mostrada por Schlinqer se mantiene con orientación vertical y puede resbalar fácilmente desde la boquilla. Además, cualquier material de unión para asegurar la protección tronco-cónica de Schlinger al extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible, puede estar sometido a corrosión y al fallo de la unión. El fallo de los materiales de unión puede provocar que la protección tronco-cónica se desprenda de la boquilla inyectora de combustible. Así, la vida protectora útil de la protección tronco-cónica de Schlinqer en el extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible puede reducirse de forma prematura debido al fallo de los agentes de unión que fijan la protección tronco-cónica a la boquilla inyectora de combustible. La boquilla inyectora de combustible es probable que tenga, por tanto, una vida útil reducida debido a la pérdida prematura del escudo protector proporcionado por la protección tronco-cónica. La solicitud canadiense publicada núm. 2.084.035 de Gehardus et . al . , muestra un quemador para la producción de gas de síntesis, en el que la superficie extrema está revestida con plaquitas de material cerámico mantenidas en su lugar por medio de una junta en cola de milano. La junta en cola de milano da lugar a un espesor no uniforme de la pared del orificio de la junta en cola de milano, y posee un área indeseada de espesor de pared reducido. El área de espesor de pared reducido es un área de concentración de esfuerzos que es vulnerable al agrietamiento y al deterioro térmico. El espesor de pared no uniforme en la junta de cola de milano, puede conducir también a una corrosión y un desgaste acelerado. Además, la junta en cola de milano forma un cuello estrecho de soporte para las plaquitas cerámicas . El cuello estrecho de soporte es un área de debilitamiento y de vulnerabilidad de las plaquitas, para su deterioro o separación del quemador.

Resulta deseable proporcionar una boquilla inyectora de combustible con un inserto protector refractario, que sea retenido de manera segura en el orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible, y cuyo inserto refractario sustituya al metal en la zona de gradiente térmico más alto de la boquilla inyectora de combustible. También es deseable proporcionar una boquilla inyectora de combustible con un inserto protector refractario que permanezca en su posición bajo condiciones que propicien la corrosión por fatiga térmica ayudada por el deterioro por el calor y el sulfuro de hidrógeno, con lo que la presencia resistente del inserto protector refractario amplía la vida útil de la boquilla inyectora de combustible . OBJETOS Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Entre los diversos objetos de la invención, se puede apreciar la provisión de una nueva boquilla inyectora de combustible que tiene una protección térmica y termo-química en el orificio de salida, una nueva boquilla inyectora de combustible que tiene un inserto protector térmico y termoquímico fijado al orificio de salida con la utilización de medios de retención que inmovilizan el inserto protector alrededor del orificio de salida, con lo que los medios de retención no se encuentran sometidos al deterioro prematuro por los agentes corrosivos o por los fenómenos térmicos, y el inserto y los medios de retención permiten libertad para los procesos de deformación inducida térmicamente que se producen durante la operación de arranque del gasificador. Un objeto más de la invención consiste en proporcionar protección térmica y termoquímica alrededor del orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible a un coste relativamente bajo, utilizando formas refractarias que se enclavan con la boquilla inyectora de combustible. Otro objeto de la invención consiste en proporcionar una boquilla inyectora de combustible con un inserto refractario que sustituya al metal que es probable que resulte dañado por las reacciones del proceso. AÚn otro objeto de la invención consiste en proporcionar un nuevo método de ampliar la vida de una boquilla inyectora de combustible . Otro objeto de la invención consiste en proporcionar una boquilla inyectora de combustible con un nuevo inserto protector refractario que está montado a ras alrededor del orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible. Otros objetos y características de la invención resultarán evidentes en parte y serán recalcados en parte en lo que sigue . BREVE DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, un inserto anular refractario se enclava con la boquilla inyectora de combustible en un extremo de salida próximo a la porción extrema de salida de la boquilla. Un rebaje formado en el extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible, alberga el inserto anular refractario. El rebaje puede ser de forma trapezoidal en sección transversal, siendo entendido el término "trapezoidal" para contemplar formas que son aproximadamente trapezoidales . Otras formas de sección transversal apropiadas para el rebaje, están dentro del concepto de la invención. La disposición del inserto anular refractario en el rebaje incluye enclavar el inserto refractario en la boquilla inyectora de combustible mediante dispositivos de inmovilización o afianzamiento que evitan la necesidad de cemento o de material de vinculación. El inserto no se extiende más allá del extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible y se encuentra montado a ras en la superficie extrema del orificio de salida. En una realización de la invención, el inserto anular refractario es un miembro de una pieza mantenido en su posición en el rebaje por medio de pernos de retención que enganchan en una ranura formada alrededor de la circunferencia del inserto anular. En una segunda realización de la invención, el inserto anular se forma a modo de estructura multi-segmento. Los segmentos se mantienen en su posición en un rebaje trapezoidal mediante salientes a modo de protuberancias formadas en las paredes laterales del rebaje, que encajan en las ranuras periféricas formadas en las paredes laterales correspondientes de los segmentos del inserto anular. En otra realización de la invención, un anillo de retención metálico se fija al extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible después de que se hayan instalado los segmentos del inserto anular en un rebaje de montaje. El anillo metálico de retención completa la estructura de un rebaje trapezoidal y también completa la estructura de inmovilización que sirve para retener los segmentos anulares refractarios en el interior del rebaje. Los segmentos múltiples del inserto anular refractario tienen, con preferencia, porciones extremas escalonadas que también se inter-enganchan cuando se sitúan en el rebaje. El enganche escalonado de los segmentos del inserto, limita el paso de escoria y de gases corrosivos, pasados los segmentos del inserto, hasta la estructura metálica subyacente de la boquilla inyectora de combustible. En todas las realizaciones de la invención, el inserto anular refractario protege el área de salida de la boquilla inyectora de combustible, en la porción extrema de salida, con relación al deterioro térmico y termoquímico debido a las condiciones de alta temperatura y a las condiciones de corrosión química en una zona de reacción del gasificador. El inserto anular refractario prolonga, así, la vida útil de la boquilla inyectora de combustible y prolonga, de manera correspondiente, el ciclo de actuación del gasificador. La invención comprende en consecuencia las construcciones y el método que se describen a continuación, estando indicado el alcance de la invención en las reivindicaciones . DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos que se acompañan, La Figura 1 es una vista esquemática, simplificada, en alzado, mostrada parcialmente en sección, de una boquilla multi-anillo inyectora de combustible, con un inserto anular refractario que incorpora una realización de la invención; la Figura 2 es una vista despiezada de la misma, que muestra el inserto anular refractario con anterioridad a su instalación en el orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible, habiéndose omitido aquí, y en las Figuras posteriores, los anillos interiores de la boquilla inyectora de combustible, por motivos de claridad; las Figuras 3 y 4 son vistas aumentadas, fragmentarias, en sección, del inserto anular refractario posicionado en el orificio de salida para su fijación mediante un perno; la Figura 5 es una vista inferior en sección, tomada en el extremo de salida de la misma, y que muestra el orificio de salida tras la instalación del inserto anular refractario; la Figura 6 es una vista simplificada en perspectiva, despiezada, de otra realización de la invención, en la que un inserto anular refractario multi-segmento se encuentra posicionado, para su instalación, en el orificio de salida de una boquilla multi-anillo inyectora de combustible; la Figura 7 es una vista inferior esquemática simplificada de la misma, con anterioridad a la instalación del inserto anular refractario multi-segmento en el orificio de salida; la Figura 8 es una vista similar a la Figura 7, que muestra una posición intermedia de instalación de los segmentos del inserto anular refractario en el orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible; la Figura 9 es una vista similar a la Figura 8, que muestra una posición de instalación final de los insertos anulares refractarios; la Figura 10 es una vista en sección, fragmentaria, aumentada, de la misma, tomada por la línea 10-10 de la Figura 8; la Figura 11 es una vista en sección, fragmentaria, aumentada, de la misma, tomada por la línea 11-11 de la Figura 8; la Figura 12 es una vista en perspectiva, despiezada, de otra realización de la invención, en la que se utiliza un anillo multi-segmento de retención para inmovilizar un inserto multi-segmento anular refractario en el orificio de salida de una boquilla inyectora de combustible; la Figura 13 es una vista esquemática inferior, simplificada, de la misma, que muestra una posición intermedia de instalación de los insertos multi-segmento anulares refractarios en el orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible; la Figura 14 es una vista similar a la Figura 13 que muestra una disposición de instalación acabada del inserto multi-segmento anular refractario y del anillo multi-segmento de retención en el orificio de salida de la boquilla inyectora de combustible; la Figura 15 es una vista en sección, fragmentaria, aumentada, de la misma, tomada por la línea 15-15 de la Figura 12 con anterioridad a la instalación del anillo de retención multi-segmento; la Figura 16 es una vista en sección, fragmentaria, aumentada, tomada por la línea 16-16 de la Figura 13 , y la Figura 17 es una vista en sección, fragmentaria, aumentada, de la misma, tomada por la línea 17-17 de la Figura 14. Los números de referencia correspondientes indican partes correspondientes a través de las diversas vistas de los dibujos. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una boquilla inyectora de combustible que incorpora una realización de la invención, se ha indicado en general con el número 10 de referencia en la Figura 1. La boquilla 10 inyectora de combustible es similar a la boquilla inyectora de combustible descrita en detalle en la Patente U.S. 4.443.230 de Stellacio. La boquilla 10 inyectora de combustible, es del tipo que se utiliza en los gasificadores de oxidación parcial, y posee un extremo 12 de entrada y un extremo 14 de salida. La boquilla 10 inyectora de combustible, la cual tiene simetría cilindrica alrededor de un eje 16 central, incluye además un conducto 20 de flujo de alimentación central, y conductos 22, 24 y 26 de flujo de alimentación anulares concéntricos que convergen para formar un extremo 40 de salida de la boquilla en el extremo 14 de salida. Una pestaña 28 anular de montaje unida al conducto 26, se encuentra dispuesta para ser soportada en un extremo abierto de entrada de la cámara de reacción del gasificador (no representada) , para permitir que el extremo 40 de salida de la boquilla quede suspendido en la cámara de reacción. Los conductos 20, 22, 24 y 26 incluyen tubos 30, 32, 34 y 36 respectivos de—entrada. El tubo- 3O de entrada proporciona un flujo de alimentación de material 42 combustible gaseoso tal como, por ejemplo, los del grupo de gas que contiene oxígeno libre, vapor, gas de productos reciclados y gas de hidrocarburo. El tubo 32 de entrada proporciona una lechada 44 en fase líquida bombeada, de combustible carbonoso sólido, tal como, por ejemplo, una lechada de escoria-agua. Los tubos 34 y 36 de entrada proporcionan dos flujos separados de combustible 46 y 48, de tal modo que, por ejemplo, gas que contiene oxígeno libre, mezclado con un moderador de temperatura. El gas 42 que contiene oxígeno libre, el flujo 44 de lechada carbonosa, y los flujos 46 y 48 de gas que contiene oxígeno libre, desde los conductos 20, 22, 24 y 26, se combinan a una distancia predeterminada, más allá del extremo 40 de salida de la boquilla en una posición predeterminada de la cámara de reacción del gasificador (no representada) para formar una zona de reacción (no representada) . La combinación de la lechada 44 carbonosa que sale del conducto 22 con los flujos 42, 46 y 48 contenedores de oxígeno de los conductos 20, 24 y 26, provoca que la lechada 44 carbonosa se disperse o atomice, lo que fomenta la reacción del producto y aumenta el proceso de gasificación inducido por calor. Como resultado, la zona de reacción en el extremo 14 de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible se caracteriza por un calor intenso, con temperaturas en el intervalo de 1315 °C a 1650 °C (2400 °F a 3000 °F) . Una camisa 50 coaxial, anular, de enfriamiento por agua se ha previsto en el extremo 14 de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible para rodear al orificio 40 de salida. La camisa 50 anular de enfriamiento recibe el agua 52 de enfriamiento que llega a través de un tubo 54 de entrada. El agua 52 de enfriamiento sale por 56 desde la camisa 50 anular de enfriamiento hacia un serpentín 58 de enfriamiento y sale desde el serpentín 58 de enfriamiento por cualguier dispositivo de recirculación adecuado conocido o de drenaje (no representado) . El orificio 40 de salida incluye una superficie anular y horizontal o superficie 62 extrema de salida en el extremo 14 de salida, la cual se encuentra expuesta a la zona de reacción en caliente del gasificador y es el lugar de gradientes térmicos altos. El orificio 14 de salida es, por tanto, vulnerable a la corrosión química y por calor, y al agrietamiento por la fatiga térmica inducida que con frecuencia conduce a problemas operativos de la boquilla 10 inyectora de combustible. Para tratar el problema de la degradación térmica y termoquímica de la boquilla 10 inyectora de combustible en el orificio 40 de salida, un miembro 70 protector refractario se ha previsto en la superficie 62 anular en las proximidades del orificio 40 de salida. El miembro 70 protector refractario incluye un inserto 72 anular de una pieza, construido con un material refractario adecuado, que puede ser de tipo cerámico, tal como de carburo de silicio, de nitruro de silicio, o de cualquier otro material compuesto cerámico avanzado conocido que sea adecuado. El inserto 72 anular puede estar moldeado, mecanizado o formado de cualquier otra manera conocida adecuada. Con referencia a las Figuras 2 y 3, el inserto 72 tiene forma trapezoidal en sección transversal, con una base 74 superior relativamente estrecha y una base 76 inferior relativamente ancha. Los términos "trapezoidal" o "forma trapezoidal" tal y como se utilizan en lo que sigue, se pretende que se refieran a formas a modo de un trapecio. Un lado 78 radialmente interno, une las bases 74 y 76 superior e inferior por un lado de la forma trapecial. Una ranura 80 circunferencial formada en el lado 78 radialmente interno, se encuentra inclinada con un ángulo que es sustancialmente perpendicular al lado 78 radialmente interno. El inserto 72 incluye además un lado 82 radialmente externo compuesto por porciones 84 y 86 laterales intersectantes que unen las bases 74 y 76 superior e inferior de la forma trapezoidal . Si se desea, el lado 82 radialmente externo puede estar formado con inclinación continua. Con referencia a las Figuras 2 y 4, un canal 90 anular con sección transversal trapezoidal, se ha formado en la superficie 62 anular metálica y tiene una forma y un tamaño que son sustancialmente complementarios con la forma trapezoidal del inserto 72 con el fin de albergar el inserto 72. El canal 90 está muy próximo al orificio 40 de salida. El canal 90 incluye una porción 92 de base superior correspondiente con la porción 74 de base superior del inserto 72 , una superficie 94 radial interna correspondiente con la superficie 78 radialmente interna del inserto 72, un lado 96 radial externo correspondiente con el lado 82 radial externo del inserto 72, y una abertura 100 de canal que corresponde con la base 76 inferior del inserto 72. El lado 96 radial externo del canal 90, está compuesto por porciones 102 y 104 laterales intersectantes que corresponden con las porciones 84 y 86 laterales intersectantes del inserto 72. Una pluralidad de aberturas 106 para perno equiespaciadas, se han previsto en una superficie 108 de pared inclinada de orificio de salida, en el orificio 40 de salida. Las aberturas 106 para perno pasan a través de la superficie 94 radial interna del canal 90 y se enfrentan con la ranura 80 anular del inserto 72 refractario. Las aberturas 106 para perno están sustancialmente al mismo ángulo que la ranura 80 relativa a la superficie 78 de pared. La superficie 108 de pared de orificio de salida, define una trayectoria de flujo para porciones de fluido o masa que se mueve desde el orificio 40 de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible. El conjunto de inserto 72 refractario para la boquilla 10 inyectora de combustible, se realiza mediante la colocación del inserto 72 en el canal 90, de tal modo que las superficies 74, 78, 84 y 86 del inserto se encuentran en contacto sustancial de superficie-con-superficie con las correspondientes superficies 92, 94, 102 y 104 de canal. Si se desea, las superficies 92, 94, 102 y 104 de canal pueden ser recubiertas con un material de unión conocido adecuado, tal como morteros de carburo de silicio, Teflon® u otro adhesivo adecuado conocido para alta temperatura, con anterioridad a la instalación del inserto 72 refractario. También, si se desea, se puede aplicar un recubrimiento de dióxido de silicio a la superficie 76 del inserto 72, para aumentar la resistencia térmica y termo-química del inserto 72 anular.

Un perno 110 de inmovilización formado a partir de una aleación de acero adecuada, tal como ALLOY 800 fabricada por International Nickel Co., se introduce a presión en cada una de las aberturas 106 para perno, para encajar en la ranura 80 del inserto 72 refractario, como se muestra en las Figuras 3 y 4. Así, con la disposición del inserto 72 refractario en el canal 90, los pernos 110 de inmovilización son conducidos hacia la ranura 80, para inmovilizar el inserto 72 refractario en el canal 90, como se muestra en la Figura 5. Bajo esta disposición, la superficie 76 de base del inserto 72 se encuentra en una superficie extrema al descubierto y es sustancialmente coplanar o está enrasada con la superficie 62 extrema anular de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible. La disposición de montaje a ras, ayuda a asegurar que la boquilla 10 inyectora de combustible con el inserto 72 refractario, no sólo resiste la corrosión y el agrietamiento térmico y termoquímico sino que permanece en su posición bajo condiciones adversas de corrosión y de alta temperatura en el interior del gasificador. Además, la disposición de montaje enrasado no afecta al flujo del proceso incluso aunque la boquilla inyectora de combustible resulte dañada por agrietamiento. Aunque las dimensiones del canal 90 y del inserto 72 anular refractario pueden ser elegidas, el tamaño del canal 90 (el cual determina el tamaño del inserto 72) puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 6,35 a 19,05 mm (1/4 a 3/4 de pulgada) de profundidad desde la abertura 100 hasta la base 92, de aproximadamente 3,17 a 15,87 mm (1/8 a 5/8 de pulgada) de anchura, y de aproximadamente 101 a 152 mm (4 a 6 pulgadas) de diámetro en la superficie 94 radial interna. El espesor de pared de la pared 108 (Figura 2) en el canal 90, es de aproximadamente 0,397 a 3,175 mm (1/64 a 1/8 de pulgada) . La anchura de la ranura 80 anular es de aproximadamente 0,397 a 3,175 mm (1/64 a 1/8 de pulgada) , y el diámetro del perno 100 de inmovilización puede ser de aproximadamente 0,397 a 3,175 mm (1/64 a 1/8 de pulgada). El inserto 72 anular refractario se encuentra así enclavado mecánicamente al extremo de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible en las proximidades del orificio 40 de salida. La superficie 62 anular horizontal en el extremo 14 de salida, tiene exposición directa a la zona de reacción de la boquilla inyectora de combustible y de ello se deriva una protección sustancial del posicionamiento descrito y una fijación del miembro 70 protector refractario a dicha superficie 62 anular horizontal. Puesto que el inserto 72 anular refractario del miembro 70 protector se encuentra enclavado mecánica-mente por medio de los pernos 110 de inmovilización a la estructura de boquilla inyectora de combustible y tales pernos de inmovilización tienen una resistencia y una duración mayores que el mortero, los pernos de inmovilización prolongan la vida del miembro 70 refractario como agente protector para el extremo 40 de salida de la boquilla 10 inyectora de combustible. El sumergimiento o retroceso del inserto 72 anular refractario en el interior de la estructura metálica de la boquilla inyectora de combustible en el extremo 40 de la boquilla de salida, asegura que el inserto 72 anular refractario proporcione la protección deseada sin exposición sustancial de la superficie a condiciones adversas en la zona de reacción del gasificador. La vida útil de la boquilla inyectora de combustible se ve así prolongada por el incremento de la resistencia al deterioro térmico y a la degradación termoquímica del extremo 40 de salida de boquilla de la boquilla inyectora de combustible.

Otra realización de la boquilla inyectora de combustible se ha indicado en general con el número 120 de referencia en la Figura 6. La boquilla 120 inyectora de combustible es estructuralmente similar a la boquilla 10 inyectora de combustible, salvo que se indique lo contrario. La boquilla 120 inyectora de combustible posee un extremo 122 de salida dotado de un orificio 124 de salida y una superficie 126 anular horizontal en el extremo de salida del orificio 124 de salida. Un canal 130 trapezoidal (Figura 6) correspondiente con el canal 90 de la boquilla 10 inyectora de combustible (Figura 2) , se ha formado en la superficie 126 anular. Según se muestra de manera más clara en la Figura 10, el canal 130 incluye una superficie 132 de base superior, una superficie 134 radial interna, una superficie 136 radial externa y una abertura 138 de canal. Una protuberancia 144 a modo de rosca, se ha formado en la superficie 134 radial interna y se extiende aproximadamente a 240° alrededor del canal 130. Una protuberancia 146 correspondiente a modo de rosca, se ha formado en la superficie 136 radial externa y también se extiende a aproximadamente 240° alrededor del canal 130 en alineamiento arqueado con la protuberancia 144. Así, una porción 148 en arco de 120° (Figura 7) del canal 130, se encuentra libre de las protuberancias 144 y 146 a modo de rosca.

Las protuberancias 144 y 146 a modo de rosca se encuentran situadas a aproximadamente un tercio de la distancia entre la abertura 138 de canal y la pase 132 superior. Las protuberancias 144 y 146 son de sección transversal generalmente semielíptica o semicircular, aunque también son posibles otras formas adecuadas . Con referencia a la Figura 6, la boquilla 120 inyectora de combustible incluye además un inserto 150 anular multisegmento, formado con el mismo material que el inserto 72 anular. El inserto 150 es de forma trapezoidal complementaria con respecto al canal 130, e incluye tres segmentos 152, 154 y 156, cada uno de los cuales tiene una extensión arqueada de aproximadamente 120°. Según se muestra de manera más clara en la Figura 10, cada uno de los segmentos 152, 154 y 156 incluyen una superficie 162 superior relativamente estrecha, una superficie 164 inferior relativamente ancha, una superficie 166 radialmente interna, y una superficie 168 radialmente externa que corresponden con la abertura 130 de canal y con las superficies 132, 134 y 136 de canal. Una ranura 172 circunferencial interna se ha formado en el lado 166 radialmente interno de los segmentos 152, 154 y 156, para recibir la protuberancia 144, y una ranura 174 circunferencial externa se ha formado en los lados 168 radiales externos de los segmentos 152, 154 y 156 para recibir la protuberancia 146. Las porciones extremas de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156 están escalonadas, como se indica mediante los números 180 y 182 de referencia, para permitir un enganche escalonado de los segmentos, como se muestra más claramente en las Figuras 11 y 12. De este modo, un extremo del segmento 152 incluye el escalón 182 descendente susceptible de enganche con el escalón 180 ascendente de forma complementaria, en un extremo adyacente del segmento 154. Los extremos opuestos de cada uno de los segmentos 152 y 154 incluyen un escalón 180 ascendente. El segmento 156 tiene porciones de extremo opuestas que se han dotado, cada una de ellas, con el escalón 182 descendente.

Los segmentos 152, 154 y 156 se sitúan en el canal 130 mediante la disposición de tales segmentos, uno a uno, en la porción 148 sin protuberancia del canal 130, y haciendo deslizar los segmentos hacia la porción 130 del canal que incluye las protuberancias 144 y 146. Se apreciará que la porción 148 sin protuberancias del canal 130 tiene una extensión arqueada que es ligeramente mayor que la extensión arqueada del segmento más grande de un inserto multisegmento. Aunque el inserto 150 incluye tres segmentos de aproximadamente el mismo arco, cada segmento no necesita ser de igual tamaño. Con preferencia, el inserto no debe exceder de cuatro segmentos . Así, el segmento 152 se dispone en la porción 148 libre de protuberancia (Figura 7) del canal 130, y se rosca en dirección contraria a las agujas del reloj , hasta la posición mostrada en la Figura 8. El siguiente segmento 154 se dispone en la porción 148 sin protuberancia del canal 130, y se rosca en dirección contraria a las agujas del reloj hasta la posición mostrada en la Figura 8, en la que encajan las porciones 180 y 182 extremas escalonadas, como se muestra en la Figura 11. El segmento 156 restante se dispone en la sección 148 libre de protuberancia, de tal modo que los escalones 180 ascendentes de cada extremo del segmento 156, encajan con los escalones 182 respectivos descendentes de los extremos correspondientes de los segmentos 152 y 154. Cuando los tres segmentos 152, 154 y 156 se han situado en el canal 130, se giran aproximadamente 60 grados en dirección contraria a las agujas del reloj, por ejemplo, como se indica mediante las flechas 188 y 190 de la Figura 9. De este modo, una porción de los segmentos 152 y 156 es enganchada por los roscados 144 y 146 a modo de protuberancias, mientras que la extensión arqueada completa del segmento 154 es enganchada por los roscados 144 y 146 a modo de protuberancia. Bajo esta disposición, cada uno de los segmentos 152, 154 y 156 tiene al menos un encaje de 60 grados con los roscados 144 y 146 interno y externo a modo de protuberancias .

Los segmentos 152, 154 y 156 se encuentran así enchavetados en el canal 130 mediante el inter-enganche entre los roscados 144 y 146 del canal a modo de protuberancias y las ranuras 172 y 174 del segmento. Tal inter-enganche sirve para mantener los segmentos 152, 154 y 156 de forma segura en el interior del canal 130. Además, el enganche escalonado de los extremos opuestos de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156 reduce al mínimo la probabilidad de que los materiales corrosivos alcancen la superficie 92 del canal 130. Si se desea, las porciones 180 y 182 extremas encajadas en forma de escalón de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156, se pueden unir mediante mortero cerámico o con cualquier otro material de unión conocido adecuado. El material de unión se puede aplicar, asimismo, a la superficie del canal 140 durante la instalación de los segmentos 152, 154 y 156. Las juntas 180 y 182 a modo de escalón, en los extremos de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156, ayudan a combatir la penetración de escoria corrosiva líquida y de sulfuro de hidrógeno más allá de los segmentos cerámicos . El anillo anular multisegmento, permite la expansión y la contracción de los segmentos, y las porciones extremas encajadas a modo de escalón reducen al mínimo la penetración de materiales corrosivos más allá de los segmentos cerámicos, incluso aunque no se haya previsto material de unión entre las porciones 180 y 182 extremas encajadas a modo de escalón de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156. Otra realización de la boquilla inyectora de combustible se ha indicado en general con el número de referencia 200 en la Figura 12. La boquilla 200 inyectora de combustible es estructuralmente similar a la boquilla 10 inyectora de combustible, salvo que se indique lo contrario. La boquilla 200 inyectora de combustible tiene un extremo 202 de salida dotado de un orificio 204 de salida, y una superficie 206 anular horizontal en el extremo de salida del orificio 204 de salida. Un canal 210 trapezoidal mostrado parcialmente en las Figuras 12 y 15, y de manera completa en la Figura 17, corresponde con el canal 90 de la boquilla 10 inyectora de combustible y está dotado de una superficie 206 anular horizontal. El canal 210 trapezoidal incluye una porción 212 de base superior, una superficie 214 radial interna (Figura 17) , una superficie 216 radial externa, y una abertura 218 de base (Figura 17) . Una protuberancia 222 a modo de rosca, se ha formado en la superficie 216 radial externa, y posee una extensión arqueada de aproximadamente 240 grados alrededor de la superficie 216. Así, un arco de 120 grados de la superficie 216, indicado con el número 224 de referencia en la Figura 12, se encuentra libre de la protuberancia 222 a modo de rosca. Una protuberancia 226 a modo de rosca (Figura 17) , se ha formado en la superficie 214 radial interna del canal 210 y se extiende completamente alrededor del canal. Con referencia a la Figura 12, la boquilla 200 inyectora de combustible incluye además un inserto 230 multisegmento anular refractario, idéntico al inserto 150 multisegmento anular refractario de la boquilla 120 inyectora de combustible. La boquilla 200 inyectora de combustible incluye también un anillo 240 multisegmento de retención metálico, que incluye cuatro segmentos 242, 244, 246 y 248. El segmento 242 de anillo metálico tiene una extensión arqueada de aproximadamente 180 grados. El segmento 244 de anillo metálico tiene una extensión arqueada de aproximadamente 120 grados. El segmento 246 de anillo tiene una extensión arqueada de aproximadamente 50 grados, y el segmento 248 de anillo tiene una extensión arqueada de aproximadamente 10 grados . Cada uno de los segmentos 242, 244, 246 y 248 de anillo tienen una superficie 214 radial externa dotada de protuberancia 226 a modo de rosca. La superficie 214 radial externa del anillo 240 de retención, según se muestra en la Figura 12, constituye también la superficie 214 radial interna del canal 210, como se muestra en la Figura 17. Los segmentos 242, 244, 246 y 248 de anillo, incluyen también un borde 252 superior que engancha en una superficie 254 contigua (Figura 16) , adyacente a la base 212 superior del rebaje 210 trapezoidal. Los segmentos 242, 244, 246 y 248 incluyen además una superficie 258 radialmente interna y el borde 256 inferior (Figura 17) que corresponde con la superficie 164 inferior del inserto 230 anular. Los segmentos 152, 154 y 156 de inserto del inserto 230 refractario anular, se montan en el extremo 202 de salida de la boquilla 200 inyectora de combustible con anterioridad a que se instale el anillo 240 de retención. Por ejemplo, el segmento 152 de inserto se sitúa en la porción 224 libre de protuberancia del rebaje 210, y se desplaza alrededor del rebaje 210 de una manera similar a la que se ha descrito previamente para la instalación del inserto 150 anular, para permitir el inter-enganche entre la protuberancia 222 a modo de rosca y la ranura 174 a modo de rosca. El segmento 152 de inserto se desplaza de forma completa por la porción 224 libre de protuberancia. El siguiente segmento 154 de inserto se dispone en la sección 224 libre de protuberancia y se desplaza asimismo, de manera similar a la descrita previamente, de tal modo que la protuberancia 222 encaja en la ranura 174 del segmento 154 de inserto. El segmento 154 de inserto se desplaza también hacia afuera de la porción 224 sin protuberancia para encajar completamente en la protuberancia 222. El segmento 156 de inserto restante se dispone en la porción 224 sin protuberancia, y se desplaza aproximadamente 60 grados de manera similar a la que se ha descrito previamente, hasta la posición mostrada en la Figura 13 , de tal modo que la protuberancia 222 encaja en aproximadamente 60 grados de la ranura 174 de los segmentos 152 ^y 156 de inserto, mientras que el segmento 154 completo de inserto se inter-engancha con la protuberancia 222, como se muestra de forma más clara en la Figura 13. Las porciones 180 y 182 extremas escalonadas de cada uno de los segmentos 152, 154 y 156 de inserto, enganchan de manera similar a la que se ha descrito y representado en lo que antecede.

Después de que los segmentos 152, 154 y 156 de inserto han sido así instalados, se fijan en su posición de manera segura por medio del anillo 240 de retención. Los segmentos 242, 244 y 246 de anillo de retención se posicionan secuencialmente tal como se muestra en las Figuras 14 y 17, de tal modo que la protuberancia 226 de los segmentos del anillo encaja en la ranura 172 de los segmentos 152, 154 y 156 del inserto. El segmento 248 del anillo se presiona hacia su posición para completar la circunferencia del anillo de retención y constituir la superficie 214 de pared radialmente interna del rebaje 210 trapezoidal que alberga al inserto 230 anular. El borde 252 superior de los segmentos 242, 244, 246 y 248 del anillo de retención, se suelda o se fija adecuadamente de otro modo, a la superficie 254 adyacente (Figuras 16 y 17). Las porciones 262, 264, 266, 268, 270, 272 y 274 extremas de segmento de anillo (Figuras 12 y 14) , también se sueldan entre sí para formar un anillo de retención integral para afianzar los segmentos 152, 154 y 156 del inserto en el extremo 202 de salida de la boquilla 200 inyectora de combustible en el orificio 204 de salida. Con preferencia, las porciones 262-274 extremas de los segmentos 242-248 del anillo de retención, están escalonadas con respecto a las porciones 180 y 182 extremas escalonadas de los segmentos 152-156 del inserto. Si se desea, se puede proporcionar un adhesivo adecuado conocido de alta temperatura, sobre la superficie 214 radial externa de los segmentos 242-248 del anillo de retención, y sobre la superficie 166 radial interna de los segmentos 152-156 del inserto. Se observará que, puesto que la extensión arqueada de los segmentos 242, 244 y 246 del anillo de retención es de aproximadamente 360 grados, el segmento 248 de anillo de retención puede ser sustituido por una formación de soldadura. Otras combinaciones diferentes de configuración arqueada de los segmentos del anillo de retención pueden ser utilizadas como opción. El número de segmentos del anillo de retención es también opcional, aunque se prefiere un mínimo de dos segmentos del anillo de retención. Bajo esta disposición, la boquilla 200 inyectora de combustible está dotada de un inserto protector refractario en la boquilla 204 de salida, el cual es relativamente fácil de instalar. El anillo 230 refractario se encuentra retenido de forma segura en el canal 210, sin necesidad de materiales de unión, los cuales son opcionales, como es el caso en todas las realizaciones de la invención. Algunas ventajas de la invención, evidentes a partir de la descripción que antecede, incluyen una boquilla inyectora de combustible dotada de un inserto anular refractario que se encuentra montado a ras en el extremo de salida próximo a la porción se salida de la boquilla. El inserto protector refractario puede ser fácilmente instalado, reparado o sustituido, y se encuentra fijado mecánicamente para que se enclave con la estructura de la boquilla inyectora de combustible. El inserto protector refractario permite un espesor de pared uniforme entre el inserto y el orificio de salida, y de este modo soporta el deterioro térmico y la degradación termoquímica, mejor que el metal al que sustituye. El inserto protector refractario prolonga con ello la vida útil de la boquilla inyectora de combustible. En vista de cuanto antecede, se apreciará que los diversos objetos de la invención han sido alcanzados, y que se han conseguido otros resultados ventajosos. Puesto que se pueden realizar diversos cambios en las construcciones y en el método que antecede sin apartarse del marco de la invención, se pretende que todo lo contenido en la descripción anterior o representado en los dibujos que se acompañan, sea interpretado como ilustrativo y no en sentido limitativo.

Claims (10)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN
2. Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Una boquilla inyectora del combustible para un gasificador la cual comprende: a) un cuerpo para inyectar el combustible que tiene un extremo superior y un extremo inferior, b) conductos concéntricos interior y exterior que se extienden desde el extremo superior hasta el extremo inferior para permitir el paso segregado de un chorro de gas que contiene oxígeno y un chorro de combustible carbonoso desde el extremo inferior, c) teniendo el extremo inferior de la boquilla inyectora del combustible un orificio de salida y una superficie extrema inferior, estando formada dicha superficie extrema inferior por una oquedad, y d) una inserción refractaria anular sujeta dentro de dicha oquedad para proporcionar protección térmica y termoquímica a la boquilla inyectora del combustible en el extremo inferior, teniendo dicha inserción refractaria anular una superficie final al descubierto que no cubre la superficie del extremo inferior a lo largo de la oquedad y es prácticamente coplanaria con la superficie del extremo inferior de dicha boquilla inyectora del combustible. 2. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 1, caracterizada porque la oquedad tiene la forma de un canal que define un recorrido anular.
3. 3. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 2, caracterizada porque la inserción refractaria anular es un elemento de una sola pieza, y en que además dicha boquilla inyectora del combustible incluye medios de retención para sostener la inserción refractaria anular dentro de dicho canal .
4. 4. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 2, caracterizada porque la inserción refractaria anular está formada por una serie de segmentos de inserción.
5. 5. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 4, caracterizada porque dicho canal incluye superficies de paredes opuestas y dichos medios de retención incluyen una parte saliente colocada en, por lo menos, una superficie de pared de dicho canal y se ha previsto, por lo menos, una ranura dentro de dichos segmentos de inserción para el acoplamiento mutuo entre la parte saliente y la ranura cuando dichos segmentos de inserción se encuentren dentro de dicho canal, sirviendo tal acoplamiento mutuo para retener dichos segmentos de inserción dentro de dicho canal .
6. 6. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 5, caracterizada porque la parte saliente se extiende en parte alrededor de la circunferencia de una de dichas paredes, de tal forma que una prolongación arqueada predeterminada de una de dichas paredes está sin dicha protusión.
7. 7. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 6, caracterizada porque dicha prolongación arqueada predeterminada es ligeramente más grande que la prolongación arqueada del segmento de inserción más grande .
8. 8. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 7, caracterizada porque dichos medios de retención incluyen una de dichas partes salientes en cada una de las superficies de paredes opuestas de dicho canal y porque cada uno de dichos segmentos de inserción tienen superficies laterales opuestas y los medios de retención incluyen una de dichas ranuras en cada una de las superficies laterales opuestas de dichos segmentos de inserción.
9. 9. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 4, caracterizada porque dichos segmentos de inserción tienen partes de extremos opuestas las cuales se encuentran escalonadas de una forma complementaria para permitir el acoplamiento escalonado de los segmentos de inserción dentro del canal .
10. 10. Una boquilla inyectora del combustible, según la reivindicación 2, caracterizada porque dicha oquedad tiene una pared lateral ensamblada unida al extremo inferior de dicho orificio de salida después de que dicha inserción refractaria anular se ha colocado dentro de dicha oquedad, del tal manera que dicha pared lateral ensamblada completa la realización de la forma de canal de dicha oquedad. RESUMEN La boquilla inyectora de combustible para un gasificador incluye una funda protectora refractaria que se ha montado a ras en un extremo de salida próximo a la porción de salida de la boquilla. El inserto refractario es de forma anular para rodear la salida de la boquilla. El miembro anular refractario puede ser una estructura de una pieza o una estructura multisegmento de, con preferencia, no más de cuatro piezas . Si el miembro anular refractario es una estructura de una pieza o una estructura multisegmento, el mismo se encuentra rebajado en una superficie extrema de salida de la boquilla inyectora de combustible, y retenido en el rebaje por medio de pernos de inmovilización o mediante un enganche a modo de rosca entre un saliente y una ranura que se han previsto en superficies complementarias de inter-enganche del rebaje y del miembro refractario. Las estructuras de retención previstas en el-* miembro anular refractario y en el rebaje en el que se dispone el miembro refractario de forma segura, mantienen al miembro anular refractario en su posición. La presencia duradera del miembro anular refractario prolonga la vida útil de la boquilla inyectora de combustible al proteger las áreas superficiales vulnerables del extremo de salida de la boquilla inyectora de combustible que se encuentran próxima a una zona caliente y de reacción corrosiva en el interior del gasificador.