燃烧系统中的组件和防止熔渣、灰烬和烧焦物堆积的方法技术方案

本发明专利技术公开一种在燃烧系统中包含复合材料的组件，所述复合材料包含碳化硅；和难熔金属自灭剂，其包含选自Ｒｍ５Ｓｉ３、Ｒｍ５Ｓｉ３Ｃ、ＲｍＳｉ２及其组合的相；其中Ｒｍ是选自钼、钨及其组合的难熔金属。本发明专利技术还公开一种防止熔渣、灰烬和烧焦物堆积于表面上的方法，其包括将复合材料的第一面置于所述表面上；用由所述复合材料组成的组件更换包含该表面的组件；或其组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
高温燃烧系统，如燃气涡轮或用于煤炭气化、石油焦炭、生物质和炼油厂桶底残留 物等的气化器，通常涉及在约700°C-约2，500°C的温度范围内和在高达100个大气压的压 力下的反应。在这些条件下，燃烧系统中的组件暴露于还原环境、腐蚀性气体和浓缩的酸 中，且易于受到熔渣、灰烬、烧焦物、热冲击等的攻击，这导致所述组件或燃烧系统本身的破 坏。与高温燃烧系统相关的一些问题是熔渣、灰烬和烧焦物等在易损组件表面上的攻 击和/或堆积，即倾向于有前述问题的组件上。例如，熔渣与金属和陶瓷制品具有高度反 应性。金属组件，如为高温气化过程设计的金属进料注入器，可遭受熔渣或被氧气、硫等的 腐蚀性攻击。陶瓷组件，如陶瓷进料注入器、喷嘴组件、防护装置或插入物，也易受到类似攻 击。另外，不同组件间弱的机械连接，特别是陶瓷组件与金属组件之间，易于导致所述组件 的机械故障，其通常由热冲击引起。其中，组件故障导致附带的组件损坏、不利的工厂停工、 降低使用期内的安全性和修理或替换费用加大。热冲击的发生是由操作温度的快速升高或 降低所引起。易受热冲击的组件，如喷嘴，一般要求包含有复杂的机构，如活性水冷却装置， 用于减轻由热冲击引起的故障。因此，对高温燃烧系统及其组件存在需求，此类高温燃烧系统及其组件对于熔渣 化学攻击、热冲击和热疲劳、酸腐蚀、还原环境等具有高度抗性。此类系统可在高热梯度下 操作，而无机械故障的进一步风险。并且，所述系统应对熔渣、灰烬或烧焦物沉积所致的污 垢具有抵抗力。专利技术概述以上描述的和其它缺点通过在燃烧系统中包含复合材料的组件减轻，所述复合材 料包含碳化硅；和难熔金属硅化物，其包含选自Rm5Si3、Rm5Si3C, RmSi2及其组合的相；其中 Rm是选自钼、钨及其组合的难熔金属。在一个实施方案中，燃烧系统的组件包含复合材料，所述复合材料包含体积约为 50-约85%的碳化硅；体积约为4. 9-约25%的难熔金属硅化物相，其选自Rm5Si3、Rm5Si3C 及其组合；体积约为0. 1-约20%的难熔金属硅化物相，其选自RmSi2 ；和体积约为10-约 45%的孔隙；其中体积百分比基于所述复合材料的总体积计；其中Rm是选自钼、钨及其组 合的难熔金属；其中所述复合材料包含钼的量约为45-约80%重量，及钨的量约为20-约 55%重量；其中所述复合材料还包含重量约为0-约2%的铁；其中重量百分比基于钼和钨 的总重量计。另一个实施方案是防止熔渣、灰烬和烧焦物堆积于表面上的方法，其包括将复合 材料第一面置于所述表面上；用由所述复合材料组成的组件更换包含该表面的组件；或 其组合；其中所述复合材料包含碳化硅；和难熔金属硅化物，其包含选自Rm5Si3、Rm5Si3C, RmSi2及其组合的相，其中Rm是选自钼、钨及其组合的难熔金属。附图简述现在参考附图，其中在几个图中，相似的元件标注类似4附图说明图1是称为整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统的示例性燃烧系统的示意图；图2是置于碳化硅基体的熔化炉渣的润湿图示说明；图3是置于碳化硅基体的熔化炉渣的润湿图示说明；和图4是置于本文公开的复合材料表面上熔化炉渣的成珠(beading)图示说明。专利技术详述意外的是，本专利技术人发现在燃烧系统中包含复合材料的组件对熔渣、灰烬、烧焦 物、高温腐蚀、还原环境等形成的污垢具有高度抗性，可将其置于基体上，而无机械故障的 风险，并可在高热梯度下操作，而无由热冲击引起的故障风险，所述复合材料包含碳化硅和 难熔金属硅化物，其包含选自Rm5Si3、Rm5Si3C、RmSi2及其组合的相，其中Rm是选自钼、钨及 其组合的难熔金属。至于什么类型的碳化硅可用于所述复合材料，并没有限制。碳化硅可包含单相，或 其可包含许多相。所述碳化硅可粘合在一起，即所有碳化硅相中存在连续性。然而，所述碳 化硅也可以是不连接的或可在所述复合材料内包含短的连接区域。在一个实施方案中，所 述碳化硅包含一个粘合在一起的相。在另一个实施方案中，所述碳化硅在所述复合材料中 包含短的连接区域。在一个优势的实施方案中，所述碳化硅包含具有横截面直径小于约1，OOOm(Imm) 的短的连接区域。在一个实施方案中，所述碳化硅包含具有横截面直径小于约700m，更特别 是小于约500m，且甚至更特别是小于300m的短的连接区域。在一个示例性实施方案中，所 述碳化硅包含具有横截面直径约5-约300m的短的连接区域。基于碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计，碳化硅以约75-约98%体积的量存在 于所述复合材料中。在一个实施方案中，基于碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计，碳化硅 可以约80-约95%体积的量存在。在一个优势的实施方案中，基于碳化硅和难熔金属硅化 物的总体积计，碳化硅可以约80-约92%体积的量存在。难熔金属硅化物包含选自Rm5Si3、Rm5Si3C和RmSi2的相。本文所用的“Rm”代表 选自钼和钨的难熔金属。也可使用各相的组合、各难熔金属的组合、或各相与难熔金属的组 合。本文所用的“难熔金属”是对热、腐蚀和/或磨损具有非常高度抗性的金属。除钼或钨 外的金属也可为难熔金属，然而，其称为“其它难熔金属”或“其它金属”。其它难熔金属的 非限制性实例包括铼、钽、铌、钛、锆、铪、钒、铬、铁、镍和钴。其它难熔金属的组合也可使用。Rm5Si3和Rm5Si3C相统称为“三硅化合物相”或“各三硅化合物相”。这些包括15士3、 W5Si3C、Mo5Si3、Mo5Si3C、(Mo,ff)5Si3> (Mo，W) 5Si3C 及其组合。“ (Mo，W) ” 指“置换固溶体”相， 即其中钼和钨都存在的相。所述Rm5Si3C相还被称为“Novotny”或“Novotnyi”相。RmSi2相称为“二硅化物相”或“各二硅化物相”。其包括MoSi2、WSi2、(Mo, W) Si2及 其组合。二硅化物和三硅化物相统称为难熔金属硅化物或各难熔金属硅化物。基于碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计，难熔金属硅化物可按体积约2_约 25%的量存在于所述复合材料中。在一个实施方案中，基于碳化硅和难熔金属硅化物的总 体积计，难熔金属硅化物可按体积约5-约20%的量存在。在一个优势的实施方案中，基于 碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计，难熔金属硅化物可按体积约8-约20%的量存在。基于碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计，在一个实施方案中，所述Rm5Si3C相以体积约2-约15%的量存在，且RmSi2相以体积约0-约10%的量存在。在另一个优势的实 施方案中，所述Rm5Si3C相以体积约3-约12%的量存在，更特别是，量为约5-约12%体积， 且RmSi2相存在的量为约2-约8%体积，基于碳化硅和难熔金属硅化物的总体积计。至于所述复合材料中所用的钼和钨的比例，并没有特别的限制，本领域技术人员 可根据所期望的复合材料的特性，调节该比例。不希望受理论所限，但认为增加钼浓度可产 生重量较轻的复合材料，即致密度较低，并且还增加在高于约1，500°C的温度下对空气的抗 热性。另一方面，认为增加钨浓度可产生对热冲击抗性增加的复合材料，并能改善与碳化硅 的相容性。在一个实施方案中，按钼和钨的总重量计，难熔金属硅化物包含重量约0-约97% 的钼和重量约3-约10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在燃烧系统中包含复合材料的组件，所述复合材料包含：碳化硅；和难熔金属硅化物，其包含选自Ｒｍ↓［５］Ｓｉ↓［３］、Ｒｍ↓［５］Ｓｉ↓［３］Ｃ、ＲｍＳｉ↓［２］及其组合的相；其中Ｒｍ是选自钼、钨及其组合的难熔金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MM莫拉，AJ阿瓦格利亚诺，陈伟，ML哈尼德，SS塔尔亚，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[]