專利名稱：：氣化進料噴射器和改變其鑄件表面的方法
技術領域：
：本公開一般地涉及進料噴射器，而更具體地，涉及煤炭氣化進料噴射器和改變其鑄件表面從而提高它們的抗疲勞性的方法。
背景技術：
：作為用于氫化反應的氫氣來源以及用于合成碳氫化合物、含氧有機化合物和氨的原料氣體的來源，含有一氧化碳和氫氣的合成氣體(syngas)混合物在商業(yè)上很重要。制造合成氣體的一個方法是通過煤炭的氣化，這牽涉到此含硫碳氫燃料與富氧的空氣的部分燃燒。已知的一類氣化方法是渣化(slagging)法，該方法可以包括通過插入耐火材料襯里的燃燒室頂部中的水冷式進料噴射器向燃燒室輸入水煤漿和氧氣。在燃燒室中生成熾熱的煤氣(gasflue)流，取決于燃料源和反應條件，煤氣流中可包括氫氣、一氧化碳和二氧化碳，并還可包括曱烷、碌^化氬和氮氣。為確保氣化過程產(chǎn)生所需量的合成氣體，可采用多種措施。例如，可進行非?？焖俣耆姆磻锏幕旌?，并可以采取一些特別的措施來防止燃燒器或混合器過熱。由于煤中的氧和硫雜質(zhì)有和制造燃燒器的金屬起反應的趨勢，可以在低于發(fā)生快速氧化和腐蝕的溫度下使燃燒器元件工作。也可以采取特別的預防措施以確保碳氪化合物和氧氣之間的反應完全發(fā)生在燃燒器之外，并防止可燃混合物局部集中在燃燒器元件表面處或其附近。氣化系統(tǒng)的各種元件^o進料噴射器的尖端)不希望地受到來自燃燒區(qū)的輻射加熱。出于這些以及其它的原因，即4吏對尖端進行了水冷，但由于金屬腐蝕，進料噴射器的尖端仍會出現(xiàn)失效。僅僅在短時間的工作后，在進料噴射器的尖端的鑄件表面中就會形成疲勞裂紋。最終這些裂紋會穿透進料噴射器的壁，使得過程流體泄漏。由于此泄漏，需要停止氣化系統(tǒng)的運行以更換進料噴射器，導致生產(chǎn)時間的重大損失。
發(fā)明內(nèi)容本文公開的是用于將流體噴入燃燒室的進料噴射器和改變此類噴射器的鑄件表面的方法。在一個實施例中，用于將流體噴入燃燒室的進料噴射器包括限定內(nèi)部流通路的噴嘴，該噴嘴包括被改變以具有/人約2到約9的ASTM晶粒度的鑄件表面。在另一個實施例中，一種改變進料噴射器的鑄件表面的方法包括對進料噴射器的鑄件表面進行噴丸強化；然后在能夠?qū)е卤砻婢哂屑s從約2到約9的ASTM晶粒度的溫度下加熱該鑄件表面。現(xiàn)在參見附圖，其為一個示范性實施例，且其中相似的元件4皮相似地標號該圖為用來將流體噴入燃燒室的進料噴射器的一個實施例的示意性側(cè)視圖。部件列表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>附圖描繪了可用來將流體噴入反應室(未示出)的進料噴射器IO的一個示范性實施例。如圖所示，該進料噴射器10包括限定內(nèi)部流通路(未示出)的噴嘴20和用于固定該噴嘴20的主法蘭30以及三個副法蘭40。進口50、60和70能夠配置成分別將副含氧流、進料流和主含氧流供應到該噴嘴20的不同部分。引入反應室的該噴嘴20的末端可以至少部分地被冷卻盤管80環(huán)繞，諸如水的冷卻流體流過該冷卻盤管80。冷卻流體入口90和出口100也在圖1中示出。該進料噴射器10的一個示范性應用可用在煤炭氣化系統(tǒng)中。在這種情況下，進料流可包括含水和煤的漿體。在備選實施例中，煤可用其它燃料代替或補充，如石油焦炭、煤/石油焦炭混合物、生物燃料/煤/石油焦炭混合物等。噴嘴20可以通過鑄造融化的金屬或金屬合金來形成所需的噴嘴形狀，金屬合金例如鈷基合金、鎳基超合金、鐵基合金和不銹鋼。用這種方式形成的噴嘴20的疲勞強度會被鑄件表面附近存在的粗大晶粒度削弱。幸運地是，通過熱力地改變噴嘴20的表面，尤其是靠近該噴嘴20的尖端110處的表面，鑄造表面可被制造得更耐疲勞裂化。用這種方式改變噴嘴20的表面能夠有利地延長其使用壽命，而無需對噴嘴做任何大的設計改變，且不會顯著增加制造噴嘴的成本。改變后的鑄件表面理想地具有基于2004年ATSM標準年鑒第No.03.01巻中No.112ASTM規(guī)范的從約2到約9的ASTM(AmericanSocietyforTestingandMaterials美國材料試驗協(xié)會)晶粒度。更具體地說，ASTM的晶粒度數(shù)可以是約3到約5,或者備選地，約6到約8。ASTM晶粒度數(shù)對應于改變的鑄件表面的代表性區(qū)域中的平均晶粒直徑。下面的表1提供了對應不同ASTM晶粒度的晶粒直徑。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在一個示范性實施例中，該噴嘴的鑄件表面可通過如下方式來改變對表面進行噴丸處理從而在其中形成凹坑，隨后對表面進行熱處理使得表面上的晶粒變得細化。在不同的實施例中，此熱處理包括在約為1750。F到2150°F的溫度下加熱該表面，更具體地，在約為1775°F至2125。F的溫度下，而甚至更具體地，在約為1790。F至2110°F的溫度下。在不同的實施例中，可進行約20分鐘至100分鐘的時段的加熱，更具體地，約為30分鐘至90分鐘的時段，甚至更具體地，約為55分鐘至65分鐘的時段。噴丸是一種通過使用圓型顆粒(即丸珠)以足以在材料內(nèi)產(chǎn)生塑性變形的力沖擊材料的表面來改變材料的機械性能的方法。除了它通過塑性變形機理而不是摩擦機理起作用之外，此方法類似于噴砂。實際上，這意味著這種方法去除更少的材料并產(chǎn)生更少的灰塵。對表面噴丸以敲打的方式有效地塑性擴展了該表面，使得該表面的機械性能發(fā)生改變。與噴丸有關的更多細節(jié)可以在汽車工程師協(xié)會2001年8月的關于噴丸的SAE手冊上找到。為達到所需的粒度，所使用的特定噴丸類型、噴丸強度以及噴丸覆蓋率可不同。合適的丸珠類型的實例包括但不限于鑄造金屬丸珠如鋼丸和不銹鋼丸、陶覺丸、玻璃丸、鋼絲丸如CW31(公稱直徑0.031英寸)，和包含至少一種前述丸珠的組合。鑄造丸珠的實例包括S110,S660，S550,S460，S3卯，S330，S280,S230，S170和S70丸珠，它們具有不同的直徑(例如，S110丸^朱具有0.0110英寸的公稱直徑)。噴丸強度可為約8A-20A，更具體地為約8A-10A。噴丸的覆蓋率可為鑄件表面的約100%-200%，更具體地為鑄件表面的約100%。噴丸強度可4吏用2003年1月汽車工程師協(xié)會的汽車工程師協(xié)會(SAE)J443標準中描述的標準程序來確定。此過程需要在噴丸室中放置幾條(例如，至少為4條)阿爾門試片，在不斷增長的時間內(nèi)將阿爾門試片暴露于丸珠的射流中，并繪制出弧高對于暴露時間的曲線。噴丸"強度"是在時間Tl時的弧高曲線值，該弧高曲線值在兩倍時間或T2時弧高曲線值的10%以內(nèi)。該強度可基于弧高控制。例如，當對于A試條弧高在0.008-0.010英寸范圍內(nèi)時，達到8A-10A的強度。阿爾門試片是一種用在噴丸處理控制中的薄鋼片。它由JohnAlmen開發(fā)并獲得專利。試片最初由2條刃口支撐，但是他的設計被由通用汽車于1943年開發(fā)的弁2阿爾門試片所取代。原始的設計在兩個方面被更改用來支撐試片的刃口被四個小肆阜代；試片被翻轉(zhuǎn)以便指示器尖端總是接觸該試片未被噴丸的側(cè)面。四個支撐小球識別試片的復合曲線特性。令指示器尖端接觸非噴丸表面排除了將指示器尖端置于噴丸凹坑的底部或頂部而產(chǎn)生的錯誤讀數(shù)的可能。它還延長了尖端的壽命，因為操作者趨向于來回滑動試片以尋找所需的讀數(shù)。現(xiàn)代的阿爾門測量儀具有末端止動器以確保讀數(shù)取自該試片的中8部。通過將噴嘴的鑄造表面置于噴丸射流一段短暫的時間，然后檢查該表面以估計表面凹坑百分率，可以控制噴丸覆蓋率的數(shù)量以達到完全覆蓋。然后零件可以被暴露于進一步處理之中。此過程可以重復直到表面呈現(xiàn)出具有重疊的凹坑，原始表面已完全消失。根據(jù)一個實施例，本文所述的改變的進料噴射器能夠用來在極大壓力(如約80巴)下將含反應物的成分(即，富氧的空氣和煤泥)噴入煤炭氣化燃燒室。進料噴射器用來混合并霧化反應物，并控制流體流流的流型以便最大化碳轉(zhuǎn)化效率。在燃燒室內(nèi)可生成包括氬氣、一氧化碳和二氧化碳的熱煤氣。取決于燃料源和反應條件，熱煤氣還可包括曱烷、硫化氫和氮氣。舉例來說，燃燒室中氣體的溫度和壓力可分別為約700°F至2500°F和約1大氣壓(atm)至300atm,更具體地大為約10atm到100atm。如本文所用，用語"一"和"一個"并不代表數(shù)量的限定，而是表示至少其中一個所指項目的存在。而且，針對同一成分或特性的全部范圍的端點都包括端點本身并且能夠獨立地組合(例如，"約5wt%至20wt。/。，，，包括端點和所有在"約為5wt。/。至20wt。/。，"范圍內(nèi)的中間值)。遍及本說明書所提及的"一個實施例"，"另一個實施例"，"一個實施例"及此類說法指的是與該實施例關聯(lián)描述的特定要件(例如，特征、結(jié)構和/或特性)包含在本文所述的至少一個實施例中，且可能存在或不存在于其它實施例中。除此之外，應懂得所描述的要件可以任何適當?shù)姆绞浇Y(jié)合在不同的實施例中。還應懂得本公開不受本文所述的任何理論限制。除非另有定義，否則，本文所用的技術和科學術語意義與本發(fā)明所屬領域技術人員公知的意義相同。盡管已參考示范性實施例對本發(fā)明進行了描述，但應該懂得，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對這些實施例的要件進行各種改變或使用等價物替代。另外，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下，可進行多種改變以使具體的情況或材料適應本發(fā)明的教導。因此，其意在本發(fā)明不限于預期用來實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式而公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括所有落入所附權利要求書范圍內(nèi)的實施例。權利要求1.一種用來將流體噴入燃燒室的進料噴射器(10)，包括限定內(nèi)部流通路的噴嘴(20)，所述噴嘴(20)包括被改變以具有約2到約9的ASTM晶粒度的鑄造表面。2.如權利要求1所述的進料噴射器(10),其特征在于，所述ASTM晶粒度為約3到約8。3.如權利要求1或2所述的進料噴射器(10),其特征在于，所述鑄造表面包括通過以約8A到約20A的噴丸強度對該表面進行噴丸處理而形成的凹坑，且其中所述凹坑具有所述鑄造表面的約100%到約200%的噴丸覆蓋率。4.如權利要求l，2或3所述的進料噴射器(IO),其特征在于，該改變的鑄造表面包括金屬或金屬合金。5.如權利要求l，2，3或4所述的進料噴射器(10),其特征在于，正在被改變的所述鑄造表面位于所述噴嘴(20)的尖端附近。6.—種改變進料噴射器(10)的鑄造表面的方法，包括對所述進料噴射器(10)的所述鑄造表面進行噴丸處理；以及在能夠?qū)е略摫砻婢哂屑s2到約9的ASTM晶粒度的溫度下加熱所述鑄造表面。7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述鑄造表面包括金屬或金屬合金。8.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于，以約8A到約20A的噴丸強度使用所述鑄造表面的約100%到約200%的噴丸覆蓋率來實行所述噴丸處理。9.如權利要求6，7或8所述的方法，其特征在于，所述噴丸處理包括使用鑄造金屬丸、鑄造鋼丸、鑄造不4秀鋼丸、陶瓷丸、玻璃丸、鋼絲丸、或包括至少其中一種前述丸的組合的噴丸處理。10.如權利要求6，7，8或9所述的方法，其特征在于，所述溫度為約1750。F至約2150。F,且其中所述鑄造表面在該溫度下^皮力口熱約20分鐘到約ioo分鐘的時^a。全文摘要本發(fā)明涉及氣化進料噴射器和改變其鑄件表面的方法，具體而言，提供了用于將流體噴入燃燒室的氣化進料噴射器，改變此類噴射器的鑄造表面的方法，以及使用包括此類噴射器的氣化系統(tǒng)的方法。在一個實施例中，用于將流體噴入燃燒室的進料噴射器包括限定內(nèi)部流通路的噴嘴，該噴嘴包括被改變以具有基于No.E112ASTM規(guī)范的約2到約9的ASTM晶粒度的鑄造表面。文檔編號B24C1/10GK101503636SQ20091000407公開日2009年8月12日申請日期2009年2月5日優(yōu)先權日2008年2月7日發(fā)明者H·楊申請人:通用電氣公司