CN101451939A - 增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟火力发电厂燃煤锅炉磨损研究的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机。它包含高温空气加热炉、磨粒加料器、试样加热冲蚀器、冲蚀气体输送管道，冲蚀气体输送管道贯穿高温空气加热炉后，并直接通入试样加热冲蚀器，冲蚀气体输送管道出口指向垂直放置在试样加热冲蚀器内的试样块中部并与其成一定角度，磨粒加料器出口连接在高温空气加热炉与试样加热冲蚀器之间的冲蚀气体输送管道上。其目的是为了提供一种能够模拟火力发电厂燃煤锅炉磨损腐蚀工况条件且能够验证锅炉喷涂层性能的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机。与现有技术相比，具有冲蚀磨损模拟效果好、试验周期较短、试验效率高、试验成本低等优点。

Description

增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机

技术领域

本发明涉及一种高温冲蚀磨损试验机，特别涉及一种用于模拟火力发电厂燃煤锅炉磨损研究的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机。

背景技术

与其它类型的锅炉相比，火力发电厂燃煤锅炉的工况条件极为恶劣，对受热面管道的材料性能也提出了更高的要求。火力发电厂燃煤锅炉工况条件有以下主要特点：

一是高温冲蚀磨损，这是火力发电厂燃煤锅炉受热面失效和爆管的主要原因。在火力发电厂燃煤锅炉中，最大的煤粒度达十几毫米(煤粉炉的平均煤粒度不足0.1mm)，物料浓度为煤粉炉的十几倍，物料流化速度在5～6m/s左右，燃用的劣质煤和脱硫剂中还含有较多的硬质颗粒SiO₂，这一系列因素都使水冷壁等受热面受到严重的冲刷和撞击。

二是高温氧化，炉内温度在900℃左右，水冷壁管等受热面表面的高温氧化现象十分严重。氧化皮在固体物料的冲刷下不断剥落、重新生成、再剥落，使其逐渐减薄。

三是气体腐蚀，炉膛内的烟气中常含有一些微量腐蚀性气体，如SO₂、SO₃、H₂S等，使高温腐蚀和高温磨损交替进行，腐蚀促使磨损的速度进一步加剧。

为了能有效减少锅炉受热面的高温冲蚀及磨损，目前采用超音速电弧喷涂技术在火力发电厂燃煤锅炉受热面进行涂层，而如何有效的验证超音速电弧喷涂层的性能，节约试验投入的成本，是一项亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟火力发电厂燃煤锅炉磨损腐蚀工况条件且能够验证不同喷涂层试样块性能的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术解决方案：

一种增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机，其特征在于它包含高温空气加热炉、磨粒加料器、试样加热冲蚀器、冲蚀气体输送管道，冲蚀气体输送管道贯穿高温空气加热炉，然后通入试样加热冲蚀器内，冲蚀气体输送管道出口指向垂直放置在试样加热冲蚀器内的试样块中部并与其成一定角度，磨粒加料器出口连接在高温空气加热炉与试样加热冲蚀器之间的冲蚀气体输送管道上。

所述的磨粒加料器为封闭式，冲蚀气体输送管道进气端与一高压储气罐的出气端相连接，高压储气罐的进气端连接送风系统，高压储气罐的另一出气端与所述磨粒加料器中的物料仓上腔相连接。

所述的冲蚀气体输送管道在高温空气加热炉内的管段为螺旋形管道。

在所述的试样加热冲蚀器内设置一可调整角度的转盘，转盘上设有试样放置槽，试样块垂直放置在试样放置槽上。

由于大型燃煤锅炉管道的温度工况特点是管外壁与烟气接触，大部分位置的烟气温度在800～1000℃范围，管内的介质为高压热水、蒸汽或汽水混合物，其温度为300～450℃，两者温度工况不一致，因此，本技术方案采用高温冲蚀气流和试样块分段加热的结构方式，在试验机中建立了实现高温冲蚀磨损、高温氧化等工况的实验装置，因此它能比较全面的模拟火力发电厂燃煤锅炉的具体工况条件，同时对于测试不同喷涂层材料在锅炉抗高温(低中温亦可)磨损腐蚀提供了一种方便实用的实验方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本实施例结构装置示意图。

图2为本实施例中试样加热冲蚀器结构示意图

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例包含高温空气加热炉3、封闭式磨粒加料器5、试样加热冲蚀器6、冲蚀气体输送管道2、高压储气罐9、送风系统1。冲蚀气体输送管道2进气端与高压储气罐9的出气端相连接，高压储气罐9的进气端连接送风系统1，高压储气罐9的另一出气端与封闭式磨粒加料器5的物料仓上腔相连接，冲蚀气体输送管道2贯穿高温空气加热炉3，然后通入试样加热冲蚀器6内，冲蚀气体输送管道2出口指向垂直放置在试样加热冲蚀器6内的试样块中部并与其成一定角度，封闭式磨粒加料器5出口连接在高温空气加热炉3与试样加热冲蚀器6之间的冲蚀气体输送管道2上。

冲蚀气体输送管道2在高温空气加热炉内的管段为螺旋形管道4，用于储存冲蚀热空气，使管道储气量满足冲蚀过程的用气量。

此外，在试样加热冲蚀器6内设试样块台架。对于板状试样块，如图2所示，在试样加热冲蚀器6内设置一可调整角度的转盘8，角度调节值分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°，转盘8上设有试样放置槽7，试样块垂直放置在试样放置槽7上；对于管状试样块，在试样加热冲蚀器内的中心位置设置一个圆柱形固定杆，试验时将管状试样套在杆上，上端用螺帽压紧即可(结构图未画出)。

另外，高温空气加热炉3上设有空气加热测温仪，设计温度为1200℃，磨粒加料器5上设有压力表，试样加热冲蚀器6上设有试样加热测温仪，设计加热温度为600℃。

将高温冲蚀磨损用试样块(在基体上用CAS400型超音速电弧喷涂设备喷涂所需测试的喷涂层)放入试样加热冲蚀器中加热至400℃，并根据试验要求调整相应的冲蚀角度，送风系统将压缩空气送入高温空气加热炉加热至900℃，模拟火力发电厂燃煤锅炉的温度参数。冲蚀用空气温度、测试样块温度达到实验要求后，开启磨粒加料器5下端阀门，使冲蚀砂进入冲蚀气体输送管道，伴随压缩空气，冲蚀砂以40m/s的速度经管道出口冲蚀喷向试样块表面并形成局部冲蚀磨损面，冲蚀时间5～10秒。将冲蚀后的试样块用压缩空气进行表面清理，进行称重，称重质量保留至0.0001g，再与试验前质量相结合计算出冲蚀率，与各自相同冲蚀角度下的标准样块冲蚀率进行对比，得出该喷涂层的抗高温磨损性能。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、冲蚀气流速度稳定。由于设有高压储气罐和加热螺旋形管道，使管道储气量满足冲蚀过程的用气量，保证了冲蚀气流速度稳定。

2、冲蚀磨损模拟效果好。由于磨粒加料器采用增压封闭式结构，使磨粒加料器中的压力等于或稍大于冲蚀气体输送管道中的压力，这样磨粒就可以利用自身的重力或气体压力强行进入管道混合，磨粒供给均匀流畅，避免出现气流外顶加料器中的磨粒和磨粒供给呈时断时续的现象，使冲蚀气流与冲蚀磨粒能够均匀混合形成气—固两相流，大大提高了冲蚀磨损的模拟效果。

3、可以大大简化复杂的试样冷却系统。由于冲蚀气流和试样块的所需温度分段加热，使试样块的加热温度相对于气流冲蚀温度较低，体现了冷却效果。

4、试验设备结构简单，性能可靠稳定且易于维护和调整；节约了设备的研制费用、缩短设备制造周期。

5、试验周期较短，试验效率高，试验成本低。

Claims (4)

1、一种增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机，其特征在于它包含高温空气加热炉(3)、磨粒加料器(5)、试样加热冲蚀器(6)、冲蚀气体输送管道(2)，冲蚀气体输送管道(2)贯穿高温空气加热炉(3)，然后通入试样加热冲蚀器(6)内，冲蚀气体输送管道(2)出口指向垂直放置在试样加热冲蚀器(6)内的试样块中部并与其成一定角度，磨粒加料器(5)出口连接在高温空气加热炉(3)与试样加热冲蚀器(6)之间的冲蚀气体输送管道(2)上。

2、根据权利要求1所述的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机，其特征在于所述的磨粒加料器(5)为封闭式，冲蚀气体输送管道进气端与一高压储气罐(9)的出气端相连接，高压储气罐(9)的进气端连接送风系统(1)，高压储气罐(9)的另一出气端与所述磨粒加料器(5)中的物料仓上腔相连接。

3、根据权利要求2所述的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机，其特征在于所述的冲蚀气体输送管道(2)在高温空气加热炉内的管段为螺旋形管道(4)。

4、根据权利要求3所述的增压式分段加热高温冲蚀磨损试验机，其特征在于在所述的试样加热冲蚀器(6)内设置一可调整角度的转盘(8)，转盘(8)上设有试样放置槽(7)，试样块垂直放置在试样放置槽(7)上。

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