CN105043967B - 烟气—煤灰协同腐蚀试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，包括供气系统、供水系统、腐蚀试验子系统和废气处理系统。其中，供气系统包括若干个气瓶和混气罐；供水系统包括计量泵和储水罐；腐蚀试验子系统包括炉管等；废气处理系统冷凝器和废气处理容器。本发明可通过控制各种气体及水的流速调节合成烟气的成分，来模拟不同煤种燃烧后的烟气成分，同时可在试样表面涂刷不同煤种的煤灰，利用该试验装置可以可模拟火力发电厂高温受热面材料在烟气‑煤灰协同作用的环境来评价其抗腐蚀性能，其工况更接近实际锅炉管的使用工况，从而为正确评价高参数燃煤发电机组高温受热面候选材料在燃烧特定煤种条件下的抗烟气腐蚀性能提供技术手段。
Description
技术领域：
本发明涉及一种烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，用于模拟火力发电厂高温受热面材料在烟气-煤灰协同作用的环境来评价其抗腐蚀性能。
背景技术：
在火力发电领域中，随着人们对节约能源和保护环境的日益重视，机组参数不断提高，燃煤锅炉蒸汽温度的提高会引起高温受热面管烟气侧表面积灰并造成严重的烟气-煤灰协同腐蚀，造成管壁减薄甚至发生爆管，因此，抗腐蚀性能是受热面选材的重要因素之一，模拟受热面在烟气-煤灰协同作用的环境也成为能够正确评价材料抗腐蚀性能的关键。
现有技术主要有两种，一种是取电厂的管路积灰或人工合成煤灰，涂抹在试样表面，然后将试样放置在恒温电阻炉中加热一定时间后将试样取出分析，其优点是简单易行，缺点在于仅对试样表面涂抹煤灰，无烟气环境，与锅炉高温受热面实际腐蚀条件差异较大。第二种是将待研究的试验材料加工成试验探头，安装在实际运行的锅炉中，运行一定时间后取出，观察探头腐蚀情况，其优点是完全符合实际运行情况，缺点是试验难度大，试验温度和燃料随实际运行条件变化大，材料的抗腐蚀性能难以准确定量表征，试验的材料种类受限。
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高温受热面材料在烟气-煤灰协同作用的腐蚀环境的试验装置，从而提供一种实验室研究燃煤锅炉高温受热面材料的抗烟气-煤灰腐蚀性能的试验装置。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，包括供气系统、供水系统、腐蚀试验子系统和废气处理系统；其中，
供气系统包括若干个气瓶和混气罐，每个气瓶均通过管路与混气罐入口相连通，且每个气瓶与混气罐入口相连通的管路上还依次设置有减压阀、杂质过滤器、流量计以及单向阀；
供水系统包括储水罐和计量泵；
腐蚀试验子系统包括炉管，该炉管的进气侧和出气侧均安装有法兰，炉管的周向上设置有加热炉，炉管的进气侧法兰上设置有进气管和进水管，且炉管的进气侧设置有两个隔热器，在该两个隔热器中间设置有催化剂，通过调整炉管进气侧的两个隔热器的位置，能够使两个隔热器中间的温度处于催化剂的最佳反应温度范围内，在炉管出气侧设置有一个隔热器，炉管的出气侧法兰上设置有出气管；
废气处理系统包括冷凝器和废气处理容器；
混气罐的出口与腐蚀试验子系统的进气管入口相连通，储水罐通过计量泵与腐蚀试验子系统的进水管入口相连通；腐蚀试验子系统的出气管通过冷凝器与废气处理容器的入口相连通，废气处理容器的出口与大气相连通；试验时，表面涂抹煤灰的试样通过试样架放置在炉管中部。
本发明进一步的改进在于：若干个气瓶内分别装有N2、CO2、SO2、CO和O2。
本发明进一步的改进在于：装有N2、CO2、CO或O2的气瓶出口通过第二三通分为两股，一股与混气罐入口相连通，另一股与设置在计量泵与腐蚀试验子系统的进水管入口相连通的管路上的第一三通气体入口相连通，第一三通的气水混合出口与进水管入口相连通。
本发明进一步的改进在于：进水管在炉管内穿过进气侧的两个隔热器和催化剂进入炉内高温区，且进气管不穿过进气侧隔热器。
本发明进一步的改进在于：还包括用于加热进水管的加热器以及设置在加热器和加热炉之间的进水管外侧的保温套。
本发明进一步的改进在于：试样及试样架安置于炉管的均温区范围内。
本发明进一步的改进在于：隔热器在轴向上开设有若干便于气体穿过的通孔。
本发明进一步的改进在于：催化剂为贵金属催化剂或钒触媒催化剂。
相对于现有技术，本发明可通过控制各种气体及水的流速调节合成烟气的成分，来模拟不同煤种燃烧后的烟气成分，同时可在试样表面涂刷不同煤种的煤灰，利用该试验装置可以可模拟火力发电厂高温受热面材料在烟气-煤灰协同作用的环境来评价其抗腐蚀性能，其工况更接近实际锅炉管的使用工况，从而为正确评价高参数燃煤发电机组高温受热面候选材料在燃烧特定煤种条件下的抗烟气腐蚀性能提供技术手段。
附图说明：
图1是本发明烟气—煤灰协同腐蚀试验装置的整体结构示意图；
图中：1-气瓶；2-计量泵；3-储水罐；4-杂质过滤器；5-流量计；6-单向阀；7-混气罐；8-加热器；9-保温套；10-隔热器；11-催化剂；12-试样架；13-加热炉；14-冷凝器；15-废气处理容器；16-进气管；17-进水管；18-出气管；19-第一三通；20-第二三通；21-炉管。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，包括供气系统、供水系统、腐蚀试验子系统和废气处理系统。
其中，供气系统包括若干个气瓶1和混气罐7，每个气瓶1均通过管路与混气罐7入口相连通，且每个气瓶1与混气罐7入口相连通的管路上还依次设置有减压阀、杂质过滤器4、流量计5以及单向阀6；其中，流量计5选用转子流量计、气体质量流量计或其它类型的流量计，若干个气瓶1内分别装有N2、CO2、SO2、CO和O2。
供水系统包括计量泵2和储水罐3。
腐蚀试验子系统包括炉管21，该炉管21的进气侧和出气侧均安装有法兰，炉管21的周向上设置有加热炉13，炉管21的进气侧法兰上设置有进气管16和进水管17，且炉管21的进气侧设置有两个隔热器10，在该两个隔热器10中间设置有催化剂11，通过调整炉管(21)进气侧的两个隔热器10的位置，使两个隔热器10中间的温度处于催化剂11的最佳反应温度范围内；在炉管21出气侧设置有一个隔热器10，炉管21的出气侧法兰上设置有出气管18；
废气处理系统包括冷凝器14和废气处理容器15；
混气罐7的出口与腐蚀试验子系统的进气管16入口相连通，储水罐3通过计量泵2与腐蚀试验子系统的进水管17入口相连通；腐蚀试验子系统的出气管18通过冷凝器14与废气处理容器15的入口相连通，废气处理容器15的出口与大气相连通；试验时，表面涂抹煤灰的试样通过试样架12放置在炉管21中部的均温区范围内。
进一步的，装有N2、CO2、CO或O2的气瓶1出口通过第二三通20分为两股，一股与混气罐7入口相连通，另一股与计量泵2与腐蚀试验子系统的进水管17入口相连通的管路上设置的第一三通19气体入口相连通，第一三通19的气水混合出口与进水管17入口相连通。
进一步的，进水管17在炉管21内穿过进气侧的两个隔热器10和催化剂11进入炉内高温区，进气管16不穿过进气侧隔热器10。
进一步的，还包括用于加热进水管17的加热器8以及设置在加热器8和加热炉13之间的进水管17外侧的保温套9。
进一步的，隔热器10在轴向上开设有若干便于气体穿过的通孔。
进一步的，催化剂11为贵金属催化剂、钒触媒催化剂或其它可以催化SO2和O2的反应使之形成SO3的催化剂。
进一步的，试样架10由耐高温硫腐蚀的材料制成。
为了对本发明进一步的了解，现对其工作过程作如下说明：
参见图1，本发明由供气系统、供水系统、腐蚀试验子系统和废气处理系统组成，供气系统可向腐蚀试验子系统中定量地输送模拟烟气所需的各种气体，供水系统的主要功能是向腐蚀试验子系统中定量输送模拟烟气中燃料燃烧后的产物水蒸气，腐蚀试验子系统可实现将SO2催化成SO3并完成试样的腐蚀试验，废气处理系统具有废气的无害化处理功能。
具体而言，试验过程为：首先根据拟试验煤种的数据计算出模拟烟气和煤灰的成分，按照烟气成分调节N2、O2、CO2、CO、SO2等气体管路上的流量计5设定为合适的气体流量，调节计量泵2设定合适的水流量；配比合成煤灰，涂抹在试样表面，将试样安装在试样架12上，并放置于炉管21中部的均温区范围内；将废气处理容器15中注入可与SO3反应的碱性溶液，例如NaOH溶液。然后将加热器8和腐蚀试验子系统13的均温区加热到设定温度。随后打开各路气体的减压阀及计量泵5电源，使模拟烟气的成分定量地通入腐蚀试验子系统13。在炉管21入口侧两个隔热器10中间的部分温度在400～600℃之间，即使催化剂11处于铂触媒或钒触媒的最佳反应温度范围，促使SO2与O2发生反应形成SO3。试验持续进行，达到预定时间后关闭加热器8和腐蚀试验子系统13的电源停止加热，关闭O2、CO2、CO、SO2等气体的减压阀，使N2继续经过混气罐7通入腐蚀试验子系统13，将系统中残余的有腐蚀性的气体彻底排出后关闭N2的减压阀，试验结束。
Claims (5)
1.烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，其特征在于：包括供气系统、供水系统、腐蚀试验子系统和废气处理系统；其中，
供气系统包括若干个气瓶(1)和混气罐(7)，每个气瓶(1)均通过管路与混气罐(7)入口相连通，且每个气瓶(1)与混气罐(7)入口相连通的管路上还依次设置有减压阀、杂质过滤器(4)、流量计(5)以及单向阀(6)；
供水系统包括储水罐(3)和计量泵(2)；
腐蚀试验子系统包括炉管(21)，该炉管(21)的进气侧和出气侧均安装有法兰，炉管(21)的周向上设置有加热炉(13)，炉管(21)的进气侧法兰上设置有进气管(16)和进水管(17)，且炉管(21)的进气侧设置有两个隔热器(10)，在该两个隔热器(10)中间设置有催化剂(11)，通过调整炉管(21)进气侧的两个隔热器(10)的位置，能够使两个隔热器(10)中间的温度处于催化剂(11)的最佳反应温度范围内，在炉管(21)出气侧设置有一个隔热器(10)，炉管(21)的出气侧法兰上设置有出气管(18)；
废气处理系统包括冷凝器(14)和废气处理容器(15)；
混气罐(7)的出口与腐蚀试验子系统的进气管(16)入口相连通，储水罐(3)通过计量泵(2)与腐蚀试验子系统的进水管(17)入口相连通；腐蚀试验子系统的出气管(18)通过冷凝器(14)与废气处理容器(15)的入口相连通，废气处理容器(15)的出口与大气相连通；试验时，表面涂抹煤灰的试样通过试样架(12)放置在炉管(21)中部；
若干个气瓶(1)内分别装有N2、CO2、SO2、CO和O2；
装有N2、CO2、CO或O2的气瓶(1)出口通过第二三通(20)分为两股，一股与混气罐(7)入口相连通，另一股与设置在计量泵(2)与腐蚀试验子系统的进水管(17)入口相连通的管路上的第一三通(19)气体入口相连通，第一三通(19)的气水混合出口与进水管(17)入口相连通；
进水管(17)在炉管(21)内穿过进气侧的两个隔热器(10)和催化剂(11)进入炉内高温区，且进气管(16)不穿过进气侧隔热器(10)。
2.根据权利要求1所述的烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，其特征在于：还包括用于加热进水管(17)的加热器(8)以及设置在加热器(8)和加热炉(13)之间的进水管(17)外侧的保温套(9)。
3.根据权利要求1所述的烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，其特征在于：试样及试样架(12)安置于炉管(21)的均温区范围内。
4.根据权利要求1所述的烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，其特征在于：隔热器(10)在轴向上开设有若干便于气体穿过的通孔。
5.根据权利要求1所述的烟气—煤灰协同腐蚀试验装置，其特征在于：催化剂(11)为贵金属催化剂或钒触媒催化剂。
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