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20碳钢热态飞灰冲刷磨损性能的试验研究

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20碳钢粉煤灰的磨损性能试验研究赵先平,孙建荣,邹慧荣(上海电力大学动力工程系,上海)。试验结果表明,在20碳钢温度范围内,相对磨损量随温度升高而先减小。当温度达到临界温度时,相对磨损量随温度的升高而增加。测试数据处理使用两种方法。使用多项式非线性回归,获得用于计算磨损量的计算公式,并可以获得临界温度。使用二元线性分段回归,可以得出临界点之前和之后的温度指数和速度指数,可用于表征温度和速度对临界点之前和之后的磨损的影响。在数据处理中,考虑了在热测试过程中被氧化的金属重量增加。

1前言20碳钢属优质碳素钢,其成分含量为:C基金项目:华东电力集团公司科研项目(E9550);电力教育基金530C以下具有满意的抗氧化性能,工艺性能良好,价格低廉,一般用于壁温<450C的导汽管,联箱,壁温<500C的受热面。是电厂低温段受热面的常用钢材。电厂锅炉尾部受热面省煤器的制造材料便是20碳钢。由于20碳钢在高温下长期运行会发生珠光体球化和石墨化,使其强度下降,所以一般设计运行时间为几万小时。但往往实际运行时间少于设计值。其原因主要是飞灰以一定的速度冲刷管壁,引起磨损,使管壁变薄,机械强度下降所致,磨损严重时,甚至只有几千小时的寿命。据有关方面统计,燃煤电厂锅炉因省煤器被磨损而引起泄露的爆管事故占总事故的50%以上,严重地影响电厂运行的安全性与经济性。

腐蚀磨损是多种磨损机制共同作用的结果。该过程很复杂:它与颗粒洗涤速度,灰分浓度,灰分组成,灰分粒径,洗涤角度,环境温度,气流气氛有关,并且有许多因素与被洗涤物料的性能有关,并且任何变化一个因素将导致磨损量的变化。这些因素对磨损的影响已在本文中讨论,在此不再赘述。由于影响因素众多且相互联系,因此只能在一定条件下进行研究,而实验研究是主要手段。过去的大多数研究都是基于冷的研究。近年来,人们已经注意到温度对磨损的重要性。在热状态下发生许多磨损过程,并且在热状态下材料的性能和表面氧化膜的形成与材料的耐磨性有很大关系。国外有一些相关的研究和讨论。然而,在图9中,对电站锅炉材料的研究很少。因此,本文研究20碳钢在不同温度下的磨损性能,以研究电厂锅炉的抗磨性,延长节煤器的使用寿命,提高锅炉运行的可靠性和经济性,具有一定的现实意义和价值。

作者对特制的热粉煤灰磨损测试装置进行了完整而系统的实验研究。试验温度为200℃550℃。试件的重量在测试过程中进行。冲刷测试后,将测试片放置在干燥容器中,并冷却至常温,然后再取出称重,以防止水分在空气中凝结,从而增加重量。另外,还考虑了在测试过程中处于热态的测试件的重量和对称重量的影响。使数据测量更加准确。 (mg/g),即每克灰分带走的金属灰分(mg)。

2.2当试验条件为120m/s时,试件和气流温度控制在200t250。

每种速度下有8个温度条件,并且总共有24个工作条件。

测试中使用的灰烬样品取自杨树浦发电厂。灰分的平均粒径为113.5m。试件材料为20碳钢,试件尺寸为4个圆盘。

2测试系统和工作过程3测试结果和测试数据处理根据测试数据,随着温度的升高,测试片的相对磨损量△/先减小然后大,这是一个临界点,试样的质量磨损的相对量Δ/随着粒子速度Ws的增加而增加。为了表达磨损定律,临界温度是已知的。因此,通过以下两种数学方法处理通过测试获得的24组数据。

3.1多项式非线性曲线旮2设定热灰分侵蚀磨损的数学公式:粒子速度,m/s; 3对于试件温度,t 20碳钢的试验数据计算出的回归系数为:图21-旁路热粉煤灰精练磨损测试系统示意图由于发电厂锅炉受热面的金属材料是坚韧的材料,因此在测试部分中气流的精练角设为30(坚韧材料的韧性30度的冲刷角最大)。使用专门设计的小型电炉对试样进行加热。为了确保测试件达到测试条件所需的温度,测试件具有温度测量点。温度测量使用铠装热电偶,温度控制使用晶闸管温度控制器。在测试之前,称量测试片的重量,并以1/g的精密天平记录下来。将冲洗试验后的试片放入干燥容器中,取出称重后冷却至常温,重量损失为(g)。另外,考虑试验过程中试件在热态下被氧化而导致重量加的量为△g(g),所以,磨损的真正失重量Ag=Ag+Ag并且计算出在3个各自平均粒子速度下磨损量△/随着温度t3加由下降到上升所对应的温度转变,即临界温度:因此获得20碳钢在温度为(200 ~550C)时,飞灰冲蚀磨损的通用计算模型:多项式非线性曲线拟合回归曲线见,由试验结果可以明显看出20碳钢在330到3间磨!损率最小,c其点温度与冲刷<速度商blish系g式ouse.Allrightsreserved. 3.2二元线性回归分段分析法:在常温下冲蚀磨损的数据建模的理论基础上,根据温度因素对冲蚀磨损的影响的理论分析,现把热态下飞灰冲蚀磨损的数学模型定为采用二元线性回归的方法分段来处理试验数据。以临界温度为分界点,把试验温度范围(200~550 C)划分为2个温度区间分别进行试验数据二元线性回归处理。其具体方法见文。

其回归出热态下飞灰冲刷磨损量的通用计算式为:二元分段线形回归曲线见。

3.3粒子速度Ws的确定由于粒子速度Ws是难以测量的,所以用由气一固两相理论推导出的迭代计算式11进行计算:加速管出口截面计算得出并经过温度、压力的修正;Wg为灰粒子的沉降速度,m/s. 4试验结果分析与讨论关。冲刷速度愈大,则临界点出现的温度愈低。在临界点温度之前,其相对磨损率受温度的影响,以温度指数为一0.的规律下降,临界点温度以后,其相对磨损率以温度指数为2. 的规律上升,显然,临界点以后磨损率大较快(见)。分析其原因,在临界点温度之前,氧化膜起到了保护基体的作用,磨损量减小;然而,临界点温度以后,由于氧化膜的脱落,导致磨损量急剧大。

冲刷速度对磨损的影响总是速度越大,磨损率越大,并以指数规律长。但随着温度的升高,其速度指数减小。在临界点温度之前,速度指数为1.(见)临界点温度以后,速度指数为1.0347.显然,随着温度的升高,速度对磨损的影响减弱。

本试验中,试件的磨损量采用称重法计量。试件在试验过程中,在不同的温度下,会形成不同厚度的氧化膜,而金属由于吸收氧气会使其重量加。所以,为了得到准确的磨损失重量,必须考虑氧化膜的重量。上海电力学院学报(ournal etal)不同温度下金属氧化膜对灰磨损性能的影响(Effectofmetaloxidefilmatdifferent岑可法,樊建人,池作和等(CenKefaFanianrenChiZhuohe,etal)锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理赵宪萍(1956~),女,教授,从事飞灰冲蚀磨损的研究。

(责任编辑贾瑞君)

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