燃煤锅炉受热面的测试方法

1、燃煤锅炉受热面煤灰粘接特性测试方法的研究燃煤锅炉受热面煤灰粘接特性测试方法的研究报告人：裴晓冲报告人：裴晓冲 指导教师：陈冬林教授指导教师：陈冬林教授能源与动力工程学院能源与动力工程学院内容内容研究意义及内容研究意义及内容1卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究2灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究3灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进4灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用5结论与展望结论与展望6研究意义及内容研究意义及内容我国火力发电以燃煤为主我国火力发电以燃煤为主电站燃煤锅炉燃用煤质较差、多变电站燃煤

2、锅炉燃用煤质较差、多变低质煤的稳定、高效燃烧问题低质煤的稳定、高效燃烧问题在燃烧器附近区域的炉墙上敷设一定厚度和面积的卫燃带在燃烧器附近区域的炉墙上敷设一定厚度和面积的卫燃带煤炭资源匮乏煤炭资源匮乏卫燃带往往又是结渣的发源地卫燃带往往又是结渣的发源地研究意义及内容研究意义及内容卫燃带的卫燃带的结渣机理结渣机理及影响因素及影响因素结渣判别结渣判别与与测试方法测试方法炉膛水冷壁炉膛水冷壁的结渣机理的结渣机理及影响因素及影响因素目测法目测法刮铲法刮铲法气流冲刷法气流冲刷法主要依靠测试人员主要依靠测试人员的经验判断的经验判断对同种结渣试样检对同种结渣试样检测的重复性较差测的重复性较差对不同温度下结渣对

3、不同温度下结渣试样的区分度较差试样的区分度较差共同的共同的缺点缺点卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究实验准备实验准备选取选取制备制备常规分析常规分析制备制备化学分析化学分析熔融特征温度熔融特征温度卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究 煤样的工业分析（煤样的工业分析（wt%） 煤样煤样水分水分灰分灰分挥发分挥发分固定碳固定碳发热量发热量云贵云贵1.081611.076011.153576.688911.34金竹山金竹山1.394271.20809.897517.500369.46冷水江冷水江2.018561.53169.99572

4、6.454211.98斗笠山斗笠山2.179840.114918.093139.612222.20攸县攸县3.153434.71726.019956.109522.31泸州泸州3.062324.965512.317059.835225.27平顶山平顶山1.759341.910724.099532.230520.65晋东南晋东南1.509414.381316.423767.685133.79卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究煤灰的化学成分分析（煤灰的化学成分分析（wt%）灰样灰样SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O NaO云贵云贵4

5、1.4333.5614.410.521.432.022.981.28金竹山金竹山61.3528.320.360.360.711.711.771.04冷水江冷水江54.5637.812.150.400.570.902.250.42斗笠山斗笠山52.3327.407.830.591.930.853.362.82攸县攸县51.7634.175.190.420.731.363.301.03泸州泸州51.2930.766.100.662.081.592.751.05平顶山平顶山61.1128.582.090.301.630.873.600.57晋东南晋东南50.9038.342.320.452.531.

6、151.331.36卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究 煤灰熔融特征温度煤灰熔融特征温度 （ ）灰样灰样DTSTHTFT云贵云贵1260136013801400金竹山金竹山1280138014001420冷水江冷水江1101112311581193斗笠山斗笠山1127115311891225攸县攸县1136116812051249泸州泸州1177120012251241平顶山平顶山1205122712511285晋东南晋东南1101113611791211卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究碳化硅质卫燃带材料的配方组成（碳化硅质

7、卫燃带材料的配方组成（wt%）材料成分材料成分SiC细粉细粉 SiC粗粉粗粉Al2O3Cr2O3 ZrSiO4 外加外加CMC 含量含量5515151053高铝质卫燃带材料的配方组成（高铝质卫燃带材料的配方组成（wt%）低铬高铝质低铬高铝质成分成分白刚玉白刚玉Al2O3Cr2O3ZrSiO4CMC含量含量细分36#40，粗粉15#1730553低铬高铝质低铬高铝质成分成分白刚玉白刚玉Al2O3Cr2O3ZrSiO4CMC含量含量细分36#40，粗粉15#17301553卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素

8、的实验研究煤灰粒径煤灰粒径的影响的影响 炉膛气氛炉膛气氛的影响的影响原始灰量原始灰量的影响的影响 卫燃带材料卫燃带材料及成分配比及成分配比的影响的影响当煤灰粒径从当煤灰粒径从80目减小到目减小到100目，目，140目目时，结渣增强，时，结渣增强，而当粒径减小而当粒径减小到到160目，变目，变化情况不明显，化情况不明显，再减小到再减小到200目目时，结渣则有时，结渣则有明显增强。明显增强。 当煅烧温度和当煅烧温度和时间相同时，时间相同时，与通空气气氛与通空气气氛下相比，弱还下相比，弱还原性气氛下高原性气氛下高温煅烧后，煤温煅烧后，煤灰在耐火材料灰在耐火材料表面的结渣要表面的结渣要严重得多严重得多

9、 原始灰量质量原始灰量质量对材料板表面对材料板表面侵蚀程度从大侵蚀程度从大到小依次为到小依次为0.4g 0.6g 0.2g 低铬高铝质材低铬高铝质材料板灰渣的剥料板灰渣的剥落性强，容易落性强，容易脱落；而高铬脱落；而高铬高铝质板材料高铝质板材料板的抗灰渣侵板的抗灰渣侵蚀性较好蚀性较好 热物理参数对卫燃带结渣的影响热物理参数对卫燃带结渣的影响卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究碳化硅质卫燃带结渣机理碳化硅质卫燃带结渣机理 高温煅烧时，碳化硅缓慢氧化以后生成SiO2，可以有效阻碍灰渣对材料板的进一步侵蚀当CO在SiO2膜中的扩散速度远低于氧的时候，CO在材料板表面形

10、成的开气孔，则成为灰渣流入材料板的“通道”，导致侵蚀加重卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究卫燃带结渣机理及影响因素的实验研究高铝质卫燃带结渣机理高铝质卫燃带结渣机理 铁、钙、镁等碱性矿物质的含量相对较高的煤灰对耐火材料板的侵蚀更严重灰渣中不同元素对耐火材料沿深度方向的侵蚀规律不尽相同，但基本呈逐渐减弱的趋势灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究振动式灰渣粘接特性测试方法机理振动式灰渣粘接特性测试方法机理疏松的积灰很容易通过振动振落，振落率近100%，紧密结合的渣则很难通过振动振落，其振落率很小，接近于0%，而介于疏松积灰与紧密结渣两者之间的灰渣沉积，其灰渣振落率在10

11、00%021GGGr100 (%) G0 ：耐火材料板上敷设灰重：耐火材料板上敷设灰重 G1 ：振动测试前被测试样重量：振动测试前被测试样重量G2 ：振动测试后被测试样重量：振动测试后被测试样重量 r ：耐火材料板上煤灰渣振落率：耐火材料板上煤灰渣振落率灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究振动式灰渣粘接特性测试装置振动式灰渣粘接特性测试装置测试装置测试装置振动源振动源设备设备控制振动控制振动源设备源设备产生振动力产生振动力控制振动力控制振动力灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究JZK20电动式激振器电动式激振器 SG1022低频信号发生器

12、低频信号发生器 YE5872功率放大器功率放大器 灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究振动式灰渣粘接特性测试装置总示意图振动式灰渣粘接特性测试装置总示意图图 11 1 结渣试样弹性夹持机构结渣试样弹性夹持机构 2 振动机构振动机构 3 振动控制系统振动控制系统 4 接渣斗接渣斗 5 底座底座 6 结渣试样件结渣试样件301 信号发生器信号发生器 302 功率放大器功率放大器 303 频率选择按钮频率选择按钮 304 增益旋钮增益旋钮 305 开关开关 306 数字显示窗口数字显示窗口灰渣粘接特性测试方法

13、及装置的研究灰渣粘接特性测试方法及装置的研究信号发生器信号发生器功率放大器功率放大器激振器激振器弹性夹持机构弹性夹持机构振动式灰渣粘接特性测试装置实物图振动式灰渣粘接特性测试装置实物图灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进弹性夹持机构的改进措施一弹性夹持机构的改进措施一 a) 弹性夹持件电磁振动系统弹性夹持件电磁振动系统 b) 弹簧放大图弹簧放大图改进后的弹性夹持件振动系统改进后的弹性夹持件振动系统灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进弹性夹持机构的改进措施二弹性夹持机构的改进措施二改进后弹性钢板及滑动槽结构示意图改进后弹性钢板及滑动槽结构示意图改进后刚性支架组合结

14、构示意图改进后刚性支架组合结构示意图灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进信号发生器信号发生器功率放大器功率放大器激振器激振器弹性夹持机构弹性夹持机构振动式灰渣粘接特性测试装置改进后实物图振动式灰渣粘接特性测试装置改进后实物图灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进弹性钢板长度对测试结果的影响弹性钢板长度对测试结果的影响弹性钢板厚度对测试结果的影响弹性钢板厚度对测试结果的影响 激振器振动振幅对测试结果的影响激振器振动振幅对测试结果的影响 振动测试时间对测试结果的影响振动测试时间对测试结果的影响激振器振动频率对测试结果的影响激振器振动频率对测试结果的影响 灰渣粘接特性测

15、试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进 a) 10cm b) 15cm c) 20cm d) 25cm e) 30cm1) 振前振前a) 10cm b) 15cm c) 20cm d) 25cm e) 30cm2) 振后振后碳化硅质耐火材料上煤灰渣随弹性钢板长度碳化硅质耐火材料上煤灰渣随弹性钢板长度变化振动测试前后对比图变化振动测试前后对比图弹性钢板长度对测试结果的影响弹性钢板长度对测试结果的影响101520253065.065.566.066.567.067.568.068.5 攸县煤灰/碳化硅质耐火材料振落率(%)钢板长度(cm)灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进 a)

16、1mm b) 1.2mm c) 1.5mm 1) 振前振前 a) 1mm b) 1.2mm c) 1.5mm 2) 2) 振后振后碳化硅质耐火材料上煤灰渣随弹性钢板碳化硅质耐火材料上煤灰渣随弹性钢板厚度变化振动测试前后对比图厚度变化振动测试前后对比图弹性钢板厚度对测试结果的影响弹性钢板厚度对测试结果的影响1.01.11.21.31.41.565.065.566.066.567.067.568.068.5 攸县煤灰/碳化硅质耐火材料振落率(%)钢板厚度(mm)灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进激振器振动振幅和频率对测试结果的影响激振器振动振幅和频率对测试结果的影响1234542

17、44464850525456 攸县煤灰/低铬高铝质耐火材料振落率(%)振幅(mm)攸县煤灰攸县煤灰/ /低铬高铝质耐火材料结渣试样低铬高铝质耐火材料结渣试样振落率随振幅变化曲线振落率随振幅变化曲线102030405054.0354.0454.0554.06 攸县煤灰/低铬高铝质耐火材料振落率(%)频率(Hz)攸县煤灰攸县煤灰/ /低铬高铝质耐火材料结渣试样低铬高铝质耐火材料结渣试样振落率随频率变化曲线振落率随频率变化曲线灰渣粘接特性测试装置的改进灰渣粘接特性测试装置的改进12345444648505254 攸县煤灰/低铬高铝质耐火材料振落率(%)振动测试时间(min)攸县煤灰攸县煤灰/ /低铬

18、高铝质耐火材料结渣试样低铬高铝质耐火材料结渣试样振落率随测试时间变化曲线振落率随测试时间变化曲线振动测试时间对测试结果的影响振动测试时间对测试结果的影响确定测试用结构参数确定测试用结构参数厚度：厚度：1mm振幅：振幅：5mm频率：频率：10Hz长度：长度：30cm时间：时间：2min灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用1080109011001110112020406080100振落率(%)煅烧温度() 斗笠山煤灰/低铬高铝质耐火材料 斗笠山煤灰/高铬高铝质耐火材料 斗笠山煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后斗笠山煤灰后斗笠山煤灰/ /耐火材料耐火材料振

19、落率振落率- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线耐火材料上灰渣粘接特性测试结果耐火材料上灰渣粘接特性测试结果10801090110011101120010203040506070振落率(%)煅烧温度() 攸县煤灰/低铬高铝质耐火材料 攸县煤灰/高铬高铝质耐火材料 攸县煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后攸县煤灰后攸县煤灰/ /耐火材料耐火材料振落率振落率- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用耐火材料上灰渣粘接特性测试结果耐火材料上灰渣粘接特性测试结果不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后泸州煤灰后泸州煤灰/ /耐火材料耐火材料振落率振

20、落率- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线11001120114011601180020406080振落率(%)煅烧温度() 泸州煤灰/低铬高铝质耐火材料 泸州煤灰/高铬高铝质耐火材料 泸州煤灰/碳化硅质耐火材料110011201140116011801020304050振落率(%)煅烧温度() 冷水江煤灰/低铬高铝质耐火材料 冷水江煤灰/高铬高铝质耐火材料 冷水江煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后冷水江煤灰后冷水江煤灰/ /耐火材料耐火材料振落率振落率- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用110011201140116011800

21、20406080振落率(%)煅烧温度() 平顶山煤灰/低铬高铝质耐火材料 平顶山煤灰/高铬高铝质耐火材料 平顶山煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后平顶山煤灰后平顶山煤灰/ /耐火材料耐火材料振落率振落率- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线耐火材料上灰渣粘接特性测试结果耐火材料上灰渣粘接特性测试结果11001120114011601180010203040506070振落率(%)煅烧温度() 晋东南煤灰/低铬高铝质耐火材料 晋东南煤灰/高铬高铝质耐火材料 晋东南煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧20h20h后晋东南煤灰后晋东南煤灰/ /耐火材料耐火材料振落率振落率

22、- -煅烧温度曲线煅烧温度曲线灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用minrr r ：耐火材料板上煤灰渣振落率耐火材料板上煤灰渣振落率rmin：刚出现结渣时的最小灰渣振落率刚出现结渣时的最小灰渣振落率 结渣临界温度结渣临界温度即煤灰在卫燃带材料板上的结渣程度从微结渣过渡到较强结渣的温度（带）灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用结渣临界温度的确定结渣临界温度的确定1080109011001110112020406080100振落率(%)煅烧温度() 斗笠山煤灰/低铬高铝质耐火材料 斗笠山煤灰/高铬高铝质耐火材料 斗笠山煤灰/碳化硅质耐火材料不同温度煅烧不同温度煅烧2

23、0h20h后斗笠山煤灰后斗笠山煤灰/ /耐火材料耐火材料结渣临界温度确定图结渣临界温度确定图灰渣粘接特性测试装置的应用灰渣粘接特性测试装置的应用煤灰在耐火材料上的结渣临界温度煤灰在耐火材料上的结渣临界温度( )结渣临界温度结渣临界温度斗笠山斗笠山攸县攸县泸州泸州冷水江冷水江平顶山平顶山晋东南晋东南低铬高铝质耐火材料低铬高铝质耐火材料110210861157108511921090高铬高铝质耐火材料高铬高铝质耐火材料108310821107108310801082碳化硅质耐火材料碳化硅质耐火材料109010921142109110821138结渣临界温度的确定结渣临界温度的确定结论与展望结论与展

24、望1研究并设计出振研究并设计出振动式灰渣粘接特动式灰渣粘接特性测试装置，并性测试装置，并在实验基础上装在实验基础上装置改进和优化，置改进和优化，取得满意的结果取得满意的结果2在典型煤灰在典型煤灰/ /卫燃卫燃带的结渣特性及机带的结渣特性及机理实验研究的基础理实验研究的基础上，提出结渣临界上，提出结渣临界温度的概念，并通温度的概念，并通过振动式灰渣粘接过振动式灰渣粘接特性测试方法获得特性测试方法获得结渣临界结渣温度结渣临界结渣温度结论结论结论与展望结论与展望展望展望1通过大量的实验通过大量的实验确定炉内燃烧工确定炉内燃烧工况下不同煤灰况下不同煤灰/耐火材料结渣试耐火材料结渣试样的结渣临界状样的结渣临界状态值及其对应的态值及其对应的结渣临界温度结渣临界温度2通过对煤灰通过对煤灰/ /耐耐火材料结渣试样火材料结渣试样测得的振落率测得的振落率- -煅烧温度曲线进煅烧温度曲线进行修正，将其有行修正，将其有效放大到实际燃效放大到实际燃烧工况烧工况创新点创新点1振动式灰渣振动式灰渣粘接特性测粘接特性测试装置的研试装置的研究与设计究与设计2结渣临界温结渣临界温度的提出与度的提出与确定确定取得的成果取得的成果v 裴晓冲，陈彦菲，陈冬林，等裴晓冲，陈彦菲，陈冬林，等. 碳化硅陶瓷板上熔融煤灰侵蚀特性的实验研碳化硅陶瓷板上熔融煤灰侵蚀特性的实验研究究. 武汉理工大学学报，武汉理工