水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性研究.pdf

1、水煤漿噴嘴在實際使用中，由于水煤漿鍋爐的爐膛溫度高，加上水煤漿的急冷作用，使得水煤漿噴嘴內(nèi)部的溫度梯度很大，因此出現(xiàn)了較大的熱應力。水煤漿陶瓷噴嘴在熱應力集中的地方出現(xiàn)了熱裂、熱崩等熱損傷現(xiàn)象，嚴重影響了水煤漿噴嘴壽命。因此如何合理的評價水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性能尤為重要。本文采用有限元計算和水淬試驗的方法對Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性能進行了系統(tǒng)的研究。
　　 根據(jù)傳熱學理論和熱應力學理論，對水煤

2、漿噴嘴在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下的溫度場和應力場進行理論分析，建立了數(shù)學模型，并據(jù)此分析了水煤漿噴嘴熱沖擊損傷的原因。通過有限元方法計算了水煤漿噴嘴在不同工況下的溫度場和應力場，分析了噴嘴材料和結構對溫度場和應力場的影響。穩(wěn)態(tài)傳熱有限元分析表明:最大熱應力出現(xiàn)在噴嘴出口處，與實際使用中出現(xiàn)熱損的部位相符;按最大熱應力排序依次為:平口陶瓷噴嘴＞平口硬質(zhì)合金噴嘴＞錐口陶瓷噴嘴＞錐口硬質(zhì)合金噴嘴。結構對于噴嘴溫度場和應力場影響明顯，錐口結構的噴嘴熱應

3、力明顯低于平口結構的噴嘴，原因是錐口結構與爐內(nèi)高溫環(huán)境接觸面積減少，減少了吸收的熱量，同時與低溫水煤漿的接觸面積增大，更多的熱量被水煤漿帶走。不同材料制作的噴嘴溫度場和應力場差異明顯，Al2O3/TiC陶瓷材料的最高溫度和熱應力都大于YG8硬質(zhì)合金材料，原因是硬質(zhì)合金具有較高的導熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù)，使得熱量傳遞更為迅速、均勻，減少了溫度梯度和變形阻力。瞬態(tài)傳熱有限元分析表明:由于表層的強制對流冷卻，使噴嘴內(nèi)外傳熱不均，導致表層產(chǎn)生

4、較大拉熱應力，內(nèi)部熱應力較小，Al2O3/TiC陶瓷的熱應力大于YG8硬質(zhì)合金。熱應力隨著沖擊溫差的增大而增大，其中最大值出現(xiàn)在內(nèi)壁邊緣。冷卻過程中，熱應力隨時間的變化規(guī)律是迅速增加到最大值后再緩慢回落，最大值出現(xiàn)在2-3s之間。
　　 通過水淬試驗和壓痕-淬火試驗研究了Al2O3/TiC陶瓷、YG8硬質(zhì)合金兩種噴嘴的抗熱沖擊性能。試驗結果表明:水淬試驗后，Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金的硬度都出現(xiàn)下降，YG8硬質(zhì)合金的

5、硬度下降更為明顯。水淬試驗中，Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金表現(xiàn)出不同的失效形式，Al2O3/TiC陶瓷噴嘴在水淬試驗中的主要失效形式是整體開裂，即裂紋首先在端面產(chǎn)生，然后沿軸向縱深擴展直至貫穿整個噴嘴。YG8硬質(zhì)合金噴嘴在水淬試驗中的失效形式主要是局部塊狀脫落，集中分布在端面的內(nèi)孔邊緣和外圓柱面邊緣。YG8硬質(zhì)合金噴嘴的抗熱震能力更優(yōu)。從試驗前后的成分對比發(fā)現(xiàn)，Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金兩種材料制備的噴嘴都有一定程