pfbc／cc燃機葉片的腐蝕／沖蝕機理研究

1、第 l l 卷 第 4期 l9 9 0年 l 1月工 程 熱 物 理 學(xué) 報 f OURNALO FENGI NEE RI NGTH E RM0P HYS I CSVo 1 ．1lN 0 vNo．4I 990P F B C ／ C C 燃機葉片的腐蝕／ 沖蝕機理研究 劉 鋒 唐楚 明 袁 一 卿 李大 驥 范 從 振( 東 南 大 學(xué))一 、 引 宦 增 壓流化床燃燒燃氣 ／ 蒸 汽聯(lián)合循環(huán) ( P F B C ／ C C ) 發(fā) 電技

2、 術(shù)中關(guān)鍵 問韙之 一， 是燃機 葉片的 腐蝕和沖蝕 ． P F B C 出口煙氣是腐蝕性的含 塵氣流 ，葉片受到腐蝕 ／ 沖蝕的復(fù)合 作 用， 不僅會使 葉型 變化 ， 葉柵 壓損增加 ， 降低燃 機效率， 而且會使動 葉強度降低 ，壽命縮 短 ， 威脅機 組安 全．本文綜合了前 人的研究 成果 ，就腐蝕機理 作了探討 ， 并著重就沖蝕現(xiàn) 象進 行 了 冷 態(tài) 試 驗 研究 ， 得 到 了一 些 有 用 的結(jié) 論 ．= 、P F B

3、C／ C C 燃 機葉片腐蝕 、 沖蝕機理 的研 究 ·1 ． 熱腐蝕 機瑤 熱腐蝕就是高溫 下金屬的氧化過程，包括對 金屬 表面材料的去 除 和 對 內(nèi)部 材料的侵 蝕． P F B C 出口煙氣雖經(jīng)脫 硫， 但仍含腐蝕性物質(zhì) ， 主要以硫和堿金 屬 為 害最 甚 ． 在燃 燒過 程 中 ，S O： 、S O 與 氣 態(tài) 的 NaO、K： O 反 應(yīng) ， 生 成熔 點不 高 的 堿 金 屬硫酸鹽 ， 它們 以熔融狀態(tài)沉積

4、于 葉片表面 ， 并且不 斷粘附小顆粒 ，沉積物 下接 近滯止 的 氣 流 使 S O，濃 度 高 達 主 氣 流 的 3 O倍 ， 以致 發(fā) 生 如下 反 應(yīng) K2 S O ．( 沉 積 物 )+ S O； ( 氣 )一 K： S 。 O ( 沉 )3 KS O( 沉 ) + Me( s o) { ( 沉) 一 2 K ， Me ( S O ．( 沉)3 KS O ．( 沉)+ Me ： O( 沉)+ 3 S O 3( 氣) 一 2

5、K{ Me ( S O 一( 沉)K： t M e ( S O4 b + KzS O,圖 1 堿 金屬熱 腐蝕過程 J 若 Me為鐵 ， 則上述 反應(yīng)使金屬表面 生成低熔點 復(fù)臺物 ( 表 1 ) ， 破壞了氧化 層的保護作 用， 在氣流 和 顆粒 的沖 刷 下 ， 引起 金 屬 表 層脫 落 ．上 述 過 程 的反復(fù) 出現(xiàn)使腐蝕 向深部發(fā)展 ，金屬不 斷 耗 損 ．圖 l 是這一過程的示意 圖．因為 NaS O · 熔點 在

6、 8 0 0 — 9 0 0 ~ ( 3之 間 ， 故 P F B C 最佳 運 行 溫度 正 處 于堿金 屬腐蝕最嚴(yán) 重的區(qū)間．煤的燃燒產(chǎn) 物中含有 的其 它物質(zhì)如 碳、 鐵 、 氯 以及 脫 硫劑 都 對 金 屬 的腐 蝕有 影響 ．必 須 指 出 ，微 小 顆 粒 在 葉 片 表 面 的 沉 積 是 熱 腐 蝕 發(fā) 生 的 重要 條件 ， 因為試驗發(fā)現(xiàn)沉積 層下有較嚴(yán) 重的 腐 蝕 ．產(chǎn)生沉積的部位多在葉背上 ， 見圖 2 ．互

7、沖 蝕機 理 P F B C煙 氣 雖經(jīng) 三 級 除 塵 ， 仍 含 灰 粒 ， 如 我校 的 P F B C 除 塵后 煙 氣 臺 塵 濃 度 尚 本文 曾于 1 9 B 9 年 1 月在杭 州召開的 中 國工 程熱 物理 學(xué)會攘 ! l 燒學(xué) 學(xué)術(shù) 會 議上宣 讀．維普資訊 http://www.cqvip.com 工 程 熱 物 理 學(xué) 報 來 控 制 物料 流 量 ；3 ． 試 驗 段設(shè) 計 采 取 對 韌 性 捌 料 產(chǎn) 生

8、最 大 沖 蝕 率 的 2 5 。攻 角 ， 以縮 短 試 0蠶嘲 0． 2 b圖 7 不 同粒徑的顆 粒在管 內(nèi)的 加 速過程 驗時間 4 ． 為加速顆粒 ， 設(shè)計 了水平加速段， 粒徑 為 2 0 — 1 0 0i n的顆粒到達加速段末端時速度的計算 結(jié) 果 示 于 圖 7 ． 試 驗所用 物料 為催 化劑顆粒 ，被沖擊試片為有機 玻 璃 制 成 ．四 、試 驗 結(jié) 果 和 分 析 I ． 沖擊 損失 量 W 、沖蝕率 與顆粒質(zhì) 量

9、 J 】 I f 的 關(guān) 系 沖蝕損失量和 顆粒 質(zhì)量 呈線性正比關(guān)系 ( 圖 8 ) ，而沖蝕 率并不隨 因時 間增加所 引起的顆粒質(zhì)量的增加 而 有所改變 ( 圖 9 ) ， 說 明在材料 的穩(wěn) 態(tài)沖蝕期 造成 每層材 料損失所需 的能量相 同，因而 可用 短時 間沖 蝕試驗的結(jié) 果來推測長期運行的 葉片 壽命 ．2 ． 沖蝕 損失 量 、 ； 中 蝕率與顆 粒濃 度 的關(guān)系 圖 l 0 表 明， 在試驗參數(shù)范圍內(nèi)顆 粒 濃度

10、對沖蝕率沒有影響 ， 說明無論沖擊材料 的頻 率如何 ， 只要沖擊 的顆粒數(shù)一定 ，則引 起 的沖蝕損 失量相 同， 據(jù)此可將高濃度下強 化試驗的結(jié)果用于 推測實際情況． 而沖 蝕損 失量還是隨 顆粒 濃度的增 大呈正比增加 ( 圖 1 1 ) ， 所 以顆粒濃度 大是造成 葉片磨損 的重要 原 因，P F B C 出 口煙氣經(jīng) 除塵后 ， 要求 臺塵濃度小于 1 5 0m g ／ N m．3 · 沖蝕 率與顆粒 速度 y 的

11、關(guān)系 顆粒速度是 影響沖蝕 率的 重要因素 ， 圖 l 2的 Ce蘭04ol OO O∞ 。 。3 0 o 。t g )圖 8 沖蝕 損失 量和顆 粒質(zhì)量 的關(guān) 系 圖 9 沖蝕率 和顆 粒質(zhì)量 的關(guān)系 i ~ ) O 0g 2 0 0 0釜 j 0O 002{68c( g i Nm。 j06一o4C， 悖 NmB j圖 1 0 沖 蝕率 和顆 粒濃度 的 關(guān)系C6疊 詈o0 0204 08 01 2 0d ，n 1 1圖 1I