pfbc／cc燃機(jī)葉片腐蝕／沖蝕的實(shí)驗(yàn)研究

1、’～2 午燃、 色 宇／葉 片，蝕 P F B C／C C燃 機(jī) 葉 片 腐蝕 ／沖蝕 的實(shí)驗(yàn)研 究 蘭 ：． !苧董 永 明 袁 一 卿 東 南 太 學(xué) 熱 能 工 程 研 究 所 7 走 牛 7． , r ／ ／摘 要 增壓 流 化床燃燒 燃?xì)?／蒸 汽聯(lián)臺循 環(huán) ( P F B C／C C)發(fā) 電技 術(shù) 中關(guān)鍵 問題 之一 是燃 機(jī) 葉片的腐 蝕和 沖蝕。 為了研究各種腐蝕 ／沖蝕因素對 葉片材料的影響， 為正確地選 擇透平 葉片

2、材料和運(yùn)行 工況提供數(shù)據(jù)，建立 了一個 專門的試 驗(yàn)裝 置，進(jìn)行 了材料 的冷 、熱 態(tài)的 沖蝕試驗(yàn) 。試 驗(yàn)結(jié)果表明 ，在一定的工況下 ．材料 的沖蝕損 失正 比于顆粒濃度 c；而 沖蝕 率 E與濃 度 C無 關(guān)，與 V“ 成 正 比 ( V是顆 粒速度，2 <n <2 ． 8 ) ：在一定的粒徑 范圍 內(nèi)， 與顆粒 粒徑 d 。 成 正 比．給 出了沖蝕率 的綜 合關(guān)聯(lián)式 。一 、 引 言 燃機(jī) 葉片 的腐 蝕和 沖蝕是

3、 增壓 流化床燃?xì)?一蒸汽聯(lián)合 循環(huán) ( P F B C／ cc)發(fā) 電技術(shù) 中的關(guān) 鍵 問題之 一 ．從 P F B C排 出的高溫?zé)煔?雖經(jīng)燃燒過 程的脫硫和 高溫 除塵 ．仍含 有 一 定量 的腐蝕性氣氛和 微小塵粒 ．這種含 塵氣流進(jìn)入燃?xì)?透平后將 導(dǎo)致燃 機(jī)葉片 的磨損 和 腐蝕 ，從 而使燃機(jī)效率 下降，壽命縮 短井 威脅機(jī)組 安全 。本文結(jié)臺前人 的研 究成果。就腐 蝕機(jī)理作 了探討，并就 沖蝕 現(xiàn)象進(jìn)行 了實(shí) 驗(yàn)研究

4、，得 出了一些有用 的結(jié)論 。二、P F B C／C C燃機(jī) 葉片腐蝕 的機(jī)理研 究 高溫 下金 屬 的腐蝕起 因于一組復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)．P F B C 出I = t 煙氣 中的腐蝕 性物 質(zhì)主要 以硫 和堿金 屬危 害最甚 。在燃 燒過程 中，s O2 ，s O 】 與氣態(tài) 的 Na ~ z O、K2 O反 應(yīng) ，生成溶 點(diǎn)不 高的堿金屬硫酸鹽 ，它們 以熔 融狀 態(tài)沉積于 葉片表面 ，并且不斷粘 附微小顆 粒。沉積 物下 接近 滯止的

5、氣流使 s O濃度高達(dá) 主氣 流的 3 0 倍 ．以致發(fā)生如下反應(yīng) ：x2 s O4( 沉積物)+ S O，( 氣 )一K2 S 2 O ，( 沉)3 K2 S O4( 沉 ) + M e 2 ( s O ( 沉 )一 2 K】 M c ( s O ( 沉 )3 K~ S O4( 沉 ) + M e 2 03 ( 沉 3 S O】 ( 沉 ) 一 3 K】 M e ( S O~ ) ， ( 沉 )上式 中 Me 代 表金屬。若 M

6、c為鐵 ，則可看 出上述反 應(yīng)使 金屬 表面生成低熔點(diǎn)復(fù)合 物 ( 表 1 ) ，破壞 了氧化 層的保護(hù)作用，在氣 流和顆粒的 沖劇下 ，引起金屬表層脫 落．當(dāng)新氧 化層 形成 后又 產(chǎn)生新 的腐蝕 ，如此過程反 復(fù)進(jìn) 行，會使腐蝕不斷 向深部發(fā) 展，金屬不斷損 耗 。表 1 、幾種反應(yīng) 物與生成 的熔 點(diǎn) 反 應(yīng)物 或生 成物 F e 2 o ，K2 S O●Na 2 S O ●K， F c ( s oF c 2 ( s o 也

7、溶 點(diǎn)( K)I8 3 8I3 4 4l l 6 38 9 17 5 3— 1 9 — 維普資訊 http://www.cqvip.com ● 試 驗(yàn)后 ( x2 0 0 )試驗(yàn) 前 (2 0 o．匝 3 ．熱試 前 后 襞在 S E uP F B C 裝 置 中靜柵 葉片 損失 的 比較 從 圖 3 和表 2可看 出，試驗(yàn)前滲 鋁層完整 ．試驗(yàn) 后表層 受到 沖副 ，Al 大量減少 ．露 出了鎳基 體，基體上 的硫化物 明顯 增加

8、 ．s i 也有所增 加( 照片上凹坑 內(nèi)主要是 s j ，說明在 上述溫度和流速下．葉片表面的破壞并不是由 午溶融狀態(tài)的硫酸鹽穿透形成的腐蝕．而是沖蝕 為主形成 的破壞，表面的硫化物是 由于硫擴(kuò)散穿過氧化層在次表面形成構(gòu) ．采用 的葉柵是用 退伍 飛機(jī) 上的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉 片制造的．試驗(yàn)表明，沒有經(jīng)過適當(dāng) 表面處理 的 GH4 9 材料不宜在 P F B C環(huán)境 下工作．三 ．葉片材料的 沖垃試驗(yàn)研究 ，P F B C煙氣 雖經(jīng)

9、三級 除 塵，仍食灰 粒 ．如我 校 的 P F B C出 口煙氣 除塵后食塵 濃 度尚 達(dá) l 3 0 ～ ! $ g mg ／Nm它們 進(jìn) 人 燃 機(jī)后 以各 種 角度 沖擊 葉片 ． 由 于 這些 顆粒 速 度 高 ( 2 0 03 0 0 m ／s ) ，直徑 小 ( ／ b 于 1 0 u r a ) ，其 沖蝕作 用受氣 動參數(shù)影 響很 大．從氣 動因素 考慮 ，并不是所有 的顆粒都 沖擊 到對 象材料 ．為 了研究吉塵氣

10、流對 片材料 的沖刷，建立 了本試驗(yàn)裝置 ( 見 圖 4 ) 。它 主要包括以下幾部份：1 、用 wP 一 5發(fā)動 機(jī)的 火焰筒 作產(chǎn) 生高溫?zé)?氣 的燃 燒室 ，可 以不用一 般耐火 材料襯 里，避免了燃燒 室 由于壁面材料的脫落對試 片造成 的附加 沖蝕．圈 4 ．磚 睦裝 置 簡凰 1燒 室 2 一 顛 供 應(yīng)裝 置 4 一 加建通 道 5 — 試 驗(yàn) 段 7 一 旋 風(fēng)分 離器 8 一 腐 蝕 劑供 應(yīng) 器 3 一混 舍 器