電廠煤粉管道耐磨陶瓷彎頭技術的設計原理及優點
摘要:火力發電廠的煤粉管道因受嚴重的煤粉磨損,現電廠采用氧化鋁耐磨陶瓷彎頭防止磨損。此方法已經得到很多電廠認可并得以推廣。
1、電廠概況
在火力發電廠的煤粉管道中,煤粉以25米～35米/秒速度沖刷煤粉管道彎頭、節流元件,磨煤機內襯和煤粉燃燒器噴嘴體,因受嚴重的磨損問題,因此在這些設備中安裝硬度僅次于金剛石的氧化鋁陶瓷耐磨材料是防止磨損,提高系統可靠性的有力措施。
2、耐磨陶瓷材料(AL2O3)
氧化鋁陶瓷采用高純、超細、粒徑單一狹窄并經過噴霧干燥造粒處理的好品質氧化鋁粉末為起始原料,以粉末干壓法壓制成型,采用特殊模具使其素坯體具有高素坯密度高、密度分布均勻、塊體尺寸公差小精度高等優點。科學的配方設計和優化的燒結工藝使氧化鋁陶瓷在1520℃的燒結溫度條件下充分致密,保證了細晶結構的氧化鋁陶瓷具有良好的力學性能和耐磨損性能。
采用美國材料實驗協會ASTMG76-95標準對氧化鋁陶瓷進行耐磨損性能評價并與目前常用的幾種典型耐磨材料如鑄石、耐磨鑄鐵和耐磨鑄鋼進行試驗比較,從試驗結果得到:氧化鋁陶瓷的耐磨損能力一般為鑄石的6倍～8倍,耐磨鑄鐵/鋼的4倍～6倍以上。根據選用的陶瓷厚度(12.7～50mm),這些煤粉部件的使用壽命將達到6年～30年運行時間。
3、拱形設計原理
內襯陶瓷彎頭為“蝦米腰”結構。首先利用計算機輔助設計出合理的陶瓷內襯尺寸。每塊瓷磚兩側都有梯形角度,使瓷塊與瓷塊之間緊密相貼,沒有間隙。當每一圈的尾端一塊緊配嵌入以后,瓷塊與瓷塊之間形成360°機械自鎖力,尤如千百年來一直廣泛應用的拱橋技術,確保瓷塊不會脫落。在每圈都采用的鋼錠透過陶瓷片焊接在鋼管內壁,以起到固定陶瓷片的作用。順著介質流動方向瓷塊同樣被設計,切割成與彎管形狀一致,使瓷塊每一圈之間緊密相貼,沒有間隙。形成一個完整可靠的陶瓷拱形結構。陶瓷裝配時,瓷塊與瓷塊之間,瓷塊與鋼管內側之間涂有耐1100℃高溫耐火膠泥其作用是增強瓷塊間接合強度和承受沖擊力。
4、耐磨陶瓷彎頭技術性能(見表1)
5、國內主要部分電廠應用狀況(見表2)
6、耐磨陶瓷彎頭優點
6.1優良品質的氧化鋁陶瓷、高厚度的陶瓷耐磨層、合理的拱型結構、使用壽命長。
選用的氧化鋁陶瓷采用優良質氧化鋁具有良好的力學性能和耐磨損性能。
結構利用拱形原理,使內襯的陶瓷塊形成360度的機械自鎖結構,側邊帶有角度的陶瓷塊互鎖鑲嵌于鋼管內壁,保證了瓷塊不會脫落。內襯陶瓷彎頭的拱型裝配工藝形成的機械自鎖力,保證了陶瓷內襯能承受較大的物料沖擊,并能在較高溫度條件下長期使用。這種特性是普通彎頭所不可能具備。
由于采納大厚度優良品質的氧化鋁陶瓷為彎頭內襯的耐磨材料,與普通彎頭相比,內襯陶瓷彎頭具有超長的使用壽命。內襯陶瓷為AL203,硬度HV1300,耐磨性與鎢鈷硬質合金相當,比鋼高十幾倍,使用壽命長。內襯陶瓷鋼管的阻力系數比普通鋼管小,可以降低管線運行阻力,減少運行費用。內襯陶瓷鋼管能在-50℃～600℃范圍內長期使用。
6.2體積小、重量輕、便于安裝
內襯陶瓷彎頭較同壁厚的鋼管和耐磨合金鑄管或鑄鐵管重量輕約20%;較相同內徑的鑄石復合管重量輕約40%～50%左右,可以減少支架費用,減輕運輸、安裝、檢修時的勞動強度和費用,大量節省鋼材。內襯陶瓷彎頭可采用焊接、法蘭連接、柔性快速接頭等連接方式,因重量輕、抗沖擊、不怕磕碰等優點,運輸和施工安裝十分方便。
內襯陶瓷彎頭具有重量輕、體積小和端口連接形式靈活多樣,因此現場施工運輸、吊裝方便,可焊接性好。
6.3不受形狀限制
不論是圓形、方形、還是料斗形均可以應用氧化鋁陶瓷防磨設計。
6.4成本低內襯陶瓷鋼管價格與耐磨合金鑄鋼管相比,由于鑲嵌式拱形結構設計,所以其重量輕,單位長度重量價格比低于耐磨合金鑄鋼20%～30%工程總造價與鑄石相當,比耐磨合金鑄管低。拱形設計,不但保證了良好的產品性能,而且降低了加工制造與安裝成本。6.5優勢對比通過AL2O3的耐磨技術表可以看出,AL2O3含量達到90%的耐磨陶瓷彎頭的耐磨性能要比鑄鋼或雙金屬彎頭的耐磨性能要高很多。而龜甲網彎頭內部耐磨層是沒有燒結的泥質結構耐磨性能是很差的,質量無法保障。
現階段鋼材的價格居高不下,鑄鋼或雙金屬彎頭的生產成本高,致使它們的成品價格要比耐磨陶瓷彎頭價格高很多。
鋼的重量要遠遠大于非金屬AL2O3陶瓷的重量,因此鑄鋼或雙金屬彎頭重量高,安裝成本也比耐磨陶瓷彎頭的安裝成本高很多。
綜上分析,耐磨陶瓷彎頭耐磨性能較好,便于安裝并且價格適中。
結束語
綜上所述,耐磨陶瓷彎頭耐磨效果好、體積小、重量輕、安裝靈活的優點,可節約投資等優點。這種耐磨陶瓷彎頭是一種可靠的防磨方法,并得到了很多電廠的實際應用,取得了顯著的效果,因此值得各相關電廠推廣利用和借鑒。