电厂煤粉管道耐磨陶瓷弯头技术的设计原理及优点

摘要:火力发电厂的煤粉管道因受严重的煤粉磨损,现电厂采用氧化铝耐磨陶瓷弯头防止磨损。此方法已经得到很多电厂认可并得以推广。

1、电厂概况

在火力发电厂的煤粉管道中,煤粉以25米～35米/秒速度冲刷煤粉管道弯头、节流元件,磨煤机内衬和煤粉燃烧器喷嘴体,因受严重的磨损问题,因此在这些设备中安装硬度仅次于金刚石的氧化铝陶瓷耐磨材料是防止磨损,提高系统可靠性的有力措施。

2、耐磨陶瓷材料(AL2O3)

氧化铝陶瓷采用高纯、超细、粒径单一狭窄并经过喷雾干燥造粒处理的好品质氧化铝粉末为起始原料,以粉末干压法压制成型,采用特殊模具使其素坯体具有高素坯密度高、密度分布均匀、块体尺寸公差小精度高等优点。科学的配方设计和优化的烧结工艺使氧化铝陶瓷在1520℃的烧结温度条件下充分致密,保证了细晶结构的氧化铝陶瓷具有良好的力学性能和耐磨损性能。

采用美国材料实验协会ASTMG76-95标准对氧化铝陶瓷进行耐磨损性能评价并与目前常用的几种典型耐磨材料如铸石、耐磨铸铁和耐磨铸钢进行试验比较,从试验结果得到:氧化铝陶瓷的耐磨损能力一般为铸石的6倍～8倍,耐磨铸铁/钢的4倍～6倍以上。根据选用的陶瓷厚度(12.7～50mm),这些煤粉部件的使用寿命将达到6年～30年运行时间。

3、拱形设计原理

内衬陶瓷弯头为“虾米腰”结构。首先利用计算机辅助设计出合理的陶瓷内衬尺寸。每块瓷砖两侧都有梯形角度,使瓷块与瓷块之间紧密相贴,没有间隙。当每一圈的尾端一块紧配嵌入以后,瓷块与瓷块之间形成360°机械自锁力,尤如千百年来一直广泛应用的拱桥技术,确保瓷块不会脱落。在每圈都采用的钢锭透过陶瓷片焊接在钢管内壁,以起到固定陶瓷片的作用。顺着介质流动方向瓷块同样被设计,切割成与弯管形状一致,使瓷块每一圈之间紧密相贴,没有间隙。形成一个完整可靠的陶瓷拱形结构。陶瓷装配时,瓷块与瓷块之间,瓷块与钢管内侧之间涂有耐1100℃高温耐火胶泥其作用是增强瓷块间接合强度和承受冲击力。

4、耐磨陶瓷弯头技术性能(见表1)

5、国内主要部分电厂应用状况(见表2)

6、耐磨陶瓷弯头优点

6.1优良品质的氧化铝陶瓷、高厚度的陶瓷耐磨层、合理的拱型结构、使用寿命长。

选用的氧化铝陶瓷采用优良质氧化铝具有良好的力学性能和耐磨损性能。

结构利用拱形原理,使内衬的陶瓷块形成360度的机械自锁结构,侧边带有角度的陶瓷块互锁镶嵌于钢管内壁,保证了瓷块不会脱落。内衬陶瓷弯头的拱型装配工艺形成的机械自锁力,保证了陶瓷内衬能承受较大的物料冲击,并能在较高温度条件下长期使用。这种特性是普通弯头所不可能具备。

由于采纳大厚度优良品质的氧化铝陶瓷为弯头内衬的耐磨材料,与普通弯头相比,内衬陶瓷弯头具有超长的使用寿命。内衬陶瓷为AL203,硬度HV1300,耐磨性与钨钴硬质合金相当,比钢高十几倍,使用寿命长。内衬陶瓷钢管的阻力系数比普通钢管小,可以降低管线运行阻力,减少运行费用。内衬陶瓷钢管能在-50℃～600℃范围内长期使用。

6.2体积小、重量轻、便于安装

内衬陶瓷弯头较同壁厚的钢管和耐磨合金铸管或铸铁管重量轻约20%;较相同内径的铸石复合管重量轻约40%～50%左右,可以减少支架费用,减轻运输、安装、检修时的劳动强度和费用,大量节省钢材。内衬陶瓷弯头可采用焊接、法兰连接、柔性快速接头等连接方式,因重量轻、抗冲击、不怕磕碰等优点,运输和施工安装十分方便。

内衬陶瓷弯头具有重量轻、体积小和端口连接形式灵活多样,因此现场施工运输、吊装方便,可焊接性好。

6.3不受形状限制

不论是圆形、方形、还是料斗形均可以应用氧化铝陶瓷防磨设计。

6.4成本低内衬陶瓷钢管价格与耐磨合金铸钢管相比,由于镶嵌式拱形结构设计,所以其重量轻,单位长度重量价格比低于耐磨合金铸钢20%～30%工程总造价与铸石相当,比耐磨合金铸管低。拱形设计,不但保证了良好的产品性能,而且降低了加工制造与安装成本。6.5优势对比通过AL2O3的耐磨技术表可以看出,AL2O3含量达到90%的耐磨陶瓷弯头的耐磨性能要比铸钢或双金属弯头的耐磨性能要高很多。而龟甲网弯头内部耐磨层是没有烧结的泥质结构耐磨性能是很差的,质量无法保障。

现阶段钢材的价格居高不下,铸钢或双金属弯头的生产成本高,致使它们的成品价格要比耐磨陶瓷弯头价格高很多。

钢的重量要远远大于非金属AL2O3陶瓷的重量,因此铸钢或双金属弯头重量高,安装成本也比耐磨陶瓷弯头的安装成本高很多。

综上分析,耐磨陶瓷弯头耐磨性能较好,便于安装并且价格适中。

结束语

综上所述,耐磨陶瓷弯头耐磨效果好、体积小、重量轻、安装灵活的优点,可节约投资等优点。这种耐磨陶瓷弯头是一种可靠的防磨方法,并得到了很多电厂的实际应用,取得了显著的效果,因此值得各相关电厂推广利用和借鉴。