本發(fā)明涉及粘附特性測試裝置及方法，具體涉及一種用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置以及相應(yīng)的測試方法。

背景技術(shù)：

1、在全球能源不確定的背景下，煤炭等固體燃料仍然是最可靠、最成熟的一類能源。同時，在能源轉(zhuǎn)型過程中，生物質(zhì)、固廢等固體燃料在減少化石燃料碳排放方面扮演著重要角色。然而，無論是生物質(zhì)、固廢還是煤炭，這些固體燃料均含有無機礦物質(zhì)，這些無機礦物質(zhì)在燃燒過程中會部分熔融，形成灰渣并沉積在鍋爐內(nèi)部的各個受熱面，導(dǎo)致灰沉積問題。這將導(dǎo)致鍋爐傳熱效率下降，增加碳排放，同時腐蝕設(shè)備，因此需要定期和不定期地進行停機維護以避免運行風險，帶來了停機時間和費用消耗。在“雙碳”背景下，鍋爐燃燒進一步要求提升鍋爐效率，降低碳排放，以實現(xiàn)過渡時期的能源供應(yīng)穩(wěn)定。因此，預(yù)測和評估鍋爐灰沉積傾向，探究不同燃料灰沉積機理，并緩解灰沉積現(xiàn)象至關(guān)重要。

2、目前對灰沉積特性的研究方法主要通過灰分含量、灰成分和灰熔融特性等灰顆粒自身特性評估灰沉積趨勢，但最終灰顆粒在受熱面上的沉積受灰顆粒捕捉率、碰撞率和粘附率等多種因素的影響。

3、具體來說，成灰率、灰成本和灰熔融特性可以提供關(guān)于灰沉積傾向的一些信息，但它們不能單獨、準確地判斷灰沉積傾向。其中，成灰率可以指示無機礦物的含量，但不能說明灰的化學和物理特性；成灰率高的燃料可能由于熔點高、粘附力低而灰沉積并不嚴重?；页煞帜軌蛱峁┤剂现械V物質(zhì)的種類信息，但不同的礦物在不同燃燒條件下會表現(xiàn)出不同的灰沉積特性?；胰廴谔匦暂^前兩種方法應(yīng)用更廣泛，可以提供礦物質(zhì)在高溫下的熔融行為，但無法準確預(yù)測燃燒過程中與鍋爐內(nèi)換熱面的粘附率，因此，也不足以準確判斷燃燒過程中的灰沉積情況。

4、灰顆粒的碰撞速度和碰撞角度主要受鍋爐結(jié)構(gòu)、運行工況、灰顆粒大小等物理條件影響。在這些物理條件相同的情況下，灰顆粒自身與受熱面的粘附強度成為影響粘附率的關(guān)鍵因素。當灰粘附強度增大時，灰顆粒更容易附著在受熱面上，從而阻止灰顆粒逸出，增強捕捉煙氣中灰顆粒的能力，提高捕集效率，加劇灰沉積。更高的灰粘附強度也意味著受熱面表面能夠粘附更多灰顆粒，不易在灰顆粒自身重力與煙氣沖刷作用下脫落。這導(dǎo)致鍋爐受熱面積灰厚度增加，同時為鍋爐吹灰過程增加難度。然而，目前的研究無法對灰與受熱面間的相互作用進行定量分析，而灰顆粒與受熱面表面的粘附強度是反應(yīng)燃料灰沉積傾向的重要參數(shù)。

5、因此，目前需要一種能夠?qū)Τ练e灰與受熱面表面間的粘附強度進行定量分析的方法，以完善評估不同種類燃料灰沉積特性。

6、現(xiàn)有技術(shù)中，雖然也存在一些粘附特性的測試裝置和測試方法，例如cn117782973a、cn117054331a、cn117800559a所公開的測試裝置及相應(yīng)測試方法，然而，這些測試裝置和測試方法均為既定場景下的測試裝置和測試方法，無法還原鍋爐燃燒過程中灰與受熱面之間的粘附作用。特別是，由于鍋爐燃燒過程中灰的形態(tài)和灰中礦物賦存形態(tài)的變化涉及礦物轉(zhuǎn)化等化學過程，而上述測試方法溫度范圍較低，金屬和灰顆粒在冷態(tài)和熱態(tài)過程中的物理、化學特性差異巨大，因此無法通過上述測試裝置和測試方法來對鍋爐內(nèi)灰的粘附特性進行定量分析。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠?qū)﹀仩t內(nèi)灰的粘附特性進行定量分析的高溫灰粘附強度測試裝置及相應(yīng)的測試方法，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

2、本發(fā)明提供了一種用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置，用于對灰分片進行粘附強度測試，所述灰分片用于模擬鍋爐中的灰，該裝置具有這樣的技術(shù)特征，其包括：電加熱爐；承載柱，設(shè)置在所述電加熱爐的爐膛內(nèi)，用于承載所述灰分片；施壓柱，設(shè)置在所述爐膛內(nèi)且位于所述承載柱的正上方，牽引電機，與所述施壓柱連接，用于驅(qū)動所述施壓柱升降，從而對所述灰分片進行施壓或施壓后回拉；以及拉力傳感器，連接在所述施壓柱與所述牽引電機之間，用于在所述施壓后回拉的過程中采集與所述粘附強度相對應(yīng)的拉力數(shù)據(jù)，其中，所述承載柱與所述施壓柱均為金屬柱，用于模擬所述鍋爐的受熱面，所述電加熱爐能夠?qū)⑵錉t膛內(nèi)加熱至1500℃以上。

3、本發(fā)明提供的用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述承載柱和所述施壓柱都由高鉻鎳奧氏體不銹鋼310s制成且呈圓柱狀，所述承載柱的上端面和所述施壓柱的下端面平整，所述承載柱和所述施壓柱都豎直設(shè)置，所述承載柱的上端面用于放置所述灰分片，所述施壓柱的下端面朝向所述承載柱的上端面。

4、本發(fā)明提供的用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置，所述電加熱爐為具有溫度控制器的溫控箱式馬弗爐，所述電加熱爐的爐膛內(nèi)設(shè)置有測溫器，所述溫度控制器根據(jù)所述測溫器測得的溫度以及預(yù)定的目標溫度對所述電加熱爐的加熱進行控制。

5、本發(fā)明提供的用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置，所述拉力傳感器的最大量程為±5kg，精度為0.1g。

6、本發(fā)明提供了一種利用上述的用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置對灰分片的粘附強度進行測試的測試方法，所述灰分片用于模擬鍋爐中的灰，該方法具有這樣的技術(shù)特征，其包括以下步驟：加熱步驟，將所述灰分片放置在所述承載柱的上端面上，啟動所述電加熱爐，使所述爐膛內(nèi)的溫度上升至預(yù)定的目標溫度，并保持所述目標溫度預(yù)定時間以使所述爐膛內(nèi)的溫度均勻；恒溫施壓步驟，在保持所述爐膛內(nèi)的溫度穩(wěn)定的情況下，啟動所述牽引電機并在預(yù)定時間后停止所述牽引電機，使得所述牽引電機驅(qū)動所述施壓柱下降并對所述承載柱上的所述灰分片施加預(yù)定壓力；回拉測試步驟，啟動所述牽引電機，使得所述牽引電機驅(qū)動所述施壓柱以預(yù)定速度升起，對所述灰分片進行施壓后回拉，所述拉力傳感器在所述施壓后回拉的過程中采集與所述粘附強度相對應(yīng)的拉力數(shù)據(jù)；以及灰粘附強度計算步驟，基于所述拉力數(shù)據(jù)計算所述鍋爐灰的粘附強度。

7、本發(fā)明提供的測試方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述目標溫度在20℃～1500℃的溫度范圍內(nèi)，所述加熱步驟中，在所述爐膛內(nèi)的溫度上升至所述目標溫度后保持20min以上，所述恒溫施壓步驟中，所述預(yù)定壓力為5n，所述回拉測試步驟中，所述預(yù)定速度為0.5mm/s。

8、本發(fā)明提供的測試方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，在20℃～1500℃的溫度范圍內(nèi)選擇多個溫度作為多個所述目標溫度，對每個所述目標溫度重復(fù)上述加熱步驟至所述灰粘附強度計算步驟；準備多組由不同金屬材質(zhì)制成的所述承載柱和所述施壓柱，對每一組所述承載柱和所述施壓柱重復(fù)上述加熱步驟至所述灰粘附強度計算步驟。

9、本發(fā)明提供的測試方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述灰分片呈圓形片狀，所述拉力數(shù)據(jù)為拉力峰值，重復(fù)所述恒溫施壓步驟以及所述回拉測試步驟多次，從而獲得多個所述拉力峰值，在所述灰粘附強度計算步驟中，計算所述多個拉力峰值的平均值作為有效拉力峰值，并基于所述有效拉力峰值和所述灰分片的截面面積計算所述粘附強度：

10、

11、式中，fmax為所述有效拉力峰值，s為所述灰分片的截面面積。

12、本發(fā)明提供的測試方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，在所述加熱步驟之前，還包括：端面打磨步驟，對所述承載柱的上端面以及所述施壓柱的下端面進行打磨以使其光滑；以及傳感器校準步驟，分別在所述爐膛內(nèi)加熱至500℃、1000℃和1500℃的溫度的情況下，在每個所述溫度下分別將0.05kg、0.5kg和5kg的重量的配重件連接至所述拉力傳感器并對其測得的所述拉力數(shù)據(jù)進行校準。

13、本發(fā)明提供的測試方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，在所述加熱步驟之前，還包括：灰分片制備步驟，將與所述鍋爐灰相對應(yīng)的灰樣粉末放入圓柱形模具中，并在20mpa的壓力下將所述圓柱形模具中的所述灰樣粉末單軸擠壓300s，從而形成所述灰分片，其中，在所述灰分片制備步驟中制備多個不同材質(zhì)的灰分片，對每個所述灰分片重復(fù)上述加熱步驟至所述灰粘附強度計算步驟。

14、發(fā)明作用與效果

15、根據(jù)本發(fā)明的用于評估鍋爐灰沉積傾向的高溫灰粘附強度測試裝置及方法，通過灰分片來模擬鍋爐燃燒過程中的鍋爐灰，通過兩個金屬柱來模擬鍋爐的受熱面，通過電加熱爐來將其加熱至高溫，并利用兩個金屬柱來對灰分片進行施壓后回拉，以回拉時的拉力來表征鍋爐灰在受熱面上的粘附強度，因此能夠?qū)嶋H鍋爐燃燒過程中鍋爐灰的粘附情況進行很好地模擬，測得非常接近于實際鍋爐灰的粘附強度的測試數(shù)據(jù)。本發(fā)明的裝置和方法彌補了現(xiàn)有的裝置和方法無法直接量化測試沉積灰與受熱面間相互作用的不足，完善了灰沉積傾向評估體系，為判斷灰沉積傾向和探究灰沉積機理提供了新思路。