原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，包括煙道機構、燃燒爐、供油管路機構和供氣管路機構，燃燒爐包括爐體、爐蓋、油槽和油嘴，煙道機構包括高溫管式爐、試樣掛架和煙氣聯接管，供油管路機構包括儲油罐、壓油氣管和供油油管，供氣管路機構包括供氣管和壓氣氣管，本實用新型的試驗裝置用于原油燃燒鍋爐所適用的超臨界材料的高溫腐蝕試驗，將原油在燃燒爐中直接燃燒，燃燒后的煙氣進入煙道機構，用煙道機構來專門控制煙氣溫度。本實用新型的試驗裝置成功地應用于超臨界材料的實驗室研究中，數據真實、可靠，和企業工業應用現狀數據吻合度高，滿足了企業對燃油鍋爐鍋爐鋼超臨界材料高溫腐蝕性能預測的需要。
【專利說明】
原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及高溫試驗設備技術領域，具體涉及原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置。
【背景技術】
[0002]目前世界的電站主要以燃煤電站、燃油電站、燃氣電站、核電站和水電站為主。日本、中東、俄羅斯、美國加州西部沿海地區、新英格蘭中部瀕臨大西洋地區、佛羅里達和美國東南及西南地區、以及我國的沿海經濟發達省份大量地使用燃油電站。自2011年日本福島核電站泄漏以來，日本陸續關停了全部核電站，重新啟用燃油電站。中東國家，如沙特、伊朗、伊拉克等國石油儲量豐富，其電力供應主要靠燃油電站。尤其是伊拉克在海灣戰爭之后，其國內的電站受到破壞，電力資源緊缺，對燃油電站的需求量更大。隨著國內燃油蒸汽電站項目逐漸增多，目前在伊朗、伊拉克等國的燃油電站項目業務發展良好，同時為了不斷開拓沙特、阿聯酋等國的高端市場，加緊解決燃油蒸汽電站的關鍵性技術難題已經刻不容緩。目前，中東市場的燃油蒸汽機組逐步向大型化，高參數化的方向發展，特別在高端市場超臨界燃油鍋爐的開發需求日益迫切。
[0003]自20世紀80年代，現代超臨界火力發電機組問世以來，超臨界設備已在日本、德國、丹麥等國家大批投產使用。隨著人類向21世紀的邁進，節能和環保已經成為現代工業發展的兩大主題。世界各國紛紛采用提高蒸汽參數的方法來提升火力發電機組的熱效率。火力發電機組的蒸汽壓力不斷提高，過熱蒸汽溫度已經達到600°C，高溫過熱器和再熱器的金屬溫度達到650°C。未來火電機組的蒸汽溫度將超過700°C，屆時高溫過熱器和再熱器的金屬溫度將達到750°C或更高，高溫腐蝕問題將更為嚴重。
[0004]因此開展原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕研究具有重要價值。目前國內外對鍋爐鋼材料的高溫腐蝕研究方法主要分為3種:第I種是混合氣體模擬法;第2種是工業規模試驗;第3種是廢棄零件的腐蝕失效部位的檢測試驗。混合氣體模擬法是根據燃燒煙氣的主要成分和百分比，用純的組元氣體混合接近燃燒氣體的成分。這種方法目前在實驗室使用的最為廣泛，但是針對原油燃燒煙氣而言，其最大的缺點是，由于燃油組分非常復雜，其中的
S、N1、V、Na等元素對金屬腐蝕影響最大，這些元素就混合在煙氣里，因此用混合氣體模擬法，不能夠得到令人信服的數據。工業規模試驗是利用現有工廠設備，試驗時間長達I年甚至數年。工業規模試驗盡管是數據最準確、最可靠的試驗方法，但其缺點也是明顯的，因為設備、人員、場地、能耗最大，最主要的是試驗周期很長。目前一些新型高性能超臨界鋼種制造的鍋爐已經運行了 10?20年之久。但是市場環境是不允許對一種新鋼種驗證這么長時間的。對新材料而言，廢棄零件的腐蝕失效部位的檢測試驗不是一個可以預測性能的試驗方法，因此不適用。
[0005]由上述分析可知，對于原油燃燒鍋爐所適用的超臨界材料的高溫腐蝕，開展相關的腐蝕性能預測試驗，采用上述的試驗方法是不合適的。【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，直接燃燒原油，利用原油燃燒所產生的高溫煙氣對鍋爐鋼的高溫腐蝕行為進行研究，能夠滿足企業對燃油鍋爐鍋爐鋼超臨界材料高溫腐蝕性能預測的需要。
[0007]本實用新型為解決上述技術問題，所提供的技術方案是:原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，包括煙道機構、燃燒爐、供油管路機構和供氣管路機構，所述燃燒爐包括爐體、爐蓋、油槽和油嘴，爐蓋設置在爐體的頂部，油槽設置在爐體的底部，爐體的側壁設置有向外凸起的油/氣進料腔，油嘴穿設在爐體的油/氣進料腔內，用于向油槽內注入原油，所述煙道機構包括高溫管式爐、試樣掛架和煙氣聯接管，高溫管式爐具有一個管式爐工作管，用于固定待測試樣的試樣掛架可置于管式爐工作管內，管式爐工作管通過煙氣聯接管與燃燒爐的爐體內部聯通，所述供油管路機構包括儲油罐、壓油氣管和供油油管，儲油罐通過壓油氣管與空氣壓縮機連接，儲油罐的出油口通過供油油管與燃燒爐的油嘴連接，所述供氣管路機構包括供氣管和壓氣氣管，供氣管通過壓氣氣管與空氣壓縮機連接，供氣管的出氣口連接至爐體的油/氣進料腔。
[0008]作為本實用新型原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的進一步改進:所述煙道機構的煙氣聯接管上設置有流量計I和流量閥I。
[0009]作為本實用新型原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的進一步改進:所述供油管路機構的供油油管上設置有流量閥Π。
[0010]作為本實用新型原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的進一步改進:所述供氣管路機構的供氣管上設置有帶壓力表的流量計和流量閥m。
[0011]作為本實用新型原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的進一步改進:所述煙道機構的管式爐工作管具有一個出氣口，出氣口處設置有流量閥IV和壓力表。
[0012]作為本實用新型原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置的進一步改進:所述燃燒爐的爐體頂部還設置有泄壓閥。
[0013]有益效果
[0014]本實用新型的試驗裝置用于原油燃燒鍋爐所適用的超臨界材料的高溫腐蝕試驗，將原油在燃燒爐中直接燃燒，由于原油在燃燒時，要釋放出大量的燃燒熱量，使煙氣溫度很快提高，超過試驗允許的溫度值，因此為對煙氣的溫度實施有效控制，本實用新型的試驗裝置將燃燒爐與煙道機構分離，用煙道機構來專門控制煙氣溫度，使溫度精度保持在650 土 I°C和700°C±rC兩個溫度上。本實用新型的試驗裝置成功地應用于超臨界材料的實驗室研究中，數據真實、可靠，和企業工業應用現狀數據吻合度高，滿足了企業對燃油鍋爐鍋爐鋼超臨界材料高溫腐蝕性能預測的需要。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型高溫腐蝕試驗裝置的結構示意圖；
[0016]圖中標記:1、爐體，2、爐蓋，3、油槽，4、油嘴，5、油/氣進料腔，6、高溫管式爐，7、試樣掛架，8、煙氣聯接管，9、管式爐工作管，10、儲油罐，11、壓油氣管，12、供油油管，13、空氣壓縮機，14、供氣管，15、壓氣氣管。
【具體實施方式】
[0017]如圖所示:原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，包括煙道機構、燃燒爐、供油管路機構和供氣管路機構，所述燃燒爐包括爐體1、爐蓋2、油槽3和油嘴4，爐蓋2設置在爐體I的頂部，爐體I頂部還設置有泄壓閥，油槽3設置在爐體I的底部，爐體I的側壁設置有向外凸起的油/氣進料腔5，油嘴4穿設在爐體I的油/氣進料腔5內，用于向油槽3內注入原油，所述煙道機構包括高溫管式爐6、試樣掛架7和煙氣聯接管8，高溫管式爐6具有一個管式爐工作管9，用于固定待測試樣的試樣掛架7可置于管式爐工作管9內，管式爐工作管9通過煙氣聯接管8與燃燒爐的爐體I內部聯通，管式爐工作管9具有一個出氣口，出氣口處設置有流量閥IV和壓力表。煙氣聯接管8上設置有流量計I和流量閥I。所述供油管路機構包括儲油罐10、壓油氣管11和供油油管12，儲油罐10通過壓油氣管11與空氣壓縮機13連接，儲油罐10的出油口通過供油油管12與燃燒爐的油嘴4連接，供油油管12上設置有流量閥Π。所述供氣管路機構包括供氣管14和壓氣氣管15，供氣管14通過壓氣氣管15與空氣壓縮機13連接，供氣管14的出氣口連接至爐體I的油/氣進料腔5，供氣管14上設置有帶壓力表的流量計和流量閥m。
[0018]利用本實用新型的試驗裝置進行原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗的方法，包括以下步驟:
[0019]a、取待測樣品，用鐵絲將樣品固定到試樣掛架上，然后將試樣掛架置入到管式爐工作管中；
[0020]b、打開燃燒爐的爐蓋，將油槽放置在爐體的底部，然后通過油嘴向油槽內注入原油，待接近填滿油槽后，放入棉紗布，使棉紗布浸泡并懸浮在原油表面，用明火點燃棉紗布，通過供氣管路機構向爐體內通入壓縮空氣，待燃燒穩定后蓋上爐蓋，通過泄壓閥使爐體內部壓力保持在1.1個大氣壓；
[0021]c、通過燃燒爐與高溫管式爐之間的煙氣管道將燃燒后的煙氣直接輸送到管式爐工作管中，利用高溫管式爐對管式爐工作管進行加熱并保溫在650± 1°C或700°C ± TC，對樣品進行高溫腐蝕試驗。
[0022]具體為:(本試驗系統工作技術參數要求是，直接在燃燒爐2中燃燒原油，燃燒時間2000h，氣體壓力1.1大氣壓，將試驗用的試樣懸掛于燃油產生的煙氣環境中，檢測其在650°C和700°(:的煙氣中的高溫腐蝕行為。)
[0023]由于原油在燃燒時，要釋放出大量的燃燒熱量，使煙氣溫度很快提高，超過試驗允許的溫度值。為對煙氣的溫度實施有效控制，本裝置將燃燒爐與煙道機構分離，用煙道機構來專門控制煙氣溫度，溫度精度保持在650 ± TC和700°C ± TC兩個溫度上。使用煙氣聯接管將燃燒爐與煙道機構連接在一起。在設備的實際運行中，我們發現原油在燃燒爐中燃燒所產生的高溫、高壓煙氣的溫度要遠遠低于試驗需要的溫度，因此在燃燒爐和煙道機構之間不用設置冷卻水套，將燃燒后的煙氣直接輸送到煙道機構內的管式爐工作管中，此時煙氣的溫度遠遠低于650°C和700°C兩個工作溫度，需要利用高溫管式爐對管式爐工作管101進行加熱并保溫在650±1°C或700°C±rC兩個溫度上，這樣就實現了燃燒煙氣溫度的精確控制。煙氣聯接管上設置有流量計I和流量閥I，用于監測從燃燒爐中輸出的燃燒煙氣的壓力及流量。
[0024]將試樣做好標記后，用鐵絲將試樣固定到試樣掛架上。接著將試樣掛架102推入到管式爐工作管中，管式爐工作管本身自帶有熱電偶，通過熱電偶和高溫開啟式管式爐自帶的電氣裝置實施監控溫度和調整。管式爐工作管左側出口端安裝有流量閥IV和壓力表，用來控制管式爐工作管內煙氣的壓力，使其保持在I.I大氣壓上。
[0025]燃燒爐為雙圓柱體空腔結構，在圓柱體右側的小圓柱體上，開槽，安裝有油嘴，原油和壓縮空氣可以直接流入到燃燒爐中。燃燒爐的底部放置一個長條形的油槽，油槽內可以盛放從油嘴中流出的原油。本實施例中試驗使用的是塔河重質原油，因此如果直接點燃燃油的話，試驗觀察發現，燃油可持續燃燒時間不超過2min，因此在原油上安放一塊漂浮在油面上的棉紗布，這樣點燃棉紗布，原油就可以保持持續燃燒。但是由于塔河原油在長時間燃燒后會出現粘稠的渣油，需要及時更換油槽，并清理渣油，更換時間大約為24h左右。燃燒爐上端設置有爐蓋，爐蓋和燃燒爐爐體之間為螺紋連接。打開爐蓋，放入油槽，將原油通過油嘴注入到油槽中，待接近填滿油槽后，放入棉紗布，使之浸泡并懸浮在原油表面，用明火點燃棉紗布，通入壓縮空氣，待燃燒穩定后蓋上爐蓋。燃燒爐上端還設置有泄壓閥，由于燃油壓力很大，要大大超過1.1大氣壓，因此泄壓閥始終開啟，從而保證燃氣壓力為1.1大氣壓，同時由于燃燒的煙氣溫度非常高，因此通過用手接觸泄壓閥排出的熱氣，可以感知爐體中的氣體是否在持續燃燒。
[0026]燃燒爐右端與供油管路機構、供氣管路機構相連接。供油管路機構、供氣管路機構的右端與空氣壓縮機相連接，空氣壓縮機有兩個出氣端口，一個出氣端口通過壓油氣管、油罐和供油油，把空氣壓入到供油管路機構中，保證燃燒室連續供油;另一個出氣端口通過供氣管、壓氣氣管直接與燃燒爐相連，給原油燃燒提供連續的壓縮空氣供應。在燃燒爐內，燃油與壓縮空氣充分混合，并保證持續燃燒。
[0027]需試驗裝置在使用時，為保證實驗安全，要將管式爐工作管的溫度加熱到工作溫度后，才能通入原油燃燒后的氣氛。根據管式爐工作管出口壓力表的壓力情況，調整流量閥
1、流量閥IV和泄壓閥，以確保系統壓力為1.1個大氣壓和控制煙氣中的含碳量。用白紙放系統左端的出氣端處，當白紙變黑，表明煙氣中含碳，為不完全燃燒;如果白紙不變黑，表明碳已完全燃燒。繼續調整流量閥1、流量閥IV和泄壓閥，以煙氣中剛好不含碳為最宜。
[0028]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:包括煙道機構、燃燒爐、供油管路機構和供氣管路機構，所述燃燒爐包括爐體(I)、爐蓋(2)、油槽(3)和油嘴(4)，爐蓋(2)設置在爐體(I)的頂部，油槽(3)設置在爐體(I)的底部，爐體(I)的側壁設置有向外凸起的油/氣進料腔(5)，油嘴(4)穿設在爐體(I)的油/氣進料腔(5)內，用于向油槽(3)內注入原油，所述煙道機構包括高溫管式爐(6)、試樣掛架(7)和煙氣聯接管(8)，高溫管式爐(6)具有一個管式爐工作管(9)，用于固定待測試樣的試樣掛架(7)可置于管式爐工作管(9)內，管式爐工作管(9)通過煙氣聯接管(8)與燃燒爐的爐體(I)內部聯通，所述供油管路機構包括儲油罐(10)、壓油氣管(11)和供油油管(12)，儲油罐(10)通過壓油氣管(11)與空氣壓縮機(13 )連接，儲油罐(1 )的出油口通過供油油管(12 )與燃燒爐的油嘴(4 )連接，所述供氣管路機構包括供氣管(14)和壓氣氣管(15)，供氣管(14)通過壓氣氣管(15)與空氣壓縮機(13)連接，供氣管(14)的出氣口連接至爐體(I)的油/氣進料腔(5 )。2.如權利要求1所述的原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述煙道機構的煙氣聯接管(8)上設置有流量計I和流量閥I。3.如權利要求1所述的原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述供油管路機構的供油油管(12)上設置有流量閥Π。4.如權利要求1所述的原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述供氣管路機構的供氣管(14)上設置有帶壓力表的流量計和流量閥m。5.如權利要求1所述的原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述煙道機構的管式爐工作管(9)具有一個出氣口，出氣口處設置有流量閥IV和壓力表。6.如權利要求1所述的原油燃燒鍋爐超臨界材料高溫腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述燃燒爐的爐體(I)頂部還設置有泄壓閥。
【文檔編號】G01N17/00GK205483961SQ201620283633
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】方世杰, 李平, 屈衛東, 申云, 寧青雙
【申請人】洛陽理工學院