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气化喷嘴是新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉的核心部件,但由于运行中高温(1400℃)、高温度梯度、高热应力和水煤浆粒子冲蚀的共同作用,常发生短期(2-3个月)失效。停炉进行更换和修复喷嘴,严重影响生产连续进行或高负荷运行,产生重大的经济损失。
为提高新型水煤浆喷嘴的抗冲蚀性能,延长其使用寿命,本文采用有限元分析法,对新型水煤浆喷嘴稳定工作时的温度场和热应力进行了分析计算;利用自制的冲蚀磨损实验装置对超音速喷涂制备的WC-Co涂层、等离子喷涂的Cr3C2-NiCr涂层、激光熔覆制备20%WC-Ni涂层以及喷嘴材料哈氏合金的冲蚀性能进行试验研究;并利用扫描电镜(SEM)对冲蚀磨损后涂层的微观结构进行了分析。结果表明喷嘴稳定工作时,出口端部的温度较高、温度梯度和热应力较大,水煤浆通道温度在300-500℃;磨损率随冲刷速度的提高而增加;冲蚀角为30°时材料的磨损率低于冲蚀角为60°的情况。在30°冲蚀角条件下,材料冲蚀磨损主要是微观切削、犁沟变形和微观疲劳剥落机制;在60°冲蚀角条件下,磨料颗粒对材料的冲蚀主要表现为锤击效应,此时涂层的冲蚀磨损主要表现出疲劳剥落特征;在不同的冲蚀速度和冲蚀角度下,三种涂层的抗冲蚀能力均优于哈氏合金,且超音速喷涂制备WC-12Co涂层的抗冲蚀能力最优。说明涂层的应用可望提高水煤浆喷嘴的抗冲蚀磨损性能,从而延长喷嘴的使用寿命。