磨损机理分析

10.3.1　磨损机理分析

对于燃煤锅炉来说，由于大量的灰粒子流经尾部受热面，因此，这些受热面的磨损几乎是不可避免的。

分析颗粒对受热面的磨损可由两个方面来进行。

如图10.8所示，粒子碰撞壁面，A处所受到的力R可分解成为法向力P_N和切向力PZ，若粒子速度、大小等一定，P_N和P_Z主要随α角（即碰撞角）而变化。

显然

P_N＝Rsinα，　　P_Z＝Rcos_α

P_N的作用是使金属显微颗粒克服分子之间的结合力，使碰撞点的温度升高引起该处金属变软。P_Z的作用是把该处变软的金属撕下来，表征切削能力的大小。显然，P_N越大，该处的温度越高，越容易被撕下来，即α越大越好；而P_Z越小，切削能力越小。可以看出，P_N增加，必然P_Z减小。

研究表明，被撕下来的金属的体积可表示为

式中：B为与管子有关的常数；ξ为与管材有关的常数。

对上式求极值可得到磨损最为严重时的α角。

令＝0，则

对于碳钢，ξ＝0.78，则α＝38°。即α＝38°时，管子的磨损最为严重。实际锅炉管子磨损最严重发生在α＝36°～40°处。见图10.9。

图10.9　管子磨损情况

一般来说，撕下金属必然需要一定的能量，这个能量必与灰粒子的所具有的能量有关。一般说，灰粒子的所具有的能量主要为灰粒子所具有的动能，其中的势能可忽略。

很容易理解，粒子的动能越大，被撕下来的金属的量越大。即

式中：T为管壁表面的磨损量，g/m²；w为灰粒速度，可近似地认为等于烟气速度，m/s；τ为作用时间，h；G为每秒钟通过每平方米烟道中灰的质量，g/（m²·s）；显然，G＝μw，μ为烟气中灰粒浓度，g/m³；式中η为灰粒撞击在受热面上的撞击率。

引入系数得

这里，C与灰粒的磨损性能、金属材料的抗磨性能、受热面的结构特性等有关。可以看出，磨损与烟气流速的三次方成正比。实验结果表明，磨损与烟气流速的3.22次方成正比。

实际应用中，常用磨损厚δ度来表示磨损量，则

式中：ρ^m为金属的密度，g/m³。