DLT660-2007煤灰高温粘度特性试验方法.pdf 21页

'ICS75.160.10F23备案号：21236–2007中华人民共和国电力行业标准DL/T660—2007代替DL/T660—1998煤灰高温黏度特性试验方法Testprocedurefortheviscosityofcoalashinhigh-temperature2007-07-20发布2007-12-01实施中华人民共和国国家发展和改革委员会发布I 目次前言···································Ⅲ1范围································12规范性引用文件···························13术语和定义·····························14高温黏度特性测定的基本原理·····················25试验设备与材料···························36试验步骤······························67试验结果的处理及误差························98煤灰黏度特性结渣性指数RN评价指标··················10附录A（规范性附录）黏度计的标定···················11附录B（规范性附录）炉管的维护与更换方法···············12附录C（规范性附录）高温炉恒温区标定方法···············14附录D（规范性附录）坩埚内熔体温度的校正方法·············15附录E（资料性附录）黏度特性试验报告实例···············16II 前言本标准是根据《国家发展改革委办公厅关于下达2003年行业标准项目补充计划的通知》（发改办工业［2003］873号文）的要求，对DL/T660—1998进行修订的。本标准是近几年来在煤灰、玻璃、陶瓷等高温黏度特性测定的基础上，为满足工程应用的需要进行修订的。本标准与DL/T660—1998相比，主要变化如下：——增加玻璃、陶瓷高温黏度特性测定的内容；——增加“煤灰黏度特性结渣性指数RN评价指标”的内容；——将原标准中“5.1钼丝炉管的更换”内容修订为标准的“附录B（规范性附录）炉管的维护与更换方法”内容；——将原标准中“5.2高温炉恒温区标定”内容修订为标准的“附录C（规范性附录）高温炉恒温区标定方法”内容；——将原标准中“坩埚内熔体温度的校定”内容修订为标准的“附录D（规范性附录）坩埚内熔体温度的校正方法”内容；——增加“附录E（资料性附录）黏度特性试验报告实例”；——增加评价灰黏度结渣分级界限的内容。本标准自实施之日起代替DL/T660—1998。本标准附录A、附录B、附录C、附录D是规范性附录，附录E是资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由电力行业电厂化学标准化技术委员会归口并解释。本标准起草单位：西安热工研究院有限公司。本标准主要起草人：毛爱珍、王岩、张心、杜晓光。本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化中心（北京市白广路二条一号，100761）。III ò1范围本标准规定了煤灰、玻璃和陶瓷高温黏度特性试验的原则与方法及煤灰黏度特性结渣性指数RN评价指标。本标准适用于高温下煤灰、玻璃和陶瓷的熔体动力黏度的测定。ò2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T212煤的工业分析方法GB474煤样的制备方法GB/T2902铂铑30−铂铑6热电偶丝SY1814黏度标准油ò3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1高温黏度特性theviscosityofcoalashinhigh-temperature高温黏度特性是煤灰、玻璃、陶瓷等在一定高温条件下呈熔融状态时的高温流动特性。反映了煤灰、玻璃、陶瓷熔体在降温过程中黏度与温度之间的关系。随着温度的降低，煤灰、玻璃、陶瓷等熔体最终形成三种渣形，如图1所示。A—玻璃体渣；B—塑性渣；C—结晶渣；O—临界温度点；L—准凝固温度点图1煤灰、玻璃、陶瓷黏度特性的类型1 3.2玻璃体渣glassclinker熔体在降温过程中，黏度特性的变化如图1所示的lgη−t曲线A。通常称为“长渣”，该渣型无相变点。煤灰、玻璃、陶瓷等都会有此形态特征。3.3塑性渣plasticclinker熔体在降温过程中，黏度特性的变化如图1所示的lgη−t曲线B，具有“真液相”、“固相”和“固、液相”状态的渣体称为塑性渣。该曲线被临界温度O点与准凝固温度L分成三个部分：真液相区、塑性区和快速凝固区。在O点右下方为真液相区，在这一区域内，渣体的固相物消熔殆尽；在O点到L点的降温过程中，随着固相结晶的不断析出，会形成液、固两相共存的塑性熔体；当温度继续降低至L点时，熔体迅速凝固。具有此渣形态特征种类的主要是煤灰、玻璃等。3.4结晶渣crystallineclinker“真液相”和“固相”状态的渣体称为结晶渣。如图1所示的lgη−t曲线C只有一个拐点O。在高温区（曲线C中O点右下部）熔体为“真液相”状态。当降温至O点时，熔体迅速“凝结”，由“真液相”转化为“固相”，而曲线上临界温度O点与准凝固温度L点相重合。具有此渣形态特征种类的有煤灰、陶瓷等。3.5临界温度点criticaltemperature熔体在由“真液相”过渡到液、固两相共存的状态时，有大量晶体析出，此时的黏度称为临界黏度，该点的温度称为临界黏度温度点，简称为临界温度点，见图1的O点。3.6准凝固温度点freezingpoint熔体在由“真液相”转化为“固相”时的黏度称为准凝固黏度，该点的温度称为准凝固温度点，见图1的L点。ò4高温黏度特性测定的基本原理根据煤灰、玻璃、陶瓷等熔体在高温状态下的流动特性和牛顿摩擦定律的基本原理，两dυ个熔体层之间摩擦切应力f与熔体层的受力面积S和垂直于流动方向的剪切速度梯度成正dx比，公式如下：2 dυfS=η（1）dx式中：f——摩擦切应力，Pa；dυ——剪切速度梯度，1/s；dx2S——熔体层的受力面积，m；η——熔体的动力黏度，它取决于熔体的性质、温度和压力，Pa·s。由式（1）得出动力黏度公式：fη=（2）dυSdx高温黏度的测量是利用钢丝扭矩式黏度计的浆杆在熔体中以恒定角速度旋转时，由式（2）可知熔体的黏滞力f与钢丝的偏转角ϕ成正比，如下所示：Kηϕϕ==K(1in＝,2,,)L（3）iωi1Κ=dυSdx式中：K——常数，由已知不同黏度的标准物质标定得出，钢丝的直径或角速度不同，K值不ii同；ω——转子的旋转角速度，rad/s；iϕ——钢丝的偏转角，rad。通过改变钢丝的直径、角速度以及测量浆头的大小可改变黏度测量范围。ò5试验设备与材料5.1黏度特性测量系统黏度计系统由黏度计测量浆杆和指示仪表组成，如图2所示，其标定按附录A规定的方法进行。3 1—测量头；2—指示仪表；3—高温炉；4、5—温度自动控制信号仪；6—钨、铼热电偶（或铂铑30−铂铑）图2XTPRI−2型高温黏度计系统5.2高温炉高温炉的结构如图2中3所示。炉管分外炉管和内炉管，外炉管应选用纯净的钛刚玉管，其尺寸视炉体的大小而定；内炉管应选用优质、纯净的刚玉管，根据炉型不同，其内径为φ50～φ60；管长为360mm～450mm。炉内所需的保温材料为分析纯氧化铝（Al2O3）粉和氧化铝（Al2O3）砖；炉内恒温区的高度应大于40mm；恒温区上下端温差应不大于5℃。高温炉在还原性气氛下，其工作温度可达1780℃；在氧化性气氛下，工作温度可达1700℃。5.3冷却系统接公用自来水用于冷却炉底。5.4供气系统由氢气（纯度99.5％以上）钢瓶、氮气（纯度95％以上）、二氧化碳（纯度95％以上）−53钢瓶、减压阀、浮子流量计（最大量程1.67×10m/s）组成。5.5控制系统4 由测温元件和温控仪组成。5.6试验材料5.6.1热电偶。由钨铼3−钨铼25（ASTME988）或铂铑30−铂铑（GB2902）组成，测量范围为500℃～2200℃或300℃～1700℃，热偶丝直径为φ0.5。所用的热电偶应经计量检验单位检定，并给出检定证书或者生产厂家出厂时给出的热电偶标定证书及热电偶分度表。5.6.2弹性钢丝（或钢琴弦）直径为φ0.25、φ0.5、φ1.0等。5.6.3测量浆杆（见图3）用φ4～φ6钼（或镀铂）棒加工而成。根据黏度计种类的不同，测量浆头的形状分为锥体［见图3a）］和方体［见图3b）］，测量浆杆在使用前均须标定。测量浆杆制作的技术要求如下：a）测量浆杆的垂直度为0.03:100；b）浆头尺寸的偏差为0.1mm；c）表面粗糙度为3.2μm。图3测量浆杆5.6.4钼（铂）丝直径为φ1.5（φ1.0）。5.6.5刚玉坩埚（见图4）。5.6.6钛刚玉灰皿规格为130mm×70mm×26mm。5.6.7刚玉炉管（见图5）内径为φ50，外径为φ60，螺纹长350mm，螺距为2.8mm～3.0mm。5 图4刚玉坩埚图5刚玉炉管5.6.8刚玉套管见图6，刚玉瓷珠见图7。5.6.9干燥剂为硅胶。5.6.10糊精溶液为糊精5％调制。图6刚玉套管图7刚玉瓷珠ò6试验步骤6.1炉管的维护与更换炉管在使用一段时间后，会因加热元件钼丝（铂丝）的氧化以及熔渣对管丝的浸蚀而损坏，需要更换，其方法见附录B。6.2高温炉恒温区标定高温炉中心上部有一恒温区（不小于40mm长），在经过多次更换炉管之后，恒温区会产生上下偏斜，此时须对恒温区进行标定，其方法见附录C。6.3坩埚内熔体温度的校正测量煤灰、玻璃、陶瓷高温黏度时的温度应是其熔体的真实温度，测量过程中要保持坩埚内熔体的温度与坩埚外底部的热电偶指示温度一致，因此需要对坩埚内熔体的温度进行校正，其方法见附录D。6.4样品的制备6.4.1测定煤灰、玻璃、陶瓷高温黏度特性的样品需要量为150g。6 6.4.2煤样的制备按照GB474煤样的制备，煤样的灰化按照GB/T212煤的工业分析方法中的规定。6.4.3取磨制好的煤粉于灰皿内，然后将其置入高温炉中，升温至500℃时恒温灰化30min，继续升温至800℃±5℃，至灼烧成灰粉状。6.4.4将烧成的灰一式两份。一份作备用封存；另一份用糊精溶液湿润后压制成φ10×20mm的灰柱或半径R为5mm的灰球，在室温下晾干或置于烘箱里低温（40℃～60℃）烘干后，再放入高温炉中，以800℃温度灼烧40min后取出，待用。6.4.5玻璃、灰渣（大块状）、陶瓷等试样可破碎至10mm×10mm×10mm左右的方块，待用。6.5设备的调整和试验准备6.5.1用φ1.5的钼丝作坩埚架（长度视炉口到炉内恒温区间的距离而定），然后用φ1.0（φ0.8）的钼（铂）丝将坩埚绑扎于坩埚架上（见图8）。6.5.2将坩埚固定于高温炉内的恒温区。1—坩埚架；2—刚玉坩埚；3—捆绑丝图8坩埚捆绑法6.5.3将测量浆杆放入坩埚内，调整浆头离坩埚底部的高度（其高度由标定黏度计时确定）。6.5.4固定测量浆杆于黏度计测量轴上，启动测量轴的电动机，在测量浆杆旋转的情况下，移动黏度计测量头或炉子，使浆杆与坩埚同心。7 6.5.5取下浆杆，盖上炉顶盖，并将氧化铝粉敷围在炉顶盖周围。6.5.6检查温控设备、电源开关是否完好，供水管路、送气管路是否畅通，准备好试验所需的各类工具和绘图用具。6.5.7凡属试验损耗品均应有足够的备用品，并在试验前检查是否齐全。6.6升温及熔样6.6.1接通电源，调节温度控制信号仪，使高温炉以5℃/min～10℃/min的速度升温。6.6.2当炉温升至200℃时打开氮气钢瓶开关，继续升温到600℃时打开氢气（或二氧化碳）钢瓶开关，调节减压阀，并保持适当的流量比。6.6.3待温度升至1000℃时，向坩埚内投灰柱（或灰球、灰渣、玻璃、陶瓷）1个～2个，观察并记录其变形温度、软化温度、流动温度。6.6.4当炉温以5℃/min～10℃/min升至灰样的熔融温度时，减缓升温速度（3℃/min～5℃/min），开始向坩埚内投放试样，其投放量及投放时间视坩埚内熔体的反应强弱而定（通常以熔体不溢出坩埚为准）。6.6.5待坩埚内熔体的液位高度接近33mm时，用耐高温量具测量真实的液位高度，需要时可再投入数个灰柱（或灰球、灰渣、玻璃、陶瓷）至液位高度为33mm为止。6.7高温黏度特性的测定6.7.1将浆杆徐徐放入坩埚内的熔体中，调整浆头与坩埚底部间距为5mm～7mm（不同黏度计其间距不同），将测量浆杆连接在测量轴上。6.7.2在黏度小于3Pa·s时对应的温度点（或1780℃）恒温5min后，启动测量轴电动机，记录该温度时的仪表读数，并随时计算出其黏度值。6.7.3高温黏度特性的测定是控制温度由高到低，读取黏度值由低到高的过程。其间降温间隔为10℃～100℃不等（降温测定点的间隔视渣型而定：玻璃体渣的降温幅度为50℃～100℃；塑性渣及结晶渣的降温幅度约10℃～50℃）。6.7.4由于黏度特性的测量是读取各个温度下的黏度值，因此温度控制尤为重要，其每个测点的温度偏差不小于5℃。8 6.7.5每个温度点下测定三次偏转角，取其的算术平均值，并按公式（3）计算出对应温度下的黏度值，逐点绘制出黏温特性曲线。在出现疑点时，应在该温度条件下重新测量，以确保测定值的准确性。46.7.6在黏度大于2.8×10Pa·s时，测量浆杆在坩埚内的熔体中旋转困难，这时关闭测量轴电机，继续降温（约降10℃～120℃不等），观测熔体的凝固点温度。通常凝固点的确定是：以钼丝（φ1.5）扎试熔体坚硬时的温度为凝固点温度。6.7.7将炉温再次升至熔体熔融时，将测量浆杆迅速由坩埚内提出放入预置好的冷却水中速冷，淬净黏附在浆头部位的残渣，以便再次使用（一般1根浆杆可以使用数十次试验以上）。6.7.8降温并控制降温速度为10℃/min～15℃/min，待温度降至500℃～800℃时，关闭温控设备；温度小于400℃时，关闭氢气；温度小于100℃时，关闭氮（二氧化碳）气（若连续测定时，为保护炉管，可连续通氮或二氧化碳气体直至测定全部结束）、循环水控制阀、总电源。6.7.9测定结束6.8样品和废钼丝（铂丝）的处理6.8.1待炉温降至室温时，从炉中取出坩埚，将其纵向剖开，观察并记录其结渣的宏观物理特性。6.8.2将试样坩埚贴上标签，标出委托试验的单位名称、试样名称以及完成日期，留存1年后处理。6.8.3用于固定坩埚的钼丝、浆杆以及用于加热元件的钼丝（铂丝）均为贵金属，使用多次后报废，可积累后送交有关单位回收。ò7试验结果的处理及误差7.1校核试验数据，打印试验报告（见附录E.1）。7.2绘制高温煤灰黏度特性曲线图（见附录E.2）。7.3试样两次测量均为降温过程，其测量误差（两次测定相对于平均值的平行误差）应满足下述要求：9 a）玻璃渣：≤10％。b）塑性渣：≤20％。c）结晶渣：≤30％。ò8煤灰黏度特性结渣性指数RN评价指标8.1煤灰黏度是煤灰熔体的主要特征，在不同的温度下，煤灰熔体有不同的黏度。煤灰黏度曲线所处的范围越大，温度水平越低，黏度越高，则结渣指数值越高，煤灰的结渣性就越严重。煤灰的黏度特性为煤灰熔体降温过程中的属性，符合锅炉内结渣和流渣时的实际状况。8.2煤灰黏度结渣性指数RNRN=1.5127(T25−T1000)·exp(−0.004243T200)（4）式中：T25、T200、T1000——还原气氛中，煤灰黏度分别为25、200和1000Pa·s时的温度，℃。8.3煤灰黏度特性结渣性指数RN的评价指标煤灰黏度特性结渣性指数分级界限见表1。表1煤灰黏度特性结渣性指数分级界限结渣性指数RN结渣倾向＜0.19低0.19～0.50中0.50～0.93（不含0.50）高≥0.93严重10 附录A（规范性附录）黏度计的标定òA.1用硅油标定A.1.1标准黏度物质的选定标准黏度物质应属于晶体或非晶体，要求其物理化学性质稳定，无腐蚀性；标准黏度物4质有甲基硅油（硅油）、硼酐、玻璃等，其黏度范围是1Pa·s～2.8×10Pa·s；标准黏度物质必须每隔两年由省级以上的计量检验机构检定一次。4A.1.2取几种不同黏度的黏度标准油（硅油）（1Pa·s～1×10Pa·s），将其中一种放入坩埚内（液位为33mm），然后将坩埚置入恒温器中，调节水温为20℃±1℃。A.1.3将连接在黏度计测量轴上的测量浆杆放入坩埚内，并调整浆头与坩埚底的距离为5mm～7mm（不同黏度计的间距不同），启动电动机，测量扭转角度ϕi。A.1.4按上述方法分别测出ϕϕ,,,Lϕ，依据式（3）计算出K1，K2，…，Kn（其偏差应小12n于5％），最后取其算术平均值K为黏度计标定常数。òA.2用硼酐（或纯玻璃）标定A.2.1将硼酐（或纯玻璃）破碎成约10mm×10mm×10mm的块状，称取50g～70g，待用。A.2.2当炉温升至800℃时，将硼酐逐块投入炉中坩埚内熔融。投入量以液位高度33mm为准。A.2.3待炉温升至黏度小于3.0Pa·s的温度时，恒温3min，测量该温度点的ϕ值，然后降温，每隔50℃测定一个黏度值，直至其凝固点温度。A.2.4炉子重新升温，重复上述试验，取相同点两次测定的平均值，依据式（3）求出K1，K2，…，Kn，其偏差应不大于5％。A.2.5取K1，K2，…，Kn的算术平均值K作为黏度计标定常数。11 附录B（规范性附录）炉管的维护与更换方法炉管的维护与更换：a）将φ1.5的钼丝（铂丝）缠绕在刚玉螺纹炉管上。b）取下炉顶盖，打开上炉盖，将内炉管与外炉管之间的氧化铝粉掏出，放入容器（盆或桶）中，用小于1mm的筛子筛过后待用。c）取出损坏的炉管，将炉底熔渣粒清除干净，在炉底放入一块氧化铝砖制作的保温片，然后在上面放少量的氧化铝粉填充缝隙。d）将绕好钼丝（铂丝）的炉管置入炉中心底槽中，注意炉管下引线与管壁之间须保持一定的距离，以免发生短路或局部过热影响炉子升温。e）取一部分使用过并过筛后的氧化铝粉放入内炉管与外炉管之间的底部，并捣实。f）将新氧化铝粉放入高温炉中，在高温（800℃）下灼烧20min，取出后立即装入内、外炉管之间，并捣实，直至装满。g）将炉管的上、下引线分别接在炉体的电源接线柱上，加上垫片，上紧螺丝，并用万用表测量。在确认炉丝接线完好时，用氧化铝粉敷于两引线周围，并保持两引线之间的距离。h）用氧化铝粉填满炉体上部后，放上炉盖，上紧螺丝，盖上炉顶盖。为防止内炉管上部钼丝氧化和炉内散热，可在顶盖周围敷一些氧化铝粉。i）将装有钨铼（铂铑−铂）热电偶的瓷套管由炉底插入炉子中心，并将热电偶瓷套管固定于炉底。为防止坩埚熔渣溢漏腐蚀热电偶，应使热电偶热端与坩埚外底部保持2mm～4mm的距离。j）安装好的钼丝炉如图B.1所示。k）接好氢气、氮气送气管，接通水源、电源。l）打开温控仪开关，预热炉体，升温至500℃。在确认高温炉运行正常后降温，关闭电源。12 1—炉顶盖；2—上炉盖；3—绕着钼丝（铂丝）的内炉管；4—氧化铝粉；5—刚玉外炉管；6—氧化铝砖；7—电源接线柱；8—下炉盖；9—冷却水套；10—热电偶；11—坩埚；12—炉管下引线图B.1钼丝炉结构13 附录C（规范性附录）高温炉恒温区标定方法高温炉恒温区标定方法如下：a）在炉内底部固定一支热电偶，热端位于炉管中部，并固定（如图C.1所示）。将该热电偶热端设为温度测量的基准端，以控制炉子升温。1—炉管；2—移动热电偶；3—固定热电偶；4—恒温区图C.1恒温区标定b）从炉顶上部置入一支可移动的热电偶，并将其热端与固定热电偶热端置于同一水平位置。c）炉温升至1780℃，恒温5min～7min后，分别读出移动热电偶与固定热电偶的测量值（两点的温度值应相等）。d）将移动热电偶向上移动10mm（要控制好固定热电偶温度值使其保持恒温状态），读出并记录该点的温度值。然后，将移动热电偶继续向上移动10mm，记录该点温度。依次逐点类推，直至温度开始下降。e）将移动热电偶热端重新置于与固定热电偶的同一水平位置，开始向下移动10mm，记下该点温度。继续向下移动10mm，记录该点温度。依次逐点类推，直至温度开始下降。f）根据上述测定结果，确定出恒温区。g）上述测量结束后，根据需要，可在炉子的降温过程中再选一两个温度点，重复上述试验，观察不同温度下恒温区的温度变化。14 附录D（规范性附录）坩埚内熔体温度的校正方法坩埚内熔体温度的校正方法如下：a）将外热电偶由炉底置入炉内坩埚外底部，并保持两者间距为2mm～4mm，如图D.1所示。1—炉管；2—坩埚；3—内热电偶；4—坩埚架；5—恒温区；6—熔体；7—外热电偶图D.1熔体温度校正b）在坩埚内装入熔体（或氧化铝粉），其数量与测定所需相同（60g±5g）。c）将内热电偶放入坩埚内，按测定时的升温速度将炉温升至最高极限温度（1780℃），并恒温3min～5min。d）测出外热电偶及内热电偶的温度后，降温（与测定时降温速度相同），每降50℃恒温测量一个点，至1000℃后完毕。e）绘出外热电偶与内热电偶温度校正曲线，以此为温度测量时的修正依据。15 附录E（资料性附录）黏度特性试验报告实例E.1煤灰黏度特性试验报告见表E.1。表E.1煤灰黏度特性试验报告报告编号委托单位试样名称原煤试样来源委托方送样试验项目煤灰黏度特性试验标准完成日期委托日期TPRI−2型高温黏度计测定结果−53−53煤种还原性气氛（氮气:氢气=0.85×10m/s:0.85×10m/s）温度1700162015401460138013001220℃黏度5.615.643.6120.6391.213015653Pa·s××煤温度11401090℃黏度26500凝固Pa·s温度176017001640158015401490℃××煤黏度12.320.887.7230327000凝固Pa·s16 温度165017001730℃××煤黏度变形软化流动Pa·s备注：1.样品××煤，因其熔点过高，本实验室高温炉升温极限为1780℃，熔化灰样困难，其黏度无法测量。所目测观察到的变形、软化、流动温度仅供参考。2.煤灰黏度结渣性指数RN的评价指标煤灰黏度特性结渣性指数分级界限及评价结渣性指数RN结渣倾向××煤（RN）××煤（RN）××煤（RN）＜0.19低0.19～0.50中0.9367严重结渣0.1366低结渣＜0.19低结渣0.50～0.93（不含0.50）高≥0.93严重17 E.2煤灰黏度特性曲线见图E.1。www.17jzw.comwww.17bzw.cn图E.1××煤灰黏度特性曲线www.17jzw.netwww.17jzw.cn标准资料收藏家www.17bzw.cn易启标准网免费提供十万标准书籍资料下载18会打字、5分钟快速自助建网站www.17jzw.com易启建站网免费提供建站平台，商业网站1年仅60元'