模拟工况条件的MEEP链条寿命加速试验研究
摘 要：为提高旋转电极式电除尘器的寿命及可靠性，使之最大限度提升烟气中PM2.5的捕集效率，针对旋转电极式电除尘器所使用的链条，从温度要求、粉尘环境、荷载受力、工作时间等4个方面模拟实际工况，搭建链条试验台并针对试验链条进行磨损、疲劳及使用寿命的试验研究。试验结果表明，滚子内表面、套筒外表面及销轴外表面均有磨损，且以磨粒磨损为主，伴有疲劳磨损。另外，基于链条伸长率不超过1%的判定准则，试验链条能够完成实际工况条件下运行8 a的设计要求。
关键词：烟气处理设备；旋转电极式电除尘器；链条加速试验；可靠性；磨粒磨损
0 引 言
近年来，国内大气污染形势日益严峻，大气污染防治压力持续加大[1]，促使燃煤电站的烟气治理工作得以重视。在燃煤电站烟气治理设备中，电除尘器是主流除尘设备[2-3]，其中旋转电极式电除尘器(MEEP)可最大限度地减少二次扬尘并有效避免反电晕，可大幅提高烟气中PM2.5的捕集效率[4-5]，在烟气治理领域占有重要地位。MEEP运转过程中，通过传动链条的承载及传动作用，旋转阳极板在收尘区域进行粉尘收集，而后旋转到非收尘区域借助清灰刷进行清灰[6-7]，所以MEEP链条等关键运动部件的运行稳定性及使用寿命决定了MEEP整机运行可靠性，一旦链条断裂会导致阳极板坍塌，造成整个旋转电极电场损毁。李素荣[8]认为链条失效主要表现为链条的伸长，是销轴的磨损造成的。赵娟[9]提出严重的疲劳磨损致使链条失效，如链条与链轮啮合时失效，造成链条跳链或断裂，导致安全事故。日立公司于2011年针对MEEP链条进行试验，Toshiaki Misaka等[10]认为滚子链在满足功能需求的基础上具有更好的使用寿命，可有效提高链条的可靠性与运转稳定性。链条寿命通过链条伸长率评判，伸长率大于3%即为失效[11]，为提高设备安全性，确定MEEP链条伸长率大于1%即失效。Hiroki Ando等[12]通过试验评估MEEP链条的寿命及耐磨性，试验链条处于粉尘浓度为3 g/m3的环境下，施以20 kN的拉力，试验结果显示用于烧结机粉尘的链条寿命为10 a，用于燃煤灰的链条寿命为8 a，均满足设计寿命要求。
1 链条试验装置搭建
1.1 试验要求
MEEP链条试验要求通过0.5 a时间模拟实际工况下8 a的运行，基本设计参数见表1。
1)灰成分说明
借助分光光度计(型号：723N)、火焰光度计(型号：AP1200)分析煤灰成分，利用激光粒度分析仪(型号：EPA2000+MU)测量煤灰粒径分布，通过粉尘比电阻测试系统得到煤灰比电阻。八方电厂煤灰成分见表2，煤灰粒径分布与温度-比电阻关系如图1所示。
表1 链条试验台设计参数
Table 1 Chain test-bed design parameters
表2 八方电厂煤灰成分分析
Table 2 Composition analysis of coal ash %
图1 煤灰样品粒径分布和煤灰温度-比电阻
Fig.1 Particle sizes distribution and temperature-specific resistance diagram of coal ash
2)主动轴转速
链条实际工况与模拟工况对比见表3。对于实际工况，由于从动轮属于悬吊状态，仅承受自重荷载，所以取链条上某一点作为参考，每转动一周受主动轮冲击一次，则此点每冲击一次所需时间T=l/v=41.262/(0.5～1.5)=(82.524～27.508) min。对于模拟工况按最快转速进行计算，点在27.508 min内冲击一次所需要的转速V1=(4.685 6/27.508)=0.1703 36 m/min。按试验0.5 a模拟实际工况运行8 a来计算链轮的转速，则链轮的转速是计算转速的16倍，即试验过程中链条转速为V2=V1×16=2.73 m/min；换算成角速度n=v/(πd)=2.73/(3.14×0.456 6)=1.9 r/min。链条试验台通过缩短链条中心距由实际的20 m到1.6 m，同时适当加快转速来完成加速试验，链条试验分为5个周期，每个周期链条运行时间为40 d。
表3 链条实际工况与模拟工况对比
Table 3 Comparison of chain simulated conditions and actual conditions
1.2 试验台设计
根据试验目的及试验环境确定试验方案，对于工况条件下的旋转电极式电除尘器进行简化，如缩短主动轴、从动轴及链条，并且阳极板由重物代替以施加荷载，将实际的旋转电场简化为试验台方案，建立钢支架与壳体平台，利用加热系统与吹灰系统模拟高温有尘环境，链条试验方案如图2所示。
图2 链条试验方案
Fig.2 Chain test scheme
完成链条试验台动力及传动系统、加热系统、吹灰系统及相关辅件的设计，如图3(a)、(b)所示，主动轴、管式加热箱、从动轴及观察窗构成试验台的内部结构，主、从动轴之间悬挂试验链条，管式加热箱提供热源，如图3(c)所示，风扇提供扬尘所需风量。
图3 链条试验台实体
Fig.3 Entity of chain test-bed
2 链条加速试验方法
产品的加速寿命试验(accelerated life testing，ALT)与加速退化试验(accelerated degradation testing，ADT)被广泛应用来激发产品潜在缺陷，以较少的试验时间获取更多的可靠性信息[13-14]。ALT主要利用定时或定量截尾法作为结束试验的依据，通过施加较正常使用更高的应力来度量产品可靠性[15]。ADT是通过设置试件的试验环境较工况更苛刻的条件下进行样品性能试验，其失效阈值包括绝对失效阈值和相对失效阈值[16]。本文所述试验使用恒定应力定时截尾法，即测试链条被施加2 kN的恒定应力，链条运行40 d后取下链条测量节距。试验台通过缩短链条长度和加快链条转速以增加单位时间内链条受碰撞次数，且以链条伸长率超过1%作为链条相对失效阈值，完成寿命加速试验。
3 链条加速试验测试结果及分析
链条试验每个周期完成后测量链条长度并计算链条节距，判断链条节距相对于初始值的伸长率是否小于1%，若满足则进入下一个周期，直至试验结束。
链条试验台在120 ℃、有尘环境下正常运行一个试验周期后如图4所示。通过管式加热器和温控开关实现了温度的实时控制。从试验台顶部、侧部、主动轮、从动轮及链条的积灰情况判断试验台内部处于有尘环境下，实现了有尘环境的模拟。
图4 主动轮和从动轮集尘情况
Fig.4 Dust collection of driving and driven wheel
滚子、套筒及销轴磨损情况如图5所示，滚子内表面和套筒外表面发生明显磨损，出现严重点蚀，销轴本身在链条转动中不发生旋转，试验初期销轴仅与套筒内表面接触部位有磨损，随着试验进行，销轴外表面的磨损沿接触部位向外扩展，磨损面增加，结合磨损情况，并考虑链条处于高温、含尘环境，受循环载荷作用，判断接触表面以磨粒磨损为主，伴有疲劳磨损。
图5 滚子、套筒及销轴磨损情况
Fig.5 Wear situation of roller/sleeve and pin
试验链条与工程应用链条为同一批次，按试验要求分为2条，记为“试验链条1”和“试验链条2”，由于链条测试仪器单次测量长度有限，每根链条分为3段，分别标记为“1-1”、“1-2”、“1-3”、“2-1”、“2-2”、“2-3”。对链条进行多次测量求出节距均值，见表4。
表4 节距均值
Table 4 Pitch average mm
以模拟的实际运行年限为x轴，节距均值为y轴建立坐标，如图6所示，测量均值之间存在明显区分表明试验过程可靠，链条节距随测量周期产生一定量的伸长，符合试验预期。
图6 试验链条节距均值
Fig.6 Pitch average of test chain
根据链条试验台设计要求，试验条件下测量间隔为40 d，相当于实际运行1.8 a，链条伸长率与年限关系如图7所示，试验链条的报废标准按1%计算，可以看出链条的伸长率呈线性关系，在1.8×5=9 a里远低于1%的报废标准，表明试验链条能够达到实际工况下8 a的使用寿命。
图7 链条伸长率与使用年限关系
Fig.7 Relation between elongation and service life
4 结 语
1)为验证及提高MEEP链条可靠性寿命，搭建模拟工况条件下的链条试验台，进行磨损、疲劳及使用寿命的试验研究。经过了5个周期的试验，以链条伸长率不超过1%为准则，对链条寿命加以判定，认定试验链条确实能够完成运行8 a的设计要求。
2)链条试验结果显示测试链条的滚子内表面、套筒外表面及销轴外表面均产生了明显磨损，且以磨粒磨损为主，伴有疲劳磨损。
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Research on acceleration test of MEEP chain life under simulated operating conditions
Abstract:In order to improve the life and reliability of moving-electrode type electrostatic precipitator(MEEP) for efficiently capture the PM2.5 dust in flue gas,this article studied the wear,fatigue and service life of MEEP’s drive chain under simulated operating conditions on a home-made chain test-bed furnace.The related factors affecting the furnace performance were systematically investigated by the aspects of temperature,dust environment,load force,working hours etc.The experimental results show that the inner surface of sub-roller,the outer surface of sleeve and pin are found undergo significant wear,and they are mainly caused by abrasive wear and accompanied by fatigue wear.In addition,the test chain can meet the designing requirements for eight years under operating condition criteria,and the elongation of chain can be less than 1%.
Key words:flue gas treatment equipment;MEEP;chain accelerated test;reliability;abrasive wear
中图分类号：X701.2
文献标志码：A
文章编号：1006-6772(2017)06-0056-04
收稿日期：2017-04-07；责任编辑孙淑君
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2017.06.011
基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFC0203704);国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA065002)
引用格式：何毓忠，何海涛，姚宇平，等.模拟工况条件的MEEP链条寿命加速试验研究[J].洁净煤技术，2017，23(6)：56-59,64.
HE Yuzhong,HE Haitao,YAO Yuping,et al.Research on acceleration test of MEEP chain life under simulated operating conditions[J].Clean Coal Technology，2017，23(6)：56-59,64.
