灰垢超声波特性研究

　　1 灰垢的结构

　　火电厂采用粉煤灰做燃料，燃烧后的粉煤灰收尘后水力冲灰形成灰浆。用压力泵将其通过输灰管送到灰场的过程中，灰浆中的某些难溶和微溶的物质达到一定浓度后，便以沉淀的形式析出，沉积在管壁形成灰垢。灰垢一般呈灰色或浅灰色，表面呈鳞片状，横截面呈树木年轮似的层状，与管壁接触的垢面有铁锈色，接触面遍布许多浅坑。其宏观结构如图 1。

　　灰垢的层理中结晶细小而致密，质地坚硬;层间则夹杂细灰，结构疏松。因此垢块可从层间完整剥离，剥离面呈灰色，剥离后外侧垢块表面突出处大多显露白色或黑白相间，剥开时折断的结合面呈白色，微观结构如图 2。剥离后外侧垢块表面丘状突出位与内侧垢块底面的浅坑位能完好地结合。

　　灰垢的主要成分是 CaCO3。透射电镜片显示：CaCO3晶体的结晶形态呈不规则的六角形，晶粒大小在 1μm 左右，呈重叠式堆积，且沿同一方向排列。在水力冲灰条件下，灰水中析出坚硬的针状结晶 CaCO3，这种结晶核心沉积在粗糙不平的管壁上面，生长形成坚硬的灰[1]。垢块因结晶致密度的不同而呈现层状结构，各层的形状不同，厚薄不等。这种特殊层状结构的形成与燃煤煤质、燃烧方式、除尘器类型、水质、水灰比、灰渣粒度、灰水流速等诸多因素有关。

　　输灰管结垢使管道直径变小，内壁粗糙，沿程阻力系数变大，泵排阻力增加，输送流量变小，效率降低，浪费电耗，严重时管道常造成堵塞，影响生产。输灰管形成灰垢后就必须清理，清理前了解灰垢的分布状况，对清理工作十分有益[2]。

　　2 测量原理

　　灰垢具有成分不均、层状分布等特点，使得它的检测与评定不能简单地沿用金属材料的无损检测方法。我们采用超声波方法对灰垢的衰减进行了实验测量，以探讨其衰减规律。在超声波测量中，衰减系数是反映材料特性的主要参数之一[3], 在介质中传播的声波受其孔隙率、分层的影响，穿透后携带出介质内部结构和分布的信息。因此,研究灰垢衰减系数的测定方法显得非常重要。

　　用与波动频率成比例衰减的粘弹性模型来描述灰垢的应力与应变关系。假定灰垢是均匀的，波是平面波，其波动方程一般解为

式中：A为沿χ轴方向的波幅;G为常数;ω为波动角频率;v 为波的传播速度。上式表明波的传播，其波幅损失可用衰减系数α 表示。

　　设声波发射源的发射波谱为 S (f)，灰垢试件的传递函数为 H (f)，接受仪器的响应谱为 I (f)，接受波的谱为 A( f)，根据谱均衡原理得：