中速磨煤機(jī)耐磨材料研究及應(yīng)用

張華聰，胡慶權(quán)，高立發(fā)

(重慶合川發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶 401536)

中速磨煤機(jī)耐磨材料研究及應(yīng)用

張華聰，胡慶權(quán)，高立發(fā)

(重慶合川發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶 401536)

大型燃煤電廠廣泛使用的中速磨煤機(jī)，其磨輥、護(hù)板使用壽命周期較短，滿足不了機(jī)組大修周期的要求，而且檢修維護(hù)成本較高，檢修工作強(qiáng)度大。采用納米級陶瓷粉末與金屬材料熱熔復(fù)合技術(shù)，用非金屬材料替代金屬材料生產(chǎn)的耐磨材料，具有高耐磨性、高韌性和高強(qiáng)度，運(yùn)用于中速磨煤機(jī)耐磨件，將大幅提高中速磨煤機(jī)磨輥的使用壽命，滿足機(jī)組大修周期的使用要求，可以大幅降低中速磨煤機(jī)維護(hù)成本，同時提高磨煤機(jī)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

陶瓷粉末；金屬熱熔材料；耐磨性

當(dāng)前大型燃煤電廠廣泛使用直吹式中速磨煤機(jī)系統(tǒng)，中速磨煤機(jī)的磨輥、護(hù)板使用壽命周期現(xiàn)狀是10～12個月(6 000～8 000 h)，若煤質(zhì)較差時，使用壽命更短。HP-1003型中速磨煤機(jī)的磨輥、護(hù)板使用壽命在8 ～10個月(5 000 h左右)。

磨煤機(jī)成套更換磨輥及襯板1套的費(fèi)用大約47萬元，在機(jī)組大修周期(6年)內(nèi)，單臺磨煤機(jī)維修費(fèi)用年平均45萬元，每臺660 MW機(jī)組鍋爐配6臺磨煤機(jī)，年平均費(fèi)用270萬元。全廠2×660 MW機(jī)組鍋爐磨煤機(jī)年平均維護(hù)費(fèi)用總計540萬元，1個大修周期費(fèi)用達(dá)3 200萬元。同時，由于磨輥磨損后，磨煤機(jī)出力下降，石子煤排放量大，運(yùn)行維護(hù)工作量大，嚴(yán)重時影響機(jī)組帶負(fù)荷能力和磨煤機(jī)運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性，增加煤耗和廠用電。研究延長磨煤機(jī)耐磨件使用壽命，對于提高電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。

1 國內(nèi)外耐磨材料發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況

金屬陶瓷復(fù)合材料是國內(nèi)外近20年的研究及發(fā)展方向。20世紀(jì)80年代末到2000年，陶瓷片表面粘貼廣泛使用在化工、采礦、發(fā)電等行業(yè)。它主要用于輸漿管道、輸灰管道、輸渣管道，其特點(diǎn)是耐磨耐腐蝕，在這些領(lǐng)域比鋼管的使用壽命提高1～2倍。近幾年，國內(nèi)外在磨輥澆鑄時也采用嵌入陶瓷棒的方式來提高其耐磨性能。該技術(shù)最早源于西班牙，主要用于礦山礦石粉的研磨設(shè)備，它可以使設(shè)備的耐磨性有所提高，但也存在陶瓷棒與金屬復(fù)合不好而造成脫落的問題。近年來陶瓷粉末(納米級)同金屬材料熱熔復(fù)合，更是國內(nèi)外研究發(fā)展的主題。該技術(shù)的開發(fā)研究，主要是受到脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵泵殼、葉輪、攪拌器等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的防磨、防腐蝕處理的啟發(fā)。此技術(shù)主要是采用冷處理方式(涂抹)，在防腐蝕材料中加入陶瓷粉末或碳化硅粉末來提高其耐磨性。陶瓷粉末(納米級)同金屬材料熱熔復(fù)合技術(shù)成功后，將廣泛使用在耐腐蝕、耐磨強(qiáng)度高的高耐磨領(lǐng)域，其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于解決耐磨性的同時，考慮到了金屬材料的強(qiáng)度、韌度。

陶瓷粉末與金屬的熱熔合技術(shù)，使陶瓷粉末與金屬有機(jī)融合，大大提高材料耐磨性，材料不起層、不剝離、不脫落。在提高材料硬度同時，材料脆性基本不變，在使用中，受到?jīng)_擊碾壓時，材料不會產(chǎn)生裂紋、斷裂。

2 提高中速磨煤機(jī)磨輥耐磨性的措施

2.1 中速磨煤機(jī)磨輥失效的原因

中速磨煤機(jī)的磨煤原理是根據(jù)中速磨煤機(jī)的磨輥同護(hù)板的合理間距匹配，通過高速旋轉(zhuǎn)將燃料制成鍋爐燃煤所需的煤粉。當(dāng)磨輥與護(hù)板壓損失去合理間距就得停機(jī)修復(fù)(一般運(yùn)行6 000～8 000 h，磨輥、護(hù)板工作面厚度磨損就達(dá)到8 mm左右，需修復(fù))[1]。由于目前工藝及材料的限制，磨輥工作表面的洛氏硬度(HRC)最高在60左右，運(yùn)行中磨輥及襯板磨損，使得間隙增大，導(dǎo)致磨煤出力降低，影響機(jī)組負(fù)荷。同時，給煤量減少也會導(dǎo)致磨煤機(jī)振動增大，對磨煤機(jī)的安全性帶來很大影響。

2.2 中速磨煤機(jī)磨輥失效后的修復(fù)措施

目前，中速磨煤機(jī)磨輥失效后，主要采用磨輥表面堆焊修復(fù)或更換磨輥的方式。一般，一只磨輥堆焊3次就會引起磨輥基材變形，而無法再次堆焊利用，造成中速磨煤機(jī)維護(hù)成本高，安全運(yùn)行可靠性低。

2.3 提高中速磨耐磨件使用壽命的措施

2.3.1 改進(jìn)磨輥錐度設(shè)計

根據(jù)中速磨煤機(jī)磨煤原理，磨輥底錐度若調(diào)整若干微米，使磨輥安裝強(qiáng)度降低的同時產(chǎn)生微震，減輕磨輥與護(hù)板的擠壓強(qiáng)度。

從磨輥有效工作面材料及錐度調(diào)整入手進(jìn)行優(yōu)化。在分析磨輥與護(hù)板間錐度及原煤在運(yùn)行過程中的相互作用的基礎(chǔ)上，明確制粉過程及磨輥、護(hù)板磨損機(jī)理，查明部件磨損失效的直接原因，從而提出有效改進(jìn)方案，提高磨輥、護(hù)板的使用壽命，延長維修周期。

2.3.2 提高磨輥材料的耐磨性

1)磨輥材質(zhì)及成型工藝的改進(jìn)

將當(dāng)前廣泛使用Cr15-24單一材質(zhì)的磨輥改為Cr20為主要成分的陶瓷復(fù)合材料。采用加強(qiáng)熱熔技術(shù)，使金屬與陶瓷納米粉末熔合，形成新的復(fù)合材料，克服貼陶瓷片或嵌陶瓷棒易脫落缺陷。

2)材質(zhì)選擇及實(shí)施工藝流程

選擇相對經(jīng)濟(jì)的Cr20MoNi合金鋼材料為基材加以陶瓷微粉熱熔合，其成分組成見表1。通過對材料成分進(jìn)行不斷的試驗(yàn)，優(yōu)選出性能良好的成分組合。

表1 耐磨材料成分表

用復(fù)合材料制造磨輥、護(hù)板的生產(chǎn)工藝及使用流程如下：制?！婺＃苊戒撍?yàn)——澆鑄成型，打?！ポ仯倔w加溫陶瓷粉末熱熔澆鑄——清理——熱處理——探傷檢驗(yàn)——合格產(chǎn)品——現(xiàn)場安裝——運(yùn)行——測量磨損量。

通過提高磨輥、護(hù)板材質(zhì)的耐磨性及磨輥錐度的改進(jìn)，使得磨輥及護(hù)板的使用壽命達(dá)到25 000 ～30 000 h，保證能使用1個大修周期(6年)，4年內(nèi)無需修復(fù)磨輥及護(hù)板，磨輥及護(hù)板還可堆焊修復(fù)使用2年[2]。

3 經(jīng)濟(jì)效益

采用陶瓷粉末與金屬熱熔技術(shù)生產(chǎn)的金屬復(fù)合耐磨材料可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：沖擊韌性ak≥12 cm2，表面硬度HRC60～65，抗拉強(qiáng)度1 000 MPa以上，沖擊疲勞次數(shù)1×105，金屬耗損<0.13 g/t煤，磨輥使用壽命25 000～30 000 h[3]。

HP-1003型中速磨煤機(jī)的磨輥、護(hù)板在改造前使用壽命在5 000 h左右；采用新復(fù)合耐磨材料后，使用壽命可達(dá)30 000 h以上，單臺磨煤機(jī)維修備件費(fèi)用年平均節(jié)約45萬元，按照6年1大修更換磨輥計算，每臺可少更換5次，一大修周期可節(jié)約5×45=225萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

同時，提高了中速磨煤機(jī)運(yùn)行可靠性，保證了機(jī)組帶負(fù)荷能力，降低煤耗和廠用電量，減少了檢修維護(hù)工作量。

4 結(jié)論

采用陶瓷粉末與金屬的熱熔合技術(shù)生產(chǎn)的金屬復(fù)合耐磨材料，運(yùn)用于中速磨煤機(jī)耐磨件，磨輥使用壽命大幅提高，可保證1個大修周期的使用，降低中速磨煤機(jī)維護(hù)成本，提高磨煤機(jī)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)也可以推廣應(yīng)用到礦山、水泥廠及電廠中的其他耐磨設(shè)備。

復(fù)合材料將取代現(xiàn)今使用的磨輥及襯板，是一次耐磨材料工程的技術(shù)進(jìn)步，符合國家對材料工程的戰(zhàn)略要求。將復(fù)合材料在高耐磨、耐腐蝕、高耐溫領(lǐng)域替代金屬材料，可保護(hù)有色金屬資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

[1] 國家能源局. 燃煤電廠磨煤機(jī)耐磨件技術(shù)條件：DL/T 681—2012[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2] 錢兵，孫書剛，朱昱，等.中速磨煤機(jī)金屬陶瓷復(fù)合磨輥及磨盤的研究[J].中國電力，2014，47(10)：122-125.

[3] 王春山.HP磨煤機(jī)金屬陶瓷復(fù)合材料輥套及襯板應(yīng)用的初步探討[J]. 科技研究，2014，1.

A Study on the Anti-Friction Material of the Medium-Speed Coal Mill and Its Application

ZHANG Huacong，HU Qingquan，GAO Lifa

(Chongqing Hechuan Power Generation Co., Ltd.of SPIC，Chongqing 401536，P.R.China)

The grinder roll and the guard board of a medium-speed coal mill widely used in a large-scale coal-fired power plant，with their short spans of service lives，can not meet the demands of the overhaul periods of the unit due to the high costs and working strength of the overhaul and maintenance．With the hot-melting composite technology which can fuse nano-scale ceramic powder and metallic materials together，the anti-friction material can be made from non-metallic materials instead of metallic materials．With its high abrasive resistance，toughness and strength，it can be used to produce anti-friction parts of the medium-speed coal mill，which can sharply increase the service life of the grinder roll of the coal mill， meet the requirements of the overhaul periods of the unit，greatly reduce its maintenance costs and enhance the reliability and economy during its operation．

ceramic powder；hot-melted metallic materials；abrasive resistance

2016-11-03

該文獲重慶市電機(jī)工程學(xué)會2016年學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文一等獎

張華聰(1971-)，工程師，主要從事火電廠鍋爐技術(shù)管理工作。

TK223.25

A

1008- 8032(2017)01- 0048- 02