關于匯流河發電廠采用引風機葉輪防磨措施的分析與總結

金梅玉，徐龍坤

（呼倫貝爾電大理工科，內蒙古 牙克石 022150）

關于匯流河發電廠采用引風機葉輪防磨措施的分析與總結

金梅玉，徐龍坤

（呼倫貝爾電大理工科，內蒙古 牙克石 022150）

匯流河電廠在1992年機組投產以來，引風機葉輪的嚴重磨損問題一直困擾著安全穩定運行，為此，匯流河電廠近年來進行了多次考察研究，在安全、經濟等方面的綜合對比下，采用北京特盾公司耐磨陶瓷-金屬復合工藝，較好地將耐磨陶瓷應用在引風機葉輪的防磨上，使引風機葉輪的使用壽命提高2倍以上，解決了匯流河電廠引風機葉輪的耐磨防磨問題，保證了鍋爐穩定運行，提高了機組運行的安全、經濟性.

陶瓷；膠粘劑；磨損；引風機

1 引言

對于發電廠鍋爐采用水膜除塵器且燃用煤種灰份較高的機組，引風機防磨的問題一直是國內各科研單位及發電廠比較棘手的難題.因為水膜除塵器效率較低，煙氣中含灰量偏大，且燃用煤種灰份波動較大時，水膜除塵器除塵效率不穩定，造成引風機葉片磨損加劇，尤其是機翼形葉片，磨漏后進灰引起動不平衡，風機振動而被迫停機處理，機組降出力，對發電廠的經濟效益以及社會效率造成很大影響.多年以來，雖然使用過許多表面強化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂、噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火或化學熱處理等，效果均不十分理想.2003年匯流河電廠在大量調研的基礎上，大膽采用北京特盾科技有限責任公司的陶瓷——金屬復合防磨技術，將耐磨陶瓷用于風機葉輪的耐磨防磨，并取得了明顯效果.其后，經過進一步的工藝改進，先后在匯流河電廠的4臺風機葉輪上進行應用，最長使用時間己達到三年以上，使用壽命提高2倍以上，為匯流河電廠機組安全高效運行提供了可靠的保證，取得了良好的經濟效益.

2 風機運行工況介紹

匯流河電廠鍋爐除塵器為文丘里水膜除塵器，設計煤種收到基含灰量22.81%.92年機組投產以來，一直燃用灰份較低的寶日希勒礦煤（收到基灰份為12%），除塵效果一直較好，引風機磨損問題沒有突出顯現.96年以后，由于煤炭市場的原因制約，匯流河電廠開始燃用灰份較高的劣質廉價的免渡河礦煤，收到基含灰份達48%，煤中矸石含量較高.煙氣中含灰量急劇呈倍數，除塵器不堪重負，效率急劇降低，煙氣粉塵濃度過高，進入引風機中的煙氣含灰量增大，引風機磨損加劇的問題逐漸突出.平均匯流河電廠每周就需風機停運一次，進行補焊或找動平衡.造成生產局面非常被動，也出現了一次風機失衡損壞事故.

匯流河電廠引風機型號為Y4—73N022F，出力為28.33萬立方/小時，葉片為后彎機翼型.經現場觀察判斷，葉片魚頭部位和葉片與后盤焊接部位磨損，磨漏進灰現象嚴重，且葉片魚頭部位的葉片焊口經常出現貫穿性裂紋，一般對其補焊一次后能夠維持3天左右，然后又從焊口處裂開，經分析此處裂紋主要是振動及磨損造成.葉片與后盤焊接部位主要是磨損所致.為此，廠領導痛下決心一定要扭轉這種局面，采取一切可能的措施，解決這個問題.

解決這個問題，有兩個思路，一是徹底解決除塵效率低的問題，二是增強引風機葉輪防磨性能，而前一種可能性不大.因為煤種無法改變，且將水膜除塵器改為電除塵需幾千萬的資金，不現實，所以只能在第二種方法上下工夫.

3 引風機葉片的磨損分析及對策

引風機的主要工作原理：引風機的主要部件是機殼、葉輪、機軸、吸氣口、排氣口.此外還有軸承、底座等部件.風機的軸通過聯軸器或皮帶輪與電動機軸相連.當電動機轉動時，風機的葉輪隨著轉動.葉輪在旋轉時產生離心力將煙氣從葉輪中甩出，煙氣從葉輪中甩出后匯集在機殼中，由于速度慢，壓力高，煙氣便從通風機出口排出流入管道.當葉輪中的煙氣被排出后，就形成了負壓，吸氣口外面的煙氣在大氣壓作用下又被壓入葉輪中.因此，葉輪不斷旋轉，煙氣也就在通風機的作用下，在管道中不斷流動.

引風機葉輪主要將鍋爐產生的煙氣引致煙囪，煙氣流速及煙氣中所含灰分量直接決定了葉輪的磨損程度，如果燃煤灰分大且除塵器效率低，煙氣粉塵濃度就會急劇增大，葉輪磨損相繼增大.特別是對于葉片入口端魚頭部位，如果磨損導致葉片磨透，將導致葉輪失去動靜平衡而產生強烈震動，從而嚴重影響風機的安全運行.以匯流河電廠的風葉輪為例，磨損主要發生在葉輪的入口端魚頭部位，同時在葉片的入口和出口端靠近后盤分別形成一個三角形的磨損區域.這些部位的鋼板經常被磨穿或磨成較深的溝槽，尤其在焊縫處磨損更為嚴重.

為了解決匯流河電廠葉輪磨損嚴重的問題，多年來我們進行了大量的調研，對國內外為延長引風機葉輪的使用壽命進行了大量深入細致的研究和探討，歸納起來主要有以下幾種：

表面堆焊：采用耐磨電焊條、耐磨粉塊在排粉機葉片磨損部位堆焊耐磨合金；

表面涂覆：在排粉機葉片表面磨損部位涂覆或粘接高分子耐磨材料；

熱噴涂（焊）：采用等離子噴涂方法或氧乙炔火焰，在排粉機葉片磨損表面噴涂陶瓷或碳化鎢或者噴焊鎳基＋碳化鎢合金；

在無特殊說明的情況下, 本文中K是Rd的一個子集, B表示K上的Borel σ-代數, 其元素簡稱為可測集。M(B,K)為定義在B上的正測度集合。

表面粘貼或焊接陶瓷：將耐磨工程陶瓷利用高強度耐高溫膠粘劑或特殊焊接工藝復合在引風機葉片表面上.

2003年，匯流河電廠生產技術人員到各電廠和有關科研單位進行實地考察，認為熱噴涂耐磨技術由于受到噴涂材料和噴涂工藝的限制，耐磨效果并不明顯，而且由于大量輸入熱量，有可能導致葉輪變形，而且目前采用較少；表面堆焊技術大量使用，也是我公司的主要維修手段，但因為耐磨焊條質量和工藝的差別，導致耐磨性能和效果均不是十分理想；而表面鑲嵌陶瓷，增加的厚度較高，增加了葉輪的重量，有可能造成引風機過負荷運行.

經過對采用粘貼陶瓷的牡丹江熱電廠、呼和浩特熱電廠、哈爾濱熱電廠等的考察，認為北京特盾科技公司的陶瓷粘貼技術比較成功，牡丹江熱電廠與1999年6月對葉輪進行的防磨處理，至今已運行4萬多小時，運行中未發現問題.定期檢查時，偶爾發現有少量瓷片脫落，現場自己就可以貼補，瓷片厚度僅為2毫米，對葉輪的重量影響不大，可以現場施工.維護簡單，效益可觀.

4 引風機葉輪粘貼陶瓷片的可行性分析

風機葉輪粘貼陶瓷防磨效果取決于兩個條件，第一，首先要求陶瓷耐磨性能優異，其耐磨性應當比WC噴涂噴焊材料或堆焊材料高至少三倍以上.其次，要求陶瓷與金屬之間可靠連接，即使用的粘接劑的粘接強度要高，韌性要好，而且耐溫耐腐蝕，耐老化壽命至少在十年以上，強度下降不超過10%.而且陶瓷防磨對于機組為水膜除塵排粉系統有不掛灰的特點.

4.1 耐磨陶瓷的性能

作為耐磨材料使用的陶瓷主要有氧化鋁、碳化硅、氮化硅及氧化鋯等.針對引風機葉輪的使用工況，耐磨陶瓷采用冷壓燒結氧化鋁陶瓷，其主要特點是價格便宜，密度小，耐磨性能優異.經實測，采用冷壓燒結的氧化鋁陶瓷塊硬度為HRA88，比重3.65，耐磨性是高鉻鑄鐵的5倍左右，普通碳鋼的200倍左右.在風機上使用，陶瓷片的厚度只有1.5mm，每平方米（10000片）的重量只有5.5公斤.在葉片的入口處，可以采用U型陶瓷塊，在迎風面尺寸可以達到6mm.相對于一般的熱噴涂及堆焊材料，因最大厚度只有1-3mm，因此，陶瓷的耐磨性能完全可以達到預期的目標.

相對于引風機80℃的運行溫度，但引風機葉輪的轉速比較高有1000R/M，而且是在帶硬質顆粒的高速沖刷氣流作用下工作.因此要求膠粘劑必須具備一定的耐高溫性能，同時具有一定的抗剪強度和抗老化性能.陶瓷的熱膨脹系數只有金屬的一半,因而還需要膠粘劑具有良好的韌性.據此配制的膠粘劑主要性能如下：不同溫度下抗拉強度（金屬-金屬）分別為50MPa(室溫)、36MPa(100℃)、20MPa(150℃)；抗剪強度分別為28MPa(室溫)及20 MPa(100℃)、10MPa (150℃).膠粘劑的韌性介于陶瓷與金屬之間，固化后不收縮.

經計算，在180℃溫度下，當一個直徑為Ф2200的葉輪以1000rpm轉動時，在葉輪最邊緣上一塊10×10×1.5(mm)的瓷片受到的向心力為0.405(kgf)，而此時膠粘劑所能提供的抗剪力為360(kgf)(100℃)，粘接力的大小是瓷片受到向心力的近450倍.可見膠粘劑具有極高的粘接保險系數.

5 匯流河電廠使用效果分析

根據以上可行性分析以及參照其他廠的應用經驗，匯流河電廠于2003年5月大修期間對其中的一臺引風機葉輪進行了粘貼瓷片的防磨處理，現場施工，在葉片的迎風面及后盤的連接部位，分別復合了耐磨陶瓷片和特殊形狀的陶瓷耐磨件.其中葉片表面使用尺寸為10×10×1.5mm的陶瓷片,入口處用U型陶瓷片，迎風面厚度為6mm.施工過程中嚴格按照現場施工工藝進行，表面噴砂處理，磨出金屬光澤，金屬及陶瓷表面活化偶聯劑處理及相應的加熱固化處理，保證一周的養生期，粘貼完后不做動平衡直接投入使用.期間，鍋爐燃用煤灰份在45%以上.經一年運行，陶瓷磨損非常輕微，狀況良好.2004年大修檢查，發現除有少量的瓷片脫落外，其他基本完好，說明改造比較成功.

分析不同部位的陶瓷片磨損情況發現，在沿氣流流動方向的平面上瓷片磨損平均不到0.1mm，越靠近葉輪外圓，即葉片的出口端，磨損越嚴重，平均磨損0.2mm,明顯比中盤輪轂兩側處磨損嚴重.這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速愈大，因而磨損就愈嚴重.與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上（葉片入口處）的瓷片磨損最為嚴重，最多可達0.3-0.5mm.實際上這正符合了陶瓷沖刷機理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴重.而且由于接縫處形成的渦流使得沿接縫處金屬基體磨損最為嚴重，甚至可以把金屬襯板磨穿，使得局部陶瓷完全懸空,造成部分迎風接縫處瓷片脫落.

2005年機組大修，另一臺引風機也采用了此技術，不同的是此次特盾公司直接與葉輪生產廠家合作，直接在廠家進行了粘貼瓷片的施工.可以說非常完善，從整體施工工藝及外觀質量都要好于現場施工.因為這樣葉輪生產廠可根據特盾公司貼瓷片的工藝要求在生產工藝上配合.此臺風機運行至今例行檢查沒有發現有瓷片脫落現象，取得較好的效果.

6 經濟效益分析

從經濟上對比，效益也是非常可觀的.以往匯流河電廠未采取此工藝前引風機葉輪運行一般6個月開始出現葉片魚頭部位磨漏、進灰，頻繁補焊，因為補焊破壞了母材整體強度和塑性，在運行中又頻繁出現裂紋，沒有辦法又得補焊，這樣造成了惡性循環.一般一臺新輪運行一年左右就無法再進行補焊處理，就得更換.換一臺葉輪4萬元計，4臺風機為16萬元，而采用貼瓷片工藝后，預計可完全運行4年左右，可節約資金48萬元，其中減少了大量的維護工作量，保證了機組滿出力，其經濟效益和社會效益是非常可觀的.

7 結論

綜合所述，匯流河電廠采用此技術是非常成功的.據匯流河電廠運行經驗，采用此技術后，要定期檢查，發現有脫落的瓷片，要及時貼上，否則有局部磨損嚴重后，使再次貼瓷片較困難.再者，在引風機找動平衡，補焊平衡塊時，要遠離瓷片，因為粘貼膠耐溫為180℃，容易造成粘貼膠老化，瓷片脫落.掌握這兩點后，便可基本保證風機的長周期的穩定運行.

TM62

A

1673-260X（2010）05-0110-02