鍋爐排粉機葉輪磨損分析及防磨技術(shù)探討

張茂珍

(大唐八○三發(fā)電廠，甘肅 蘭州 732850)

0 引言

排粉機作為中間倉儲式制粉系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是將磨煤機磨制好的煤粉送入到鍋爐中進(jìn)行燃燒，其可靠性將直接影響到火力發(fā)電機組運行的安全穩(wěn)定性。以某廠為例，由于旋風(fēng)分離器分離效率較低，乏氣中帶粉嚴(yán)重，造成排粉機葉輪磨損加劇，引起動不平衡，導(dǎo)致排粉機振動而被迫停運處理，機組降出力的同時還需要投油穩(wěn)燃運行。在葉輪磨損嚴(yán)重時還需更換葉輪，即使備品充足，搶修更換葉輪也需要2天以上，給電廠經(jīng)濟效益以及安全穩(wěn)定運行造成很大影響。多年以來，該廠先后嘗試使用過多種表面強化方法，包括表面堆焊耐磨材料、噴焊等，效果均不太理想。在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，從2003年起該廠將耐磨陶瓷用于排粉機葉輪的防磨處理上，取得了初步成功，最長運行時間達(dá)到3年以上，為機組安全高效運行提供了可靠的保證，取得良好的經(jīng)濟效益。

1 設(shè)備概況

該發(fā)電廠5號爐系濟南鍋爐廠制造，蒸發(fā)量260 t/h，采用中間倉儲式制粉系統(tǒng)，配有2臺成都光能電力輔機制造有限公司生產(chǎn)的型號為M 5-29NO15.5D的排粉機，參數(shù)如表1所示。

2 葉輪磨損原因分析

鍋爐排粉機在運行中，由于受到介質(zhì)攜帶的煤粉沖刷，使排粉機葉片磨損嚴(yán)重。磨損部位主要集中在葉片進(jìn)口前緣、后盤與葉片的交角處。這些部位的鋼板經(jīng)常被磨穿或磨成較深的溝槽，焊縫處的磨損更加嚴(yán)重。這些磨損破壞了排粉機葉輪的平衡，造成排粉機劇烈振動。該廠5號爐曾發(fā)生一起由于排粉機葉輪后盤磨損嚴(yán)重，在運行中強大的離心力作用下斷裂，葉輪掉落，后端蓋整圈開裂的嚴(yán)重設(shè)備損壞事故(見圖1)。通過對排粉機運行工況的分析，并結(jié)合現(xiàn)場對葉輪磨損情況的檢查，認(rèn)為引起葉輪嚴(yán)重磨損的原因主要來自以下幾個方面。

表1 M5-29NO15.5D型排粉機技術(shù)參數(shù)

圖1 5號爐乙側(cè)排粉機葉輪后盤斷裂形貌

2.1 先天結(jié)構(gòu)決定磨損的非均勻性

由于鍋爐排粉機均為離心式風(fēng)機，風(fēng)粉混合物介質(zhì)在進(jìn)入排粉機后要進(jìn)行一個90°的轉(zhuǎn)向，在慣性力的作用下，流經(jīng)葉輪后盤的介質(zhì)要多于前盤，而且其流速也會增大。因此，排粉機的磨損部位主要集中于排粉機進(jìn)出口前緣、機殼內(nèi)交角、后盤、葉片外沿和葉片內(nèi)交角處。這些部位的鋼板經(jīng)常被磨穿或磨成較深的溝槽，特別是在接近后盤處葉輪葉片磨損往往較為嚴(yán)重，尤其是焊縫處。

2.2 長期偏離設(shè)計工況運行加劇磨損

長期偏離設(shè)計工況運行會加劇排粉機葉輪的磨損。一方面，排粉機在非額定工況運行時，入口調(diào)節(jié)擋板門實際開度與設(shè)計提供的理論參數(shù)之間存在較大偏差。這就造成在運行中過大速度氣流的抽吸作用，從而破壞了氣流的均勻分布，氣流的集中加快了葉片根部溝槽的磨損，使轉(zhuǎn)子在短時間被嚴(yán)重磨損。另一方面，特別是一些運行年限較長的老機組，細(xì)粉分離器的分離效率降低，導(dǎo)致排粉機帶粉量增大，更會加劇對葉輪各部位的磨損。

2.3 煤質(zhì)對葉輪磨損的影響

近年來煤炭供應(yīng)愈發(fā)緊張，為了降低生產(chǎn)成本，很多電廠不得不摻燒小礦煤，在難以保證設(shè)計煤種的情況下，排粉機葉輪的磨損情況尤為嚴(yán)重。小礦煤的煤質(zhì)較差，原煤中含有大量雜質(zhì)，尤其是含有硬度較大的雜質(zhì)，諸如煤矸石、沙子等時，對排粉機葉輪的磨損更是致命性的。

以上3個方面原因共同導(dǎo)致排粉機葉輪的磨損。磨損一旦發(fā)生后就破壞了風(fēng)機內(nèi)部的流場，影響運轉(zhuǎn)平衡，流場的變化又加速局部磨損，磨損嚴(yán)重時甚至造成風(fēng)機劇烈振動，發(fā)生嚴(yán)重的事故。

3 防磨技術(shù)探討

通過上述對排粉機葉輪磨損原因分析可知，最簡單有效解決葉輪嚴(yán)重磨損的方法，就是對葉輪表面進(jìn)行防磨處理，其次就是在大、小修排粉機停運期間，加強對葉輪等磨損部位的檢查處理。

3.1 排粉機葉輪表面防磨方法對比

常用的排粉機葉輪表面防磨方法對比如表2所示。由表2可知：

(1) 熱噴涂耐磨技術(shù)由于受到噴涂材料和噴涂工藝的限制，耐磨效果并不明顯，而且由于大量熱量輸入，有可能導(dǎo)致葉輪變形，所以目前較少采用。

(2) 表面堆焊技術(shù)作為防磨方法被大量使用，但由于耐磨焊條質(zhì)量和工藝的差別，導(dǎo)致耐磨性能和效果均不是十分理想。

(3) 表面鑲嵌或者粘貼耐磨陶瓷，雖然增加了葉輪的重量，有可能造成排粉機過負(fù)荷運行，但因所粘貼的瓷片厚度大部分僅為2 mm左右，故對葉輪的重量影響不大。其突出優(yōu)點是防磨性能優(yōu)良，可以在現(xiàn)場施工，維護(hù)簡單。在定期檢查過程中，偶爾發(fā)現(xiàn)有少量陶瓷片脫落，現(xiàn)場就可以貼補。因此，采用表面鑲嵌或者粘貼耐磨陶瓷是一種比較理想的方法。

表2 葉輪表面防磨方法及工藝原理對比

3.2 粘貼耐磨陶瓷防磨的可行性分析

根據(jù)鍋爐排粉機葉輪的使用工況，所粘貼的耐磨陶瓷選用冷壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷，其主要特點是價格便宜，密度小，耐磨性能優(yōu)異。在排粉機葉片的入口處，可以采用U型陶瓷塊，在迎風(fēng)面其厚度可以達(dá)到6 mm。相對于最大厚度只有1～3 mm的熱噴涂及堆焊材料，陶瓷的耐磨性能完全可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。排粉機正常運行中介質(zhì)風(fēng)溫雖然一般只有90 ℃，但排粉機葉輪的轉(zhuǎn)速較高，而且是在帶硬質(zhì)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，同時又具有一定的抗剪切強度和抗老化性能。由于陶瓷的熱膨脹系數(shù)只有金屬的一半,因而還需要膠粘劑具有良好的韌性。通過近幾年陶瓷防磨葉輪現(xiàn)場使用效果來看，其完全可以滿足實際運行需求。需要特別注意的是，不僅要對葉輪葉片進(jìn)行防磨，而且還應(yīng)將葉輪前后盤作為防磨重點部位。

4 結(jié)束語

葉輪磨損一直是困擾排粉機穩(wěn)定運行的最大因素，對整臺機組安全高效運行影響很大。實踐證明，在葉輪表面粘貼耐磨陶瓷，可以有效緩解排粉機葉輪磨損，具有良好的經(jīng)濟效益，可為同類型風(fēng)機設(shè)備葉輪防磨提供重要的經(jīng)驗。

1 田景奇．排粉機葉輪的防磨及節(jié)能分析[D]．北京：華北電力大學(xué)，2012．

2 潘守瑞．排粉機葉輪表面防磨強化技術(shù)及應(yīng)用[J]．黑龍江電力，2008，30(3)：219．

3 張迅民，郭建國，梁鐵軍．渤海灣發(fā)電廠排粉機葉輪沖蝕磨損分析[J]．內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2007，25(S2)：34．

4 王展池．鍋爐一次風(fēng)機葉輪損壞事故分析[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(7)：31-33．