锅炉排粉机叶轮磨损分析及防磨技术探讨

时间：2024-07-28

张茂珍

(大唐八○三发电厂，甘肃兰州 732850)

0 引言

排粉机作为中间仓储式制粉系统中的关键设备，其作用是将磨煤机磨制好的煤粉送入到锅炉中进行燃烧，其可靠性将直接影响到火力发电机组运行的安全稳定性。以某厂为例，由于旋风分离器分离效率较低，乏气中带粉严重，造成排粉机叶轮磨损加剧，引起动不平衡，导致排粉机振动而被迫停运处理，机组降出力的同时还需要投油稳燃运行。在叶轮磨损严重时还需更换叶轮，即使备品充足，抢修更换叶轮也需要2天以上，给电厂经济效益以及安全稳定运行造成很大影响。多年以来，该厂先后尝试使用过多种表面强化方法，包括表面堆焊耐磨材料、喷焊等，效果均不太理想。在大量调研的基础上，从2003年起该厂将耐磨陶瓷用于排粉机叶轮的防磨处理上，取得了初步成功，最长运行时间达到3年以上，为机组安全高效运行提供了可靠的保证，取得良好的经济效益。

1 设备概况

该发电厂5号炉系济南锅炉厂制造，蒸发量260 t/h，采用中间仓储式制粉系统，配有2台成都光能电力辅机制造有限公司生产的型号为M 5-29NO15.5D的排粉机，参数如表1所示。

2 叶轮磨损原因分析

锅炉排粉机在运行中，由于受到介质携带的煤粉冲刷，使排粉机叶片磨损严重。磨损部位主要集中在叶片进口前缘、后盘与叶片的交角处。这些部位的钢板经常被磨穿或磨成较深的沟槽，焊缝处的磨损更加严重。这些磨损破坏了排粉机叶轮的平衡，造成排粉机剧烈振动。该厂5号炉曾发生一起由于排粉机叶轮后盘磨损严重，在运行中强大的离心力作用下断裂，叶轮掉落，后端盖整圈开裂的严重设备损坏事故(见图1)。通过对排粉机运行工况的分析，并结合现场对叶轮磨损情况的检查，认为引起叶轮严重磨损的原因主要来自以下几个方面。

表1 M5-29NO15.5D型排粉机技术参数

图1 5号炉乙侧排粉机叶轮后盘断裂形貌

2.1 先天结构决定磨损的非均匀性

由于锅炉排粉机均为离心式风机，风粉混合物介质在进入排粉机后要进行一个90°的转向，在惯性力的作用下，流经叶轮后盘的介质要多于前盘，而且其流速也会增大。因此，排粉机的磨损部位主要集中于排粉机进出口前缘、机壳内交角、后盘、叶片外沿和叶片内交角处。这些部位的钢板经常被磨穿或磨成较深的沟槽，特别是在接近后盘处叶轮叶片磨损往往较为严重，尤其是焊缝处。

2.2 长期偏离设计工况运行加剧磨损

长期偏离设计工况运行会加剧排粉机叶轮的磨损。一方面，排粉机在非额定工况运行时，入口调节挡板门实际开度与设计提供的理论参数之间存在较大偏差。这就造成在运行中过大速度气流的抽吸作用，从而破坏了气流的均匀分布，气流的集中加快了叶片根部沟槽的磨损，使转子在短时间被严重磨损。另一方面，特别是一些运行年限较长的老机组，细粉分离器的分离效率降低，导致排粉机带粉量增大，更会加剧对叶轮各部位的磨损。

2.3 煤质对叶轮磨损的影响

近年来煤炭供应愈发紧张，为了降低生产成本，很多电厂不得不掺烧小矿煤，在难以保证设计煤种的情况下，排粉机叶轮的磨损情况尤为严重。小矿煤的煤质较差，原煤中含有大量杂质，尤其是含有硬度较大的杂质，诸如煤矸石、沙子等时，对排粉机叶轮的磨损更是致命性的。

以上3个方面原因共同导致排粉机叶轮的磨损。磨损一旦发生后就破坏了风机内部的流场，影响运转平衡，流场的变化又加速局部磨损，磨损严重时甚至造成风机剧烈振动，发生严重的事故。

3 防磨技术探讨

通过上述对排粉机叶轮磨损原因分析可知，最简单有效解决叶轮严重磨损的方法，就是对叶轮表面进行防磨处理，其次就是在大、小修排粉机停运期间，加强对叶轮等磨损部位的检查处理。

3.1 排粉机叶轮表面防磨方法对比

常用的排粉机叶轮表面防磨方法对比如表2所示。由表2可知：

(1) 热喷涂耐磨技术由于受到喷涂材料和喷涂工艺的限制，耐磨效果并不明显，而且由于大量热量输入，有可能导致叶轮变形，所以目前较少采用。

(2) 表面堆焊技术作为防磨方法被大量使用，但由于耐磨焊条质量和工艺的差别，导致耐磨性能和效果均不是十分理想。

(3) 表面镶嵌或者粘贴耐磨陶瓷，虽然增加了叶轮的重量，有可能造成排粉机过负荷运行，但因所粘贴的瓷片厚度大部分仅为2 mm左右，故对叶轮的重量影响不大。其突出优点是防磨性能优良，可以在现场施工，维护简单。在定期检查过程中，偶尔发现有少量陶瓷片脱落，现场就可以贴补。因此，采用表面镶嵌或者粘贴耐磨陶瓷是一种比较理想的方法。

表2 叶轮表面防磨方法及工艺原理对比

3.2 粘贴耐磨陶瓷防磨的可行性分析

根据锅炉排粉机叶轮的使用工况，所粘贴的耐磨陶瓷选用冷压烧结氧化铝陶瓷，其主要特点是价格便宜，密度小，耐磨性能优异。在排粉机叶片的入口处，可以采用U型陶瓷块，在迎风面其厚度可以达到6 mm。相对于最大厚度只有1～3 mm的热喷涂及堆焊材料，陶瓷的耐磨性能完全可以达到预期的目标。排粉机正常运行中介质风温虽然一般只有90 ℃，但排粉机叶轮的转速较高，而且是在带硬质颗粒的高速冲刷气流作用下工作，因此要求胶粘剂必须具备一定的耐高温性能，同时又具有一定的抗剪切强度和抗老化性能。由于陶瓷的热膨胀系数只有金属的一半,因而还需要胶粘剂具有良好的韧性。通过近几年陶瓷防磨叶轮现场使用效果来看，其完全可以满足实际运行需求。需要特别注意的是，不仅要对叶轮叶片进行防磨，而且还应将叶轮前后盘作为防磨重点部位。