印度火力發(fā)電項(xiàng)目中速磨運(yùn)行情況分析與創(chuàng)新改進(jìn)

摘 要：本文對(duì)印度燃煤電站工程項(xiàng)目HP型中速磨煤機(jī)出現(xiàn)的磨損過(guò)快問(wèn)題進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性的提出了對(duì)關(guān)鍵部套如：磨輥套和襯板磨損過(guò)快成因及創(chuàng)新解決辦法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新思維；技術(shù)路線圖；印度火電；中速磨；磨損分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.145

1 引言

隨著印度火電市場(chǎng)的快速發(fā)展，印度近年來(lái)引進(jìn)了大量火電項(xiàng)目，中國(guó)電力設(shè)備由于其物美價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)迅速搶占印度市場(chǎng)，在印度占據(jù)了近半市場(chǎng)份額，中國(guó)已成為印度電力設(shè)備最大的進(jìn)口來(lái)源國(guó)。

國(guó)產(chǎn)電力設(shè)備在印度市場(chǎng)獲得成功的同時(shí)，其電力設(shè)備在使用過(guò)程中也反映出了一些問(wèn)題。從已完成的印度工程項(xiàng)目的反饋情況看，制粉系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備中速磨在機(jī)組建成后的運(yùn)行中出現(xiàn)了一些問(wèn)題。總體而言，HP型中速磨煤機(jī)在出力、細(xì)度、電耗等參數(shù)上基本能適應(yīng)印度市場(chǎng)，磨煤機(jī)總體運(yùn)行平穩(wěn)，可以滿足鍋爐安全、穩(wěn)定滿負(fù)荷的運(yùn)行。磨煤機(jī)在印度市場(chǎng)上出現(xiàn)的主要問(wèn)題是作為易損件的磨輥套和磨碗襯板普遍磨損過(guò)快，使用壽命明顯少于生產(chǎn)制造商給出的8000小時(shí)使用壽命，顧客反映有部分工程項(xiàng)目磨輥套和襯板使用壽命僅有2000小時(shí)，這使得本來(lái)對(duì)中國(guó)制造就有偏見(jiàn)的印度工程師，更加深了對(duì)中國(guó)制造設(shè)備質(zhì)量的負(fù)面影響。

2 從創(chuàng)新思維入手

組合思維及聯(lián)系思維。運(yùn)用創(chuàng)新思維方法中的組合思維及聯(lián)想思維，對(duì)設(shè)備、技術(shù)、材料、運(yùn)行現(xiàn)象等結(jié)合起來(lái)，并將一種部件和另外的配套部件聯(lián)系起來(lái)，分析研究它們之間共同的或類(lèi)似的規(guī)律。

（1）中速磨煤機(jī)的工作原理。磨煤機(jī)的作用是研磨原煤，使其滿足鍋爐燃燒需要的細(xì)度。原煤經(jīng)由連接在給煤機(jī)的中心落煤管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的磨碗上，在離心力的作用下沿徑向朝外移動(dòng)，在磨碗上形成一層煤床，煤床在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的彈簧加載的磨輥裝置碾壓下通過(guò)。煤在磨碗襯板與磨輥之間被碾磨成粉，再通過(guò)磨碗周?chē)妮斔蜔犸L(fēng)將煤粉經(jīng)管道吹送到爐膛燃燒。而在磨床上不易磨碎的石子煤顆粒及雜物被裝在磨碗轂的離心力作用下甩到裙罩上的刮板裝置后被刮入機(jī)體側(cè)底板上的孔內(nèi)，最后經(jīng)過(guò)分離裝置（石子煤斗）進(jìn)入石子煤收集系統(tǒng)。所謂的雜物通常由煤層中的巖石和采煤機(jī)械松掉的某些零件等組成。為減少磨煤機(jī)的無(wú)效磨損，一般除雜物裝置設(shè)計(jì)在輸煤皮帶進(jìn)入原煤倉(cāng)前中間位置上，以應(yīng)盡量避免或減少其進(jìn)入磨煤機(jī)的雜物數(shù)量[1]。

（2）磨輥套/磨碗/襯板運(yùn)行過(guò)程中的受力分析。磨輥套在碾磨過(guò)程中將受到彈簧加載裝置的碾磨力，磨碗帶動(dòng)作徑向移動(dòng)向外移動(dòng)的煤層的擠壓力及煤層作圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)磨輥套的作用力，以及磨輥受到本身重力。在此過(guò)程中，磨輥套表面金屬在擠壓及切削力同時(shí)作用下，金屬表面會(huì)產(chǎn)生鑿削磨損及疲勞脫落。磨損以切削磨損、塑變疲勞磨損和脆性相斷裂磨損三種機(jī)制并存，且以切削磨損為主。磨輥外側(cè)受物料的切削磨損作用強(qiáng)烈、切削方向集中，磨輥內(nèi)側(cè)和磨輥寬度中央部位受到的切削磨損作用比較小且方向紊亂。磨碗襯板的磨損機(jī)理與磨輥套的磨損機(jī)理類(lèi)似，但磨碗襯板僅在經(jīng)過(guò)磨輥套位置時(shí)，受到正壓力及煤層底部對(duì)其產(chǎn)生的切削作用力，由于彈簧加載的碾磨力對(duì)破碎煤塊做功，碾磨力傳遞到襯板時(shí)已大大減弱，故襯板表面受到的正壓力遠(yuǎn)小于磨輥套表面金屬受的作用力。因此當(dāng)磨輥套耐磨層及襯板耐磨層材料性能一致時(shí)，襯板的使用壽命將顯著高于磨輥套。

3 影響磨輥套及襯板運(yùn)行壽命的因素

影響磨輥套及襯板運(yùn)行壽命的主要因素如下：（1）煤種原因（供煤質(zhì)量不穩(wěn)定，往往偏離設(shè)計(jì)煤種和校核煤種很大）。（2）印方運(yùn)行維護(hù)人員能力水平原因。（3）磨輥套和襯板制造原因。

3.1 煤種及季節(jié)原因

（1）煤種較難研磨。對(duì)于磨料磨損而言，磨料硬度是一個(gè)重要指標(biāo)，煤本身的莫氏硬度為1.0～3.75（相當(dāng)于HV50～214），是比較低的，但對(duì)磨輥磨損起主要作用的卻是煤中含有的礦物雜質(zhì)，主要有粘土、方解石、石英和黃鐵礦等，這些礦物質(zhì)的硬度約為HV900-1200。礦物雜質(zhì)對(duì)磨輥套磨損有著重要的影響，如石英和黃鐵礦含量增加，磨輥套及襯板處形成的磨溝增多并明顯變深變寬。硬質(zhì)礦物雜質(zhì)在磨損表面產(chǎn)生塑變磨損，形成犁溝的同時(shí)還有磨料對(duì)磨輥表面的切削磨損。印度電廠大部分燃用煤種普遍為低熱值、高灰分、磨損指數(shù)較強(qiáng)，HGI哈氏可磨性指數(shù)較低，灰成分中氧化鋁、氧化硅含量高[2]。從多個(gè)印度電廠的執(zhí)行反饋，印度業(yè)主實(shí)際使用煤質(zhì)往往偏離雙方技術(shù)協(xié)議約定的煤種，印度電廠實(shí)際燃燒使用的煤種的發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)煤種和校核煤種，灰份含量高，煤的沖刷磨損指數(shù)大，造成了磨輥套和襯板使用壽命下降。鍋爐為了達(dá)到額定出力和煤粉細(xì)度，只能選擇加大磨煤量同時(shí)增加磨輥裝置彈簧的或油壓的加載力，使磨煤機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，造成磨輥和襯板磨損加快。

（2）雨季原因。印度屬于熱帶季風(fēng)氣候，當(dāng)?shù)氐慕涤炅看蟆Ｃ磕甑?月到9月是印度的雨季。印度國(guó)內(nèi)電廠煤場(chǎng)多在露天，雨季時(shí)煤的濕度極大。運(yùn)行人員通常是采取加大一次熱風(fēng)風(fēng)量的措施對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部的煤粉進(jìn)行干燥，這樣做會(huì)造成，一方面磨煤機(jī)內(nèi)部風(fēng)量過(guò)大，使磨煤機(jī)內(nèi)部部件磨損加劇，另一方面原煤中的酸堿成份在潮濕環(huán)境下，煤中的酸性和堿性成分更容易對(duì)耐磨件組織產(chǎn)生腐蝕。

3.2 印方業(yè)主運(yùn)行維護(hù)人員水平問(wèn)題

印方業(yè)主運(yùn)行維護(hù)水平技能較差主要體現(xiàn)在：（1）電廠投運(yùn)初期，輸煤系統(tǒng)不完善，往往是輸煤皮帶系統(tǒng)的除雜物裝置沒(méi)有調(diào)試完成或維護(hù)工作不到位，除雜物裝置還不能投運(yùn)的情況下就匆忙進(jìn)入機(jī)組的整套運(yùn)轉(zhuǎn)，失去了輸煤系統(tǒng)前一級(jí)的除雜物保護(hù)功能，造成進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤中石塊、鐵塊等雜質(zhì)偏多；（2）而在雨季期間煤粉濕度大，運(yùn)行人員采取加大一次熱風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行干燥，造成磨煤機(jī)內(nèi)部部件磨損過(guò)快（如同加大了對(duì)工件噴砂除銹力度的情況類(lèi)似）。

3.3 磨輥套和襯板自身原因

耐磨材料力學(xué)性能的反映在材料組織在形成的結(jié)晶過(guò)程，是材料中化學(xué)元素在結(jié)晶過(guò)程中各原子點(diǎn)陣空間的重新排布過(guò)程，耐磨層合金結(jié)晶所形成的組織，耐磨材料中多種相的形狀、大小、分布，都決定了耐磨材料的力學(xué)性能并影響最終的使用壽命，在加工工藝上控制結(jié)晶過(guò)程中的缺陷如氣孔、夾渣物、殘余焊接應(yīng)力、裂紋等對(duì)提高材料的耐磨性是至關(guān)重要。

（1）磨輥套磨損分析。印度某電廠磨輥套表面磨損犁溝寬且深，原因是磨輥套表面在碾磨力及煤層的擠壓力作用下，金屬表面一部分形成切屑產(chǎn)生的犁溝、劃傷，煤質(zhì)擠壓將金屬推向兩側(cè)而形成隆起，隨后進(jìn)入的煤又把隆起碾平。犁溝—碾平的反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)致了裂紋的形成和擴(kuò)展，最后以片狀磨屑形式斷裂脫落，該過(guò)程主要是屬于多次塑變的磨損機(jī)理。在磨損表面產(chǎn)生溝壑的同時(shí)，物料中的高硬度礦物雜質(zhì)還對(duì)耐磨層表面產(chǎn)生嚴(yán)重劃傷，這種劃傷不易出現(xiàn)明顯溝槽，使碳化物質(zhì)點(diǎn)破碎和剝落。通過(guò)對(duì)原磨輥套殘留耐磨層材料化學(xué)分析：C含量4.98%，Cr含量20%，B含量0.35%，材料中Cr含量偏低，在焊接過(guò)程中，耐磨材料從液相向固相轉(zhuǎn)變，形核率低，引起晶粒粗大，B元素雖能增加材料的淬透性，但當(dāng)C、Cr元素比例增加時(shí)，B對(duì)合金性能的作用不明顯，而過(guò)量的B會(huì)以單質(zhì)的形態(tài)向晶界析出，導(dǎo)致晶格畸變，使位錯(cuò)能增大，引起材料的脆性增大，塑性下降，金相組織為萊氏體組織（殘余奧氏體和滲碳體機(jī)械混合物），殘余奧氏體過(guò)多使承載硬質(zhì)陶瓷相的各碳化物基體偏軟，從而引起耐磨件提前磨損，使碳化物裸露，在碾磨力及煤層擠壓力的作用破碎而失效。Cr含量低還將導(dǎo)致材料電位能較高，易受電化學(xué)腐蝕影響。磨輥套采用埋弧焊工藝，由于埋弧焊焊接過(guò)程中輸入熱量大，焊絲在焊劑作用下進(jìn)行熔焊，層間溫度難于控制，裂紋粗大、焊接殘留應(yīng)力大，容易形成貫穿性裂紋，使耐磨層在碾磨力與擠壓力反復(fù)作用下產(chǎn)生層間斷裂，由于焊接過(guò)程中焊劑渣殼（金屬的氧化物等）不易徹底清理不干凈，導(dǎo)致上、下焊層表面殘留的渣殼夾雜在合金夾層中形成氣孔，造成合金性能下降。

（2）襯板磨損分析。印度某電廠使用復(fù)合澆鑄襯板，澆鑄工藝與堆焊工藝相比有熱應(yīng)力大，陶瓷相偏聚等問(wèn)題，造成合金成分偏析，晶粒粗大，碳化物顆粒大，分布無(wú)規(guī)則，耐磨層組織殘余熱應(yīng)力大，在外力作用下易破碎，導(dǎo)致襯板的使用壽命較短。

4 從技術(shù)路線圖的方法導(dǎo)入解決途徑

技術(shù)路線圖是可以幫助各方就用戶需求及滿足的技術(shù)達(dá)成一致，提供一種機(jī)制和流程來(lái)幫助專(zhuān)家預(yù)測(cè)目標(biāo)領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)前景，提供一種識(shí)別、評(píng)價(jià)和選擇技術(shù)方案的新方法，從而選出最能滿足用戶需求的技術(shù)方案，即實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。正是基于這一創(chuàng)新方法，從磨輥套和襯板產(chǎn)品角度，可從材料的硬度、合金組織、減少工藝過(guò)程中的氣孔和夾渣、充分釋放焊接殘余應(yīng)力等工藝過(guò)程提升產(chǎn)品耐磨性。

4.1 硬度

硬度是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。耐磨合金中碳化物相具有較高的硬度，碳化物相能顯著提升耐磨層的硬度，研磨時(shí)原煤中的硬質(zhì)顆粒劃過(guò)時(shí)不易出現(xiàn)溝槽，受沖擊時(shí)抗金屬塑變能力強(qiáng)，形成犁溝的幾率變小。

4.2 合金組織

耐磨合金金相組織中碳化物的數(shù)量、尺寸、分布狀態(tài)以及和基體的結(jié)合強(qiáng)度都對(duì)磨輥套磨損性能產(chǎn)生直接影響。碳化物垂直于磨損面并呈條狀分布將有利于耐磨性的提高；碳化物深埋于基體中，并基體有很好的結(jié)合強(qiáng)度，可以有效地抵抗磨料對(duì)基體的磨損而不易崩落。反之，若碳化物為顆粒狀或其分布呈無(wú)序狀態(tài)，則在磨料作用下容易從基體中脫落而形成凹坑，使基體的磨損量增大、耐磨性下降。

4.3 氣孔和夾渣物

氣孔存在會(huì)使耐磨層有效承載面積減小，在磨煤機(jī)工作過(guò)程中導(dǎo)致磨輥套和襯板應(yīng)力集中，產(chǎn)生新的裂紋源，使耐磨金屬提前失效。夾渣物存在于晶界，導(dǎo)致晶界雜質(zhì)偏聚嚴(yán)重，引起堆焊層間脆性斷裂引起的剝落，由于偏析及雜質(zhì)弱化晶界，裂紋沿晶界擴(kuò)展，造成了沿晶的脆性斷裂。

4.4 殘留焊接應(yīng)力

電弧焊接工藝的特點(diǎn)是熱源溫度高、集中，焊接時(shí)填充金屬迅速熔化與結(jié)晶冷卻，焊接區(qū)域受熱不均造成極大的溫度梯度，產(chǎn)生很大的焊接內(nèi)應(yīng)力，由于堆焊件較大，焊縫、熔合區(qū)的冷卻速度很快，形成大量的碳化物的析出，易形成裂紋。一旦形成整體性或貫穿性裂紋，將嚴(yán)重影響使用性能，容易整體脫落或掉塊。在產(chǎn)品制造過(guò)程中，應(yīng)使焊層間應(yīng)力及時(shí)釋放。熱應(yīng)力充分釋放的耐磨合金層表面將形成均勻一致，錯(cuò)開(kāi)均勻分布的裂紋，能顯著提高耐磨層抗剝落性能[3]。

5 總結(jié)

本文通過(guò)運(yùn)用創(chuàng)新基礎(chǔ)知識(shí)中的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法的技術(shù)路線圖等理論，對(duì)HP型中速磨在印度市場(chǎng)磨損過(guò)快現(xiàn)象進(jìn)行了分析。造成磨輥套和襯板磨損過(guò)快的原因有：印度煤種發(fā)熱量低，哈氏可磨系數(shù)較高、雨季原煤濕度大，電廠投運(yùn)初期輸煤系統(tǒng)投運(yùn)不完善、磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)量過(guò)大和耐磨材料力學(xué)性能、耐磨材料加工工藝過(guò)程等原因。

為提高磨輥套和襯板使用壽命，應(yīng)提高輸煤系統(tǒng)尤其是除雜物裝置的完善和投入正常運(yùn)行，減少進(jìn)入磨煤機(jī)的雜物；根據(jù)印度的季節(jié)特點(diǎn)需對(duì)堆煤場(chǎng)進(jìn)行技改項(xiàng)目，搭建干煤棚，在雨季對(duì)原煤進(jìn)行必要的防雨處理，降低原煤濕度，并將一次風(fēng)量保持在合理范圍；另外，提高磨輥套和襯板耐磨層的力學(xué)性能和工藝水平，加強(qiáng)磨輥套和襯板的耐磨性，改善耐磨層材料配方，提高磨輥和襯板的硬度和韌性，提高碳化物含量；并采用更加先進(jìn)的工藝過(guò)程，控制耐磨層中間的氣孔和夾渣物，并在加工過(guò)程中及時(shí)釋放殘留焊接熱應(yīng)力。

隨著運(yùn)行人員對(duì)磨煤機(jī)的運(yùn)行、維護(hù)水平的逐步提高，并在制造中改進(jìn)了工藝使得磨輥套和襯板的耐磨性大大增強(qiáng)，耐磨件的的使用壽命會(huì)得到大幅提高。

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