磨煤機CO檢測系統取樣探頭磨損原因及解決方案

香雪薇　郭城

【摘 要】本文針對磨煤機CO檢測系統取樣探頭的損壞原因和解決方案進行了闡述，通過全面的技術分析，找出目前磨煤機CO檢測系統耐磨探頭損壞的主要原因以及相關方面存在的問題，并提出相應的解決建議，為磨煤機CO檢測系統的設計、施工、選擇和使用提供一定的科學依據。

【關鍵詞】磨煤機CO檢測系統；沖蝕磨損；取樣探頭；耐磨材料

0 前言

磨煤機CO檢測系統是用于連續檢測在磨煤機運行中快速產生的CO氣體濃度，并對CO氣體濃度做出提前預警，能夠有效預防磨煤機的自燃和爆燃、爆炸等事故的發生，保障人身和設備安全，是預防磨煤機自燃和爆炸事故發生的重要的安全檢測設備。

磨煤機CO檢測系統的取樣探頭往往安裝于磨煤機出口的一次風粉管上或磨煤機分離器上，由于安裝工況的特殊性和復雜性，取樣探頭的耐磨特性在磨煤機CO檢測系統運行過程中起到了非常關鍵的作用。

1 設備概況

新疆某廠一期工程為2×300MW火電燃煤機組，選用中速磨煤機。每臺磨煤機對應安裝1套磨煤機CO檢測系統，其中取樣探頭安裝于磨煤機出口一次風粉管上。自2013年12月開始投運，僅6個月取樣探頭就全部磨損、報廢。

2 取樣探頭磨損原因分析

取樣探頭安裝在磨煤機出口的一次風粉管上，主要是受到風粉管內一定流速、一定煤粉濃度的煤粉氣流的持續沖擊而造成的取樣探頭材料表面流失，這種現象稱為沖蝕磨損。任何材料的沖蝕磨損主要受環境因素、磨粒性質、靶材性質三方面因素的影響。下面將從這三方面因素分析取樣探頭磨損的原因。

2.1 環境因素分析

影響沖蝕磨損的環境因素諸如沖蝕速度，沖角、沖蝕時間、環境溫度等。

該廠磨煤機CO檢測系統取樣探頭水平安裝于中速磨煤機出口的一次風粉管上，其管徑為550×10，一次風粉設計流速為0～28m/s（設計煤種BMCR工況下為25.8m/s），工作壓力0～11kpa，工作溫度0～70℃，一次風粉沖蝕取樣探頭的沖角為90°。

磨煤機日常運行過程中，實際燃用煤質的水分較高，為了保證磨煤機的干燥出力，有意增加了一次風的風量，導致磨煤機長期在超設計風量和風速的工況下運行，加劇了取樣探頭的磨損。

2.2 磨粒性質分析

影響沖蝕磨損的磨粒性質主要包括磨粒硬度、形狀、粒度、破碎性等。

該廠燃煤鍋爐的設計煤種為寬溝煤礦煤樣，收到基水分為14.1%；校核煤種一為小西溝煤礦：葦子溝煤礦：石梯子西溝煤=1：1：1混樣，收到基水分為8.0%；校核煤種二為小甘溝煤礦：小西溝煤礦：葦子溝煤礦：石梯子西溝煤=7：1：1：1混樣，收到基水分為9.0%。

其設計煤種、校核煤種一和校核煤種二的哈氏可磨性指數HGI依次為60、54、53，如表1所示，根據GB/T 7562-1998煤的可磨性分級可知，上述煤種均屬于難磨制的煤種。

煤的可磨性分級（GB/T 7562-1998）哈氏可磨性指數HGI分別為40～60，60～80，>80。對應的可磨性為：難磨，中等可磨，易磨。

另外，校核煤種1、校核煤種2的沖刷磨損指數為2.4，3.3，根據煤的磨損性和煤的沖刷磨損指數的關系可知，校核煤種1和校核煤種2的磨損性較強。

煤的磨損性和煤的沖刷磨損指數的關系：煤的沖刷磨損指數分別為Ke<1.0，Ke=1.0～2.0，Ke=2.0～3.5，Ke=3.5～5.0，Ke>5.0。對應的磨損行分別為：輕微，不強，較強，很強，極強。

從哈氏可磨性指數和沖刷磨損指數可判斷，燃用的幾種煤質均屬較難磨的煤質，磨損性較強，同樣會加劇磨煤機CO檢測系統取樣探頭的沖蝕磨損。

2.3 靶材性質分析

影響沖蝕磨損的靶材性質主要包括靶材硬度、組織、力學性能、物理性能等。

磨煤機CO檢測系統取樣探頭是一種非加熱型探頭，由于取樣探頭的主體部分水平插入一次風粉管中，受到煤粉氣流以90°的沖角正面沖刷。由于受到煤粉氣流不斷的沖擊，使取樣探頭表面材料不斷的受到反復地擠壓鍛造，于是形成小的、薄的、高度變形的薄片，隨后呈片狀屑由材料表面流失。

具體擠壓鍛造后探頭表面材料主要分為以下幾層：

軟的表面層：最表層由于沖擊擠壓鍛造，絕熱剪切變形而被加熱，使探頭材料退火而降低硬度，形成一個軟的表面層。

硬的加工硬化層：在軟的表面層下面是一個硬度較高的加工硬化區，加工硬化區相當于砧塊，入射粒子相當于鍛錘。這個高硬度的加工硬化區一旦形成，將會對表面薄層起促進作用。在反復沖擊和擠壓變形作用下，探頭表面形成的薄片將從材料表面剝落下來。

取樣探頭的透氣部分（濾芯）寬18.5mm，致使取樣探頭含有透氣部分的曲面兩側邊緣不足5mm。此結構取樣探頭在國內其他地區使用效果良好，持續使用壽命達18個月以上。但是在該廠，磨煤機長期運行在大風量，高風速工況下，力學性能下降在所難免。

對損壞的取樣探頭進行了抽樣化驗檢查，符合廠家標準產品出廠的材質校驗要求。

綜上所述，造成該廠磨煤機CO檢測系統取樣探頭磨損的主要原因歸納如下：

運行風量、風速大于設計值

燃用煤種磨損性強

3 取樣探頭防耐磨解決方案

降低取樣探頭沖蝕磨損的關鍵是降低風量和風速，如果不能降低，就需要改進取樣探頭結構或取樣探頭材質，以適應該廠的實際工況。

3.1 對原有取樣探頭結構進行改進

原有取樣探頭的結構和安裝方式，致使風粉流以大沖角正面沖刷取樣探頭表面，擠壓鍛造作用增強。對原有取樣探頭的結構改進可以從兩方面考慮，即：

改變風粉流的沖刷方向

加厚取樣探頭壁厚

根據上述思路，取樣探頭結構可以做如下改動：

將原有取樣探頭圓柱形護管下部進行改造，增加一個楔形面，即增加了探頭迎風面的壁厚，并將風粉氣流進行了變向分流。在變向分流過程中，不僅減小了沖角，而且還可以減小風粉的流速，有效降低取樣探頭受到的風粉流的沖蝕磨損，以延長使用壽命。

3.2 在原有取樣探頭基礎上加裝耐磨護管

原有取樣探頭結構及材質不變，在安裝過程中，可以加裝一根護管，護管材質建議使用壁厚為5mm的316L不銹鋼無縫鋼管，根據取樣探頭的尺寸，可選用DN65（76×3.5）熱軋無縫鋼管，插深470mm。

必要時，可在加裝的護管四周進行開孔，開孔時務必使透氣孔傾斜布置在護管四周，以減小風粉流對取樣探頭的沖角和流速，進而減小沖蝕磨損。

3.3 取樣探頭材質進行更新

原有采樣探頭是堆焊合金材質，堆焊合金雖然有一定的耐磨特性，但是在磨煤機風粉高速的沖刷下，耐磨效果不是很好。結合磨煤機特殊的工況，可以考慮采用耐磨度更高的陶瓷采樣探頭，其中部分廠家已經采用95剛玉或99剛玉材質的采樣探頭，在經過多個現場驗證，耐磨效果非常好。陶瓷探頭的可以解決耐磨的問題，但不足之處是在安裝的時候容易破裂，故在磨煤機探頭安裝位置，安裝？60無縫鋼管，在無縫鋼管上焊接安裝法蘭，這種安裝方式避免在磨煤機直接開孔焊瘤的形成，有效避免了陶瓷探頭安裝發生破裂，也便于日后檢修維護。

綜上所述：磨煤機CO取樣探頭的使用效果直接影響設備的安全運行，在工況環境不能改變的情況下，只能通過對取樣探頭的結構和材質改變來適應惡劣的工況，從而保證設備的良好運行。

【參考文獻】

[1]吳望一.流體力學.北京.北京大學出版社， 2004.12.

[2]葉宏.金屬材料與熱處理.北京.化學工業出版社，2008.

[責任編輯：朱麗娜]endprint