中速磨煤机耐磨材料研究及应用

张华聪，胡庆权，高立发

(重庆合川发电有限责任公司，重庆 401536)

中速磨煤机耐磨材料研究及应用

张华聪，胡庆权，高立发

(重庆合川发电有限责任公司，重庆 401536)

大型燃煤电厂广泛使用的中速磨煤机，其磨辊、护板使用寿命周期较短，满足不了机组大修周期的要求，而且检修维护成本较高，检修工作强度大。采用纳米级陶瓷粉末与金属材料热熔复合技术，用非金属材料替代金属材料生产的耐磨材料，具有高耐磨性、高韧性和高强度，运用于中速磨煤机耐磨件，将大幅提高中速磨煤机磨辊的使用寿命，满足机组大修周期的使用要求，可以大幅降低中速磨煤机维护成本，同时提高磨煤机运行的可靠性和经济性。

陶瓷粉末；金属热熔材料；耐磨性

当前大型燃煤电厂广泛使用直吹式中速磨煤机系统，中速磨煤机的磨辊、护板使用寿命周期现状是10～12个月(6 000～8 000 h)，若煤质较差时，使用寿命更短。HP-1003型中速磨煤机的磨辊、护板使用寿命在8 ～10个月(5 000 h左右)。

磨煤机成套更换磨辊及衬板1套的费用大约47万元，在机组大修周期(6年)内，单台磨煤机维修费用年平均45万元，每台660 MW机组锅炉配6台磨煤机，年平均费用270万元。全厂2×660 MW机组锅炉磨煤机年平均维护费用总计540万元，1个大修周期费用达3 200万元。同时，由于磨辊磨损后，磨煤机出力下降，石子煤排放量大，运行维护工作量大，严重时影响机组带负荷能力和磨煤机运行安全经济性，增加煤耗和厂用电。研究延长磨煤机耐磨件使用寿命，对于提高电厂运行的经济性具有重要的意义。

1 国内外耐磨材料发展现状与应用情况

金属陶瓷复合材料是国内外近20年的研究及发展方向。20世纪80年代末到2000年，陶瓷片表面粘贴广泛使用在化工、采矿、发电等行业。它主要用于输浆管道、输灰管道、输渣管道，其特点是耐磨耐腐蚀，在这些领域比钢管的使用寿命提高1～2倍。近几年，国内外在磨辊浇铸时也采用嵌入陶瓷棒的方式来提高其耐磨性能。该技术最早源于西班牙，主要用于矿山矿石粉的研磨设备，它可以使设备的耐磨性有所提高，但也存在陶瓷棒与金属复合不好而造成脱落的问题。近年来陶瓷粉末(纳米级)同金属材料热熔复合，更是国内外研究发展的主题。该技术的开发研究，主要是受到脱硫系统浆液循环泵泵壳、叶轮、搅拌器等旋转设备的防磨、防腐蚀处理的启发。此技术主要是采用冷处理方式(涂抹)，在防腐蚀材料中加入陶瓷粉末或碳化硅粉末来提高其耐磨性。陶瓷粉末(纳米级)同金属材料热熔复合技术成功后，将广泛使用在耐腐蚀、耐磨强度高的高耐磨领域，其技术创新点在于解决耐磨性的同时，考虑到了金属材料的强度、韧度。

陶瓷粉末与金属的热熔合技术，使陶瓷粉末与金属有机融合，大大提高材料耐磨性，材料不起层、不剥离、不脱落。在提高材料硬度同时，材料脆性基本不变，在使用中，受到冲击碾压时，材料不会产生裂纹、断裂。

2 提高中速磨煤机磨辊耐磨性的措施

2.1 中速磨煤机磨辊失效的原因

中速磨煤机的磨煤原理是根据中速磨煤机的磨辊同护板的合理间距匹配，通过高速旋转将燃料制成锅炉燃煤所需的煤粉。当磨辊与护板压损失去合理间距就得停机修复(一般运行6 000～8 000 h，磨辊、护板工作面厚度磨损就达到8 mm左右，需修复)[1]。由于目前工艺及材料的限制，磨辊工作表面的洛氏硬度(HRC)最高在60左右，运行中磨辊及衬板磨损，使得间隙增大，导致磨煤出力降低，影响机组负荷。同时，给煤量减少也会导致磨煤机振动增大，对磨煤机的安全性带来很大影响。

2.2 中速磨煤机磨辊失效后的修复措施

目前，中速磨煤机磨辊失效后，主要采用磨辊表面堆焊修复或更换磨辊的方式。一般，一只磨辊堆焊3次就会引起磨辊基材变形，而无法再次堆焊利用，造成中速磨煤机维护成本高，安全运行可靠性低。

2.3 提高中速磨耐磨件使用寿命的措施

2.3.1 改进磨辊锥度设计

根据中速磨煤机磨煤原理，磨辊底锥度若调整若干微米，使磨辊安装强度降低的同时产生微震，减轻磨辊与护板的挤压强度。

从磨辊有效工作面材料及锥度调整入手进行优化。在分析磨辊与护板间锥度及原煤在运行过程中的相互作用的基础上，明确制粉过程及磨辊、护板磨损机理，查明部件磨损失效的直接原因，从而提出有效改进方案，提高磨辊、护板的使用寿命，延长维修周期。

2.3.2 提高磨辊材料的耐磨性

1)磨辊材质及成型工艺的改进

将当前广泛使用Cr15-24单一材质的磨辊改为Cr20为主要成分的陶瓷复合材料。采用加强热熔技术，使金属与陶瓷纳米粉末熔合，形成新的复合材料，克服贴陶瓷片或嵌陶瓷棒易脱落缺陷。

2)材质选择及实施工艺流程

选择相对经济的Cr20MoNi合金钢材料为基材加以陶瓷微粉热熔合，其成分组成见表1。通过对材料成分进行不断的试验，优选出性能良好的成分组合。

表1 耐磨材料成分表

用复合材料制造磨辊、护板的生产工艺及使用流程如下：制模——烘模，溶媒钢水——化验——浇铸成型，打模——磨辊，本体加温陶瓷粉末热熔浇铸——清理——热处理——探伤检验——合格产品——现场安装——运行——测量磨损量。

通过提高磨辊、护板材质的耐磨性及磨辊锥度的改进，使得磨辊及护板的使用寿命达到25 000 ～30 000 h，保证能使用1个大修周期(6年)，4年内无需修复磨辊及护板，磨辊及护板还可堆焊修复使用2年[2]。

3 经济效益

采用陶瓷粉末与金属热熔技术生产的金属复合耐磨材料可达到的技术指标：冲击韧性ak≥12 cm2，表面硬度HRC60～65，抗拉强度1 000 MPa以上，冲击疲劳次数1×105，金属耗损<0.13 g/t煤，磨辊使用寿命25 000～30 000 h[3]。

HP-1003型中速磨煤机的磨辊、护板在改造前使用寿命在5 000 h左右；采用新复合耐磨材料后，使用寿命可达30 000 h以上，单台磨煤机维修备件费用年平均节约45万元，按照6年1大修更换磨辊计算，每台可少更换5次，一大修周期可节约5×45=225万元，经济效益显著。

同时，提高了中速磨煤机运行可靠性，保证了机组带负荷能力，降低煤耗和厂用电量，减少了检修维护工作量。

4 结论

采用陶瓷粉末与金属的热熔合技术生产的金属复合耐磨材料，运用于中速磨煤机耐磨件，磨辊使用寿命大幅提高，可保证1个大修周期的使用，降低中速磨煤机维护成本，提高磨煤机运行可靠性和经济性。该技术也可以推广应用到矿山、水泥厂及电厂中的其他耐磨设备。

复合材料将取代现今使用的磨辊及衬板，是一次耐磨材料工程的技术进步，符合国家对材料工程的战略要求。将复合材料在高耐磨、耐腐蚀、高耐温领域替代金属材料，可保护有色金属资源，实现可持续发展战略目标。

[1] 国家能源局. 燃煤电厂磨煤机耐磨件技术条件：DL/T 681—2012[S].北京：中国电力出版社，2012.

[2] 钱兵，孙书刚，朱昱，等.中速磨煤机金属陶瓷复合磨辊及磨盘的研究[J].中国电力，2014，47(10)：122-125.

[3] 王春山.HP磨煤机金属陶瓷复合材料辊套及衬板应用的初步探讨[J]. 科技研究，2014，1.

A Study on the Anti-Friction Material of the Medium-Speed Coal Mill and Its Application

ZHANG Huacong，HU Qingquan，GAO Lifa

(Chongqing Hechuan Power Generation Co., Ltd.of SPIC，Chongqing 401536，P.R.China)

The grinder roll and the guard board of a medium-speed coal mill widely used in a large-scale coal-fired power plant，with their short spans of service lives，can not meet the demands of the overhaul periods of the unit due to the high costs and working strength of the overhaul and maintenance．With the hot-melting composite technology which can fuse nano-scale ceramic powder and metallic materials together，the anti-friction material can be made from non-metallic materials instead of metallic materials．With its high abrasive resistance，toughness and strength，it can be used to produce anti-friction parts of the medium-speed coal mill，which can sharply increase the service life of the grinder roll of the coal mill， meet the requirements of the overhaul periods of the unit，greatly reduce its maintenance costs and enhance the reliability and economy during its operation．

ceramic powder；hot-melted metallic materials；abrasive resistance

2016-11-03

该文获重庆市电机工程学会2016年学术年会优秀论文一等奖

张华聪(1971-)，工程师，主要从事火电厂锅炉技术管理工作。

TK223.25

A

1008- 8032(2017)01- 0048- 02