關(guān)于匯流河發(fā)電廠采用引風(fēng)機(jī)葉輪防磨措施的分析與總結(jié)

金梅玉，徐龍坤

（呼倫貝爾電大理工科，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

關(guān)于匯流河發(fā)電廠采用引風(fēng)機(jī)葉輪防磨措施的分析與總結(jié)

金梅玉，徐龍坤

（呼倫貝爾電大理工科，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

匯流河電廠在1992年機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，引風(fēng)機(jī)葉輪的嚴(yán)重磨損問(wèn)題一直困擾著安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此，匯流河電廠近年來(lái)進(jìn)行了多次考察研究，在安全、經(jīng)濟(jì)等方面的綜合對(duì)比下，采用北京特盾公司耐磨陶瓷-金屬?gòu)?fù)合工藝，較好地將耐磨陶瓷應(yīng)用在引風(fēng)機(jī)葉輪的防磨上，使引風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命提高2倍以上，解決了匯流河電廠引風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨問(wèn)題，保證了鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性.

陶瓷；膠粘劑；磨損；引風(fēng)機(jī)

1 引言

對(duì)于發(fā)電廠鍋爐采用水膜除塵器且燃用煤種灰份較高的機(jī)組，引風(fēng)機(jī)防磨的問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)各科研單位及發(fā)電廠比較棘手的難題.因?yàn)樗こ龎m器效率較低，煙氣中含灰量偏大，且燃用煤種灰份波動(dòng)較大時(shí)，水膜除塵器除塵效率不穩(wěn)定，造成引風(fēng)機(jī)葉片磨損加劇，尤其是機(jī)翼形葉片，磨漏后進(jìn)灰引起動(dòng)不平衡，風(fēng)機(jī)振動(dòng)而被迫停機(jī)處理，機(jī)組降出力，對(duì)發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效率造成很大影響.多年以來(lái)，雖然使用過(guò)許多表面強(qiáng)化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂、噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火或化學(xué)熱處理等，效果均不十分理想.2003年匯流河電廠在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，大膽采用北京特盾科技有限責(zé)任公司的陶瓷——金屬?gòu)?fù)合防磨技術(shù)，將耐磨陶瓷用于風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨，并取得了明顯效果.其后，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的工藝改進(jìn)，先后在匯流河電廠的4臺(tái)風(fēng)機(jī)葉輪上進(jìn)行應(yīng)用，最長(zhǎng)使用時(shí)間己達(dá)到三年以上，使用壽命提高2倍以上，為匯流河電廠機(jī)組安全高效運(yùn)行提供了可靠的保證，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益.

2 風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況介紹

匯流河電廠鍋爐除塵器為文丘里水膜除塵器，設(shè)計(jì)煤種收到基含灰量22.81%.92年機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，一直燃用灰份較低的寶日希勒礦煤（收到基灰份為12%），除塵效果一直較好，引風(fēng)機(jī)磨損問(wèn)題沒(méi)有突出顯現(xiàn).96年以后，由于煤炭市場(chǎng)的原因制約，匯流河電廠開(kāi)始燃用灰份較高的劣質(zhì)廉價(jià)的免渡河礦煤，收到基含灰份達(dá)48%，煤中矸石含量較高.煙氣中含灰量急劇呈倍數(shù)，除塵器不堪重負(fù)，效率急劇降低，煙氣粉塵濃度過(guò)高，進(jìn)入引風(fēng)機(jī)中的煙氣含灰量增大，引風(fēng)機(jī)磨損加劇的問(wèn)題逐漸突出.平均匯流河電廠每周就需風(fēng)機(jī)停運(yùn)一次，進(jìn)行補(bǔ)焊或找動(dòng)平衡.造成生產(chǎn)局面非常被動(dòng)，也出現(xiàn)了一次風(fēng)機(jī)失衡損壞事故.

匯流河電廠引風(fēng)機(jī)型號(hào)為Y4—73N022F，出力為28.33萬(wàn)立方/小時(shí)，葉片為后彎?rùn)C(jī)翼型.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷，葉片魚(yú)頭部位和葉片與后盤(pán)焊接部位磨損，磨漏進(jìn)灰現(xiàn)象嚴(yán)重，且葉片魚(yú)頭部位的葉片焊口經(jīng)常出現(xiàn)貫穿性裂紋，一般對(duì)其補(bǔ)焊一次后能夠維持3天左右，然后又從焊口處裂開(kāi)，經(jīng)分析此處裂紋主要是振動(dòng)及磨損造成.葉片與后盤(pán)焊接部位主要是磨損所致.為此，廠領(lǐng)導(dǎo)痛下決心一定要扭轉(zhuǎn)這種局面，采取一切可能的措施，解決這個(gè)問(wèn)題.

解決這個(gè)問(wèn)題，有兩個(gè)思路，一是徹底解決除塵效率低的問(wèn)題，二是增強(qiáng)引風(fēng)機(jī)葉輪防磨性能，而前一種可能性不大.因?yàn)槊悍N無(wú)法改變，且將水膜除塵器改為電除塵需幾千萬(wàn)的資金，不現(xiàn)實(shí)，所以只能在第二種方法上下工夫.

3 引風(fēng)機(jī)葉片的磨損分析及對(duì)策

引風(fēng)機(jī)的主要工作原理：引風(fēng)機(jī)的主要部件是機(jī)殼、葉輪、機(jī)軸、吸氣口、排氣口.此外還有軸承、底座等部件.風(fēng)機(jī)的軸通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)軸相連.當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉輪隨著轉(zhuǎn)動(dòng).葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力將煙氣從葉輪中甩出，煙氣從葉輪中甩出后匯集在機(jī)殼中，由于速度慢，壓力高，煙氣便從通風(fēng)機(jī)出口排出流入管道.當(dāng)葉輪中的煙氣被排出后，就形成了負(fù)壓，吸氣口外面的煙氣在大氣壓作用下又被壓入葉輪中.因此，葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，煙氣也就在通風(fēng)機(jī)的作用下，在管道中不斷流動(dòng).

引風(fēng)機(jī)葉輪主要將鍋爐產(chǎn)生的煙氣引致煙囪，煙氣流速及煙氣中所含灰分量直接決定了葉輪的磨損程度，如果燃煤灰分大且除塵器效率低，煙氣粉塵濃度就會(huì)急劇增大，葉輪磨損相繼增大.特別是對(duì)于葉片入口端魚(yú)頭部位，如果磨損導(dǎo)致葉片磨透，將導(dǎo)致葉輪失去動(dòng)靜平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，從而嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行.以匯流河電廠的風(fēng)葉輪為例，磨損主要發(fā)生在葉輪的入口端魚(yú)頭部位，同時(shí)在葉片的入口和出口端靠近后盤(pán)分別形成一個(gè)三角形的磨損區(qū)域.這些部位的鋼板經(jīng)常被磨穿或磨成較深的溝槽，尤其在焊縫處磨損更為嚴(yán)重.

為了解決匯流河電廠葉輪磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，多年來(lái)我們進(jìn)行了大量的調(diào)研，對(duì)國(guó)內(nèi)外為延長(zhǎng)引風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命進(jìn)行了大量深入細(xì)致的研究和探討，歸納起來(lái)主要有以下幾種：

表面堆焊：采用耐磨電焊條、耐磨粉塊在排粉機(jī)葉片磨損部位堆焊耐磨合金；

表面涂覆：在排粉機(jī)葉片表面磨損部位涂覆或粘接高分子耐磨材料；

熱噴涂（焊）：采用等離子噴涂方法或氧乙炔火焰，在排粉機(jī)葉片磨損表面噴涂陶瓷或碳化鎢或者噴焊鎳基＋碳化鎢合金；

在無(wú)特殊說(shuō)明的情況下, 本文中K是Rd的一個(gè)子集, B表示K上的Borel σ-代數(shù), 其元素簡(jiǎn)稱(chēng)為可測(cè)集。M(B,K)為定義在B上的正測(cè)度集合。

表面粘貼或焊接陶瓷：將耐磨工程陶瓷利用高強(qiáng)度耐高溫膠粘劑或特殊焊接工藝復(fù)合在引風(fēng)機(jī)葉片表面上.

2003年，匯流河電廠生產(chǎn)技術(shù)人員到各電廠和有關(guān)科研單位進(jìn)行實(shí)地考察，認(rèn)為熱噴涂耐磨技術(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，而且由于大量輸入熱量，有可能導(dǎo)致葉輪變形，而且目前采用較少；表面堆焊技術(shù)大量使用，也是我公司的主要維修手段，但因?yàn)槟湍ズ笚l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；而表面鑲嵌陶瓷，增加的厚度較高，增加了葉輪的重量，有可能造成引風(fēng)機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行.

經(jīng)過(guò)對(duì)采用粘貼陶瓷的牡丹江熱電廠、呼和浩特?zé)犭姀S、哈爾濱熱電廠等的考察，認(rèn)為北京特盾科技公司的陶瓷粘貼技術(shù)比較成功，牡丹江熱電廠與1999年6月對(duì)葉輪進(jìn)行的防磨處理，至今已運(yùn)行4萬(wàn)多小時(shí)，運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題.定期檢查時(shí)，偶爾發(fā)現(xiàn)有少量瓷片脫落，現(xiàn)場(chǎng)自己就可以貼補(bǔ)，瓷片厚度僅為2毫米，對(duì)葉輪的重量影響不大，可以現(xiàn)場(chǎng)施工.維護(hù)簡(jiǎn)單，效益可觀.

4 引風(fēng)機(jī)葉輪粘貼陶瓷片的可行性分析

風(fēng)機(jī)葉輪粘貼陶瓷防磨效果取決于兩個(gè)條件，第一，首先要求陶瓷耐磨性能優(yōu)異，其耐磨性應(yīng)當(dāng)比WC噴涂噴焊材料或堆焊材料高至少三倍以上.其次，要求陶瓷與金屬之間可靠連接，即使用的粘接劑的粘接強(qiáng)度要高，韌性要好，而且耐溫耐腐蝕，耐老化壽命至少在十年以上，強(qiáng)度下降不超過(guò)10%.而且陶瓷防磨對(duì)于機(jī)組為水膜除塵排粉系統(tǒng)有不掛灰的特點(diǎn).

4.1 耐磨陶瓷的性能

作為耐磨材料使用的陶瓷主要有氧化鋁、碳化硅、氮化硅及氧化鋯等.針對(duì)引風(fēng)機(jī)葉輪的使用工況，耐磨陶瓷采用冷壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷，其主要特點(diǎn)是價(jià)格便宜，密度小，耐磨性能優(yōu)異.經(jīng)實(shí)測(cè)，采用冷壓燒結(jié)的氧化鋁陶瓷塊硬度為HRA88，比重3.65，耐磨性是高鉻鑄鐵的5倍左右，普通碳鋼的200倍左右.在風(fēng)機(jī)上使用，陶瓷片的厚度只有1.5mm，每平方米（10000片）的重量只有5.5公斤.在葉片的入口處，可以采用U型陶瓷塊，在迎風(fēng)面尺寸可以達(dá)到6mm.相對(duì)于一般的熱噴涂及堆焊材料，因最大厚度只有1-3mm，因此，陶瓷的耐磨性能完全可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo).

相對(duì)于引風(fēng)機(jī)80℃的運(yùn)行溫度，但引風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速比較高有1000R/M，而且是在帶硬質(zhì)顆粒的高速?zèng)_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(shí)具有一定的抗剪強(qiáng)度和抗老化性能.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.據(jù)此配制的膠粘劑主要性能如下：不同溫度下抗拉強(qiáng)度（金屬-金屬）分別為50MPa(室溫)、36MPa(100℃)、20MPa(150℃)；抗剪強(qiáng)度分別為28MPa(室溫)及20 MPa(100℃)、10MPa (150℃).膠粘劑的韌性介于陶瓷與金屬之間，固化后不收縮.

經(jīng)計(jì)算，在180℃溫度下，當(dāng)一個(gè)直徑為Ф2200的葉輪以1000rpm轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在葉輪最邊緣上一塊10×10×1.5(mm)的瓷片受到的向心力為0.405(kgf)，而此時(shí)膠粘劑所能提供的抗剪力為360(kgf)(100℃)，粘接力的大小是瓷片受到向心力的近450倍.可見(jiàn)膠粘劑具有極高的粘接保險(xiǎn)系數(shù).

5 匯流河電廠使用效果分析

根據(jù)以上可行性分析以及參照其他廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，匯流河電廠于2003年5月大修期間對(duì)其中的一臺(tái)引風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了粘貼瓷片的防磨處理，現(xiàn)場(chǎng)施工，在葉片的迎風(fēng)面及后盤(pán)的連接部位，分別復(fù)合了耐磨陶瓷片和特殊形狀的陶瓷耐磨件.其中葉片表面使用尺寸為10×10×1.5mm的陶瓷片,入口處用U型陶瓷片，迎風(fēng)面厚度為6mm.施工過(guò)程中嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行，表面噴砂處理，磨出金屬光澤，金屬及陶瓷表面活化偶聯(lián)劑處理及相應(yīng)的加熱固化處理，保證一周的養(yǎng)生期，粘貼完后不做動(dòng)平衡直接投入使用.期間，鍋爐燃用煤灰份在45%以上.經(jīng)一年運(yùn)行，陶瓷磨損非常輕微，狀況良好.2004年大修檢查，發(fā)現(xiàn)除有少量的瓷片脫落外，其他基本完好，說(shuō)明改造比較成功.

分析不同部位的陶瓷片磨損情況發(fā)現(xiàn)，在沿氣流流動(dòng)方向的平面上瓷片磨損平均不到0.1mm，越靠近葉輪外圓，即葉片的出口端，磨損越嚴(yán)重，平均磨損0.2mm,明顯比中盤(pán)輪轂兩側(cè)處磨損嚴(yán)重.這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速愈大，因而磨損就愈嚴(yán)重.與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上（葉片入口處）的瓷片磨損最為嚴(yán)重，最多可達(dá)0.3-0.5mm.實(shí)際上這正符合了陶瓷沖刷機(jī)理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴(yán)重.而且由于接縫處形成的渦流使得沿接縫處金屬基體磨損最為嚴(yán)重，甚至可以把金屬襯板磨穿，使得局部陶瓷完全懸空,造成部分迎風(fēng)接縫處瓷片脫落.

2005年機(jī)組大修，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)也采用了此技術(shù)，不同的是此次特盾公司直接與葉輪生產(chǎn)廠家合作，直接在廠家進(jìn)行了粘貼瓷片的施工.可以說(shuō)非常完善，從整體施工工藝及外觀質(zhì)量都要好于現(xiàn)場(chǎng)施工.因?yàn)檫@樣葉輪生產(chǎn)廠可根據(jù)特盾公司貼瓷片的工藝要求在生產(chǎn)工藝上配合.此臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行至今例行檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有瓷片脫落現(xiàn)象，取得較好的效果.

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

從經(jīng)濟(jì)上對(duì)比，效益也是非常可觀的.以往匯流河電廠未采取此工藝前引風(fēng)機(jī)葉輪運(yùn)行一般6個(gè)月開(kāi)始出現(xiàn)葉片魚(yú)頭部位磨漏、進(jìn)灰，頻繁補(bǔ)焊，因?yàn)檠a(bǔ)焊破壞了母材整體強(qiáng)度和塑性，在運(yùn)行中又頻繁出現(xiàn)裂紋，沒(méi)有辦法又得補(bǔ)焊，這樣造成了惡性循環(huán).一般一臺(tái)新輪運(yùn)行一年左右就無(wú)法再進(jìn)行補(bǔ)焊處理，就得更換.換一臺(tái)葉輪4萬(wàn)元計(jì)，4臺(tái)風(fēng)機(jī)為16萬(wàn)元，而采用貼瓷片工藝后，預(yù)計(jì)可完全運(yùn)行4年左右，可節(jié)約資金48萬(wàn)元，其中減少了大量的維護(hù)工作量，保證了機(jī)組滿出力，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是非?？捎^的.

7 結(jié)論

綜合所述，匯流河電廠采用此技術(shù)是非常成功的.據(jù)匯流河電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用此技術(shù)后，要定期檢查，發(fā)現(xiàn)有脫落的瓷片，要及時(shí)貼上，否則有局部磨損嚴(yán)重后，使再次貼瓷片較困難.再者，在引風(fēng)機(jī)找動(dòng)平衡，補(bǔ)焊平衡塊時(shí)，要遠(yuǎn)離瓷片，因?yàn)檎迟N膠耐溫為180℃，容易造成粘貼膠老化，瓷片脫落.掌握這兩點(diǎn)后，便可基本保證風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行.

TM62

A

1673-260X（2010）05-0110-02