香雪薇　郭城

【摘 要】本文針對(duì)磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)取樣探頭的損壞原因和解決方案進(jìn)行了闡述，通過全面的技術(shù)分析，找出目前磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)耐磨探頭損壞的主要原因以及相關(guān)方面存在的問題，并提出相應(yīng)的解決建議，為磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、選擇和使用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)；沖蝕磨損；取樣探頭；耐磨材料

0 前言

磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)是用于連續(xù)檢測(cè)在磨煤機(jī)運(yùn)行中快速產(chǎn)生的CO氣體濃度，并對(duì)CO氣體濃度做出提前預(yù)警，能夠有效預(yù)防磨煤機(jī)的自燃和爆燃、爆炸等事故的發(fā)生，保障人身和設(shè)備安全，是預(yù)防磨煤機(jī)自燃和爆炸事故發(fā)生的重要的安全檢測(cè)設(shè)備。

磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)的取樣探頭往往安裝于磨煤機(jī)出口的一次風(fēng)粉管上或磨煤機(jī)分離器上，由于安裝工況的特殊性和復(fù)雜性，取樣探頭的耐磨特性在磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中起到了非常關(guān)鍵的作用。

1 設(shè)備概況

新疆某廠一期工程為2×300MW火電燃煤機(jī)組，選用中速磨煤機(jī)。每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)安裝1套磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)，其中取樣探頭安裝于磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉管上。自2013年12月開始投運(yùn)，僅6個(gè)月取樣探頭就全部磨損、報(bào)廢。

2 取樣探頭磨損原因分析

取樣探頭安裝在磨煤機(jī)出口的一次風(fēng)粉管上，主要是受到風(fēng)粉管內(nèi)一定流速、一定煤粉濃度的煤粉氣流的持續(xù)沖擊而造成的取樣探頭材料表面流失，這種現(xiàn)象稱為沖蝕磨損。任何材料的沖蝕磨損主要受環(huán)境因素、磨粒性質(zhì)、靶材性質(zhì)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(huán)境因素分析

影響沖蝕磨損的環(huán)境因素諸如沖蝕速度，沖角、沖蝕時(shí)間、環(huán)境溫度等。

該廠磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)取樣探頭水平安裝于中速磨煤機(jī)出口的一次風(fēng)粉管上，其管徑為550×10，一次風(fēng)粉設(shè)計(jì)流速為0～28m/s（設(shè)計(jì)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(fēng)粉沖蝕取樣探頭的沖角為90°。

磨煤機(jī)日常運(yùn)行過程中，實(shí)際燃用煤質(zhì)的水分較高，為了保證磨煤機(jī)的干燥出力，有意增加了一次風(fēng)的風(fēng)量，導(dǎo)致磨煤機(jī)長(zhǎng)期在超設(shè)計(jì)風(fēng)量和風(fēng)速的工況下運(yùn)行，加劇了取樣探頭的磨損。

2.2 磨粒性質(zhì)分析

影響沖蝕磨損的磨粒性質(zhì)主要包括磨粒硬度、形狀、粒度、破碎性等。

該廠燃煤鍋爐的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)煤種、校核煤種一和校核煤種二的哈氏可磨性指數(shù)HGI依次為60、54、53，如表1所示，根據(jù)GB/T 7562-1998煤的可磨性分級(jí)可知，上述煤種均屬于難磨制的煤種。

煤的可磨性分級(jí)（GB/T 7562-1998）哈氏可磨性指數(shù)HGI分別為40～60，60～80，>80。對(duì)應(yīng)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(shù)為2.4，3.3，根據(jù)煤的磨損性和煤的沖刷磨損指數(shù)的關(guān)系可知，校核煤種1和校核煤種2的磨損性較強(qiáng)。

煤的磨損性和煤的沖刷磨損指數(shù)的關(guān)系：煤的沖刷磨損指數(shù)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(duì)應(yīng)的磨損行分別為：輕微，不強(qiáng)，較強(qiáng)，很強(qiáng)，極強(qiáng)。

從哈氏可磨性指數(shù)和沖刷磨損指數(shù)可判斷，燃用的幾種煤質(zhì)均屬較難磨的煤質(zhì)，磨損性較強(qiáng)，同樣會(huì)加劇磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)取樣探頭的沖蝕磨損。

2.3 靶材性質(zhì)分析

影響沖蝕磨損的靶材性質(zhì)主要包括靶材硬度、組織、力學(xué)性能、物理性能等。

磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)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(fēng)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(fù)地?cái)D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(gè)軟的表面層。

硬的加工硬化層：在軟的表面層下面是一個(gè)硬度較高的加工硬化區(qū)，加工硬化區(qū)相當(dāng)于砧塊，入射粒子相當(dāng)于鍛錘。這個(gè)高硬度的加工硬化區(qū)一旦形成，將會(huì)對(duì)表面薄層起促進(jìn)作用。在反復(fù)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(cè)邊緣不足5mm。此結(jié)構(gòu)取樣探頭在國(guó)內(nèi)其他地區(qū)使用效果良好，持續(xù)使用壽命達(dá)18個(gè)月以上。但是在該廠，磨煤機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在大風(fēng)量，高風(fēng)速工況下，力學(xué)性能下降在所難免。

對(duì)損壞的取樣探頭進(jìn)行了抽樣化驗(yàn)檢查，符合廠家標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品出廠的材質(zhì)校驗(yàn)要求。

綜上所述，造成該廠磨煤機(jī)CO檢測(cè)系統(tǒng)取樣探頭磨損的主要原因歸納如下：

運(yùn)行風(fēng)量、風(fēng)速大于設(shè)計(jì)值

燃用煤種磨損性強(qiáng)

3 取樣探頭防耐磨解決方案

降低取樣探頭沖蝕磨損的關(guān)鍵是降低風(fēng)量和風(fēng)速，如果不能降低，就需要改進(jìn)取樣探頭結(jié)構(gòu)或取樣探頭材質(zhì)，以適應(yīng)該廠的實(shí)際工況。

3.1 對(duì)原有取樣探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

原有取樣探頭的結(jié)構(gòu)和安裝方式，致使風(fēng)粉流以大沖角正面沖刷取樣探頭表面，擠壓鍛造作用增強(qiáng)。對(duì)原有取樣探頭的結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以從兩方面考慮，即：

改變風(fēng)粉流的沖刷方向

加厚取樣探頭壁厚

根據(jù)上述思路，取樣探頭結(jié)構(gòu)可以做如下改動(dòng)：

將原有取樣探頭圓柱形護(hù)管下部進(jìn)行改造，增加一個(gè)楔形面，即增加了探頭迎風(fēng)面的壁厚，并將風(fēng)粉氣流進(jìn)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(fēng)粉的流速，有效降低取樣探頭受到的風(fēng)粉流的沖蝕磨損，以延長(zhǎng)使用壽命。

3.2 在原有取樣探頭基礎(chǔ)上加裝耐磨護(hù)管

原有取樣探頭結(jié)構(gòu)及材質(zhì)不變，在安裝過程中，可以加裝一根護(hù)管，護(hù)管材質(zhì)建議使用壁厚為5mm的316L不銹鋼無縫鋼管，根據(jù)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(shí)，可在加裝的護(hù)管四周進(jìn)行開孔，開孔時(shí)務(wù)必使透氣孔傾斜布置在護(hù)管四周，以減小風(fēng)粉流對(duì)取樣探頭的沖角和流速，進(jìn)而減小沖蝕磨損。

3.3 取樣探頭材質(zhì)進(jìn)行更新

原有采樣探頭是堆焊合金材質(zhì)，堆焊合金雖然有一定的耐磨特性，但是在磨煤機(jī)風(fēng)粉高速的沖刷下，耐磨效果不是很好。結(jié)合磨煤機(jī)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(jīng)采用95剛玉或99剛玉材質(zhì)的采樣探頭，在經(jīng)過多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)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(shí)候容易破裂，故在磨煤機(jī)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(jī)直接開孔焊瘤的形成，有效避免了陶瓷探頭安裝發(fā)生破裂，也便于日后檢修維護(hù)。

綜上所述：磨煤機(jī)CO取樣探頭的使用效果直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行，在工況環(huán)境不能改變的情況下，只能通過對(duì)取樣探頭的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)改變來適應(yīng)惡劣的工況，從而保證設(shè)備的良好運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint