摘要：某电厂锅炉一次风送粉系统弯头磨损减薄严重，运行中经常发生磨穿漏粉的缺陷，严重影响锅炉送粉系统的安全运行，需要对其进行改造和更换。
关键词：耐磨；合金钢；送粉系统；弯头
1 概述
某电厂#1锅炉型号为DG420/9.8-II2，为高温高压自然循环煤粉炉，燃烧系统采用正四角布置切向燃烧，切圆直径为616mm，切圆方向从炉顶往下为逆时针。锅炉一次风采用低氮燃烧器，分四角布置，每角布置三层一次风喷口，第一、三、五、七层为二次风喷口。制粉系统采用中间储仓乏气送粉方式，配置两台MG-3560型钢球磨煤机。一次风送粉系统共有12条粉管，每条一次风粉管有2-4个不等数量的弯头。#1锅炉送粉管弯头自机组投产以来从未更换过，使用时间已超过10年，在近2年机组停炉期间测厚检查发现，送粉管靠近炉膛的弯头磨损减薄速度加剧，磨损量已超过总厚度（30mm）的2/3，已经有部分弯头贯穿性磨穿，严重影响锅炉送粉系统的正常运行，需要对其进行改造，更换为耐磨性更好的材料，从而解决锅炉一次风送粉系统经常磨穿漏粉的问题。
2 粉管弯头磨损原因分析
在一次风送粉系统中，煤粉颗粒在经过弯头时，其运动形式既有滚动也有滑动，同时煤粉颗粒之间以及颗粒和管道之间还发生碰撞。煤粉颗粒在输送过程中撞击管壁，动能损失，速度降低；与其它的运动颗粒相碰撞，发生能量交换，速度较大的颗粒运行减慢，而速度较小的颗粒运行加快，再撞击弯头内侧内壁，在反复冲撞中前移，通过弯头。煤粉在弯头内受到重力、气流的推力、管壁的摩擦力、撞击管壁产生的反作用力，以及改变颗粒运动方向的离心力作用。
综上所述，煤粉颗粒既有沿管道轴向的滑移运动，又有沿管道径向的扩散运行。当煤粉颗粒在管道壁面擦移时，对弯头内壁产生摩擦磨损；当煤粉颗粒撞击弯头内壁时，对弯头内壁产生冲击磨损，使弯管内壁产生凹痕。
总的来看，弯头磨损可分为摩擦磨损和冲击磨损两种方式。理论上这两种磨损方式可以单独存在，但一般情况下是同时出现的。因此弯头磨损的过程十分复杂。影响弯头磨损的因素很多，如物料颗粒的质量、耐磨性质、硬度、尖角、输送速度、冲击角；输送气流速度、料气比、温度和流动状态；输送管的材质及其金属组织的成分、硬度、表面加工情况、内径、形状等。
2.1煤粉对弯头的摩擦磨损
当煤粉颗粒在弯头内壁面擦移或滑动时，摩擦弯头内壁，使其内壁局部产生刮痕。随着煤粉的持续输送，煤粉颗粒在弯头内壁产生的刮痕会越来越多，越来越深，使弯头内壁的粗糙度逐渐加大，导致造成弯头摩擦磨损越来越严重。
2.2煤粉对弯头的冲击磨损
煤粉颗粒在输送过程中持续冲击弯头内壁面，使其组织产生局部疲劳或裂纹而脱落。从流体力学角度来分析，煤粉颗粒与弯头内壁碰撞后，其能量损失ΔE=mv2/2（m为颗粒质量，kg；v为颗粒的输送速度，m/s）。煤粉颗粒与管壁发生碰撞时，产生的应力正比于颗粒的能量，即煤粉颗粒质量和输送速度越大，弯头的磨损就越大。
由图1可以看出，弯头的冲击磨损主要有三处（A、B、C），分别在22°、45°、70°-80°角上。
图1 弯头的冲击磨损示意
3 粉管弯头材料的选择
为减缓煤粉颗粒对粉管弯头的摩擦磨损和冲击磨损，延长粉管弯头的使用寿命，需要选择合适的材料制造粉管弯头。
锅炉送粉系统管道弯头通常采用耐磨合金刚。耐磨合金钢应用于有一定冲击载荷的磨料磨损工况条件，它是指为满足特定的性能要求而有目的的加入其它元素的钢材。耐磨刚加入合金元素的主要目的在于提高淬透性、强度、韧度和耐磨性。最常用的添加元素是Mo、Cr、Mn、Ni、和Si等。耐磨低合金钢的铸造、焊接性能与其它低合金钢相似，碳量高时焊接性能较差。
在耐磨合金钢中，合金元素总量（Fe、C及有害元素和隐存元素）不小于5%即称为低合金钢（5-10%为中合金钢，10-15%为高锰钢），低合金钢的力学性能特别是硬度和韧性可以在很大的范围内调整，可根据不同的使用条件，将强度、冲击韧度和耐磨性能综合考虑和匹配。只要不因脆性而引起断裂，其耐磨性随硬度的提高而增强。
低合金钢30CrMnSiNi2A是一种高铬铸铁。铸件中加入14%～36%的铬后，在氧化性介质中铸铁表面能生成一层很薄但紧密附着在合金表面的氧化膜，从而大大提高了耐腐蚀性，这样的铸铁称为高铬铸铁。高铬铸铁属于白口铁，其硬度较高，不但耐腐蚀性好，而且耐热性和耐磨性也很好。由于铸铁中含碳量较高，必须加入足够量的铬使所有的碳化合成碳化铬以后，合金中留下的自由状态的铬不低于12%～13%。
低合金钢30CrMnSiNi2A在高铬铸铁中因其含铬量较高，所以它的耐磨性较好，非常适合用在锅炉一次风煤粉管道弯头上，使用寿命可达5-8年，并且可以减少粉管弯头的检修工作量。
4 耐磨合金钢在粉管弯头上的应用效果
2016年利用#1机组年度检修机会，某电厂将#1锅炉一次风粉管靠近炉膛的弯头全部进行更换，材质为耐磨合金钢30CrMnSiNi2A。通过一年多的使用观察，改造效果良好：
（1）一年多来，#1锅炉一次风粉管弯头未发生一次因磨损原因导致的煤粉泄露缺陷。
（2）避免了粉管弯头泄露后煤粉积存在保温层内，煤粉发生自燃导致粉管被烧坏的事故发生。
（3）原来送粉系统经常发生漏粉的现象得到明显改善，减少了管道漏粉的发生，降低了检修人员的劳动强度，保证了生产现场的安全文明生产。
参考文献
[1]姜剑锋.送粉管道设计中存在的问题及处理.黑龙江电力，2004,26(3):232-234.
[2]王跃华.耐磨管道用低合金耐磨钢的组织与性能.金属热处理,2017,42(4):131-134.
[3]蔺继华，杨永奇，刘君鹏.合金铸钢耐磨管道的生产与应用.河北电力技术,1998(a03):51-53.
[4]江瑞宝.锅炉送粉管道耐磨弯头的选型分析.山东工业技术,2016(20):29-29.
论文作者:张新波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：弯头论文; 磨损论文; 颗粒论文; 耐磨论文; 内壁论文; 煤粉论文; 锅炉论文; 《电力设备》2017年第34期论文;