电厂输煤系统设备磨损及防磨材料的选择

电厂输煤系统设备磨损及防磨材料的选择
冯志勇;王晓斌
【摘要】电厂输煤设备存在大量的磨损现象,不但影响设备的正常使用,严重时甚至发生损坏并造成设备停役,既影响机组的发电安全与效益,也对输煤环境构成了破坏.针对电厂输煤系统设备如何选择防磨材料,如何正确采取防磨措施进行了详尽的论述.
【期刊名称】《华电技术》
【年(卷),期】2016(038)007
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】输煤设备磨损;防磨材料;防磨措施
【作者】冯志勇;王晓斌
【作者单位】江苏华电戚墅堰发电有限公司,江苏常州213011;华电江苏能源有限
公司句容发电厂,江苏句容212400
【正文语种】中文
【中图分类】TM621
近些年，各种防磨材料的研制开发和使用不断出现，针对电厂输煤设备存在的磨损现象采用了不同的防磨材料及防磨措施，防磨效果明显，降低了输煤设备损坏停役情况的发生，对输煤设备的可靠稳定运行与环境保护起到了积极作用。

为进一步提高输煤设备防磨效果，有必要对输煤设备不同的防磨材料及防磨措施进行探讨归纳，针对输煤设备不同部位采取不同的防磨措施，降低磨损对输煤设备的损坏，提高环
境质量，保证发电机组锅炉上煤系统的正常运行。

根据摩擦副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦2种类型。

滑动摩擦是指物体
接触表面相对运动(或具有相对运动趋势)时的摩擦。

滚动摩擦是指物体在力矩作用下，沿另一物体表面滚动时接触表面的摩擦。

物体相互摩擦就会出现磨损，对于工程材料来说磨损的定义是：构件在与其表面相对运动而在承载表面不断出现材料损失的过程，也可理解为由于物体相对运动造成物体表面尺寸或形状的改变和缺失现象。

输煤设备磨损现象普遍存在，如给煤设备的轴承、齿轮、轴瓦、刮板、叶爪、底板，筛分破碎设备的筛条、筛齿、锤头、鳄板、衬板，皮带机的落煤管、落煤斗、挡板、衬板，驱动及转向滚筒上的衬胶，犁煤器上的犁铧衬板，堆取料机的斗轮、落煤斗等等。

根据现场观察和分析，按磨损机理划分，磨损主要为黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。

1.1 黏着磨损
当两个物体表面相对滑动或拉开压紧的接触表面时，接触点黏着和焊合而形成的黏着结点被剪切，断裂的材料由一个表面转移到另一个表面，或脱落成磨屑而产生的磨损叫黏着磨损，是最常见的一种磨损形式。

黏着磨损通常以小颗粒状从一个表面黏附到另一个表面，有时也会发生反黏附，及被黏附的表面材料又回到原表面上去。

这种黏附和反黏附，往往使材料以自由磨屑状脱落下来，同时会沿滑动方向产生不同程度的磨痕。

电厂输煤设备经常发生黏着磨损：螺旋给煤机上的螺旋与筒体内壁；圆盘给煤机上的叶爪与底盘；挤压式碎煤机上的鳄板、衬板；刮板式给煤机上的刮板与底板；输煤皮带机驱动和转向装置上的滚筒衬胶与皮带；转动和减速装置的轴与轴承、轴与齿轮、齿轮与端盖；还有堆取料机的斗轮、外盘等。

1.2 磨粒磨损
所谓磨粒磨损是因为物料或硬凸起物与材料表面相互作用,使材料产生迁移的一种现象或过程，也可理解为磨粒在材料表面滑动、冲击造成材料表面的划伤及颗粒、碎块的脱落。

电厂输煤设备经常发生磨粒磨损的有振动筛上的筛条，滚轴筛上的筛齿、滚轴，破碎机上锤头、衬板、滑槽，堆取料机的斗轮，输煤设备上的落煤管、煤斗、溜槽、三通及锁气器切换挡板、衬板等。

当工作条件发生变化时，磨粒磨损往往伴随着黏着磨损。

因此，上述输煤设备的黏着磨损和磨粒磨损往往同时发生。

另外，磨粒磨损里面的冲击磨损不是大家认为的固体颗粒冲蚀磨损。

固体颗粒冲蚀磨损发生在携带固体粒子的流体(气体或液体)对材料表面磨损现象，如电厂仓泵气力送灰过程中灰粒对输灰管道内壁的冲蚀磨损，输煤设备排污泵的叶轮、泵壳衬板、轴套，进、出口管道内的冲蚀磨损。

1.3 疲劳磨损
这里所说的疲劳磨损主要指的是接触疲劳磨损，又称表面疲劳磨损，它是在循环交变接触应力长期作用下所引起的表面疲劳剥落现象。

当接触应力较小，循环交变接触应力次数不多时，材料表面只产生数量不多的凹坑，对设备正常运行几乎没有影响。

但当接触应力较大，循环交变接触应力次数增多，材料表面会陆续出现浅层剥落、深层剥落，这是由于局部金属长期受交变应力反复塑性变形的结果，最后导致材料零件的失效。

电厂输煤设备经常发生表面疲劳磨损的地方有滚动轴承、滚针、齿轮、凸轮等。

这些地方发生表面接触疲劳磨损程度与材料所受载荷、表面硬度、金相组织、冶金质量、表面粗糙度、润滑等有关。

另外，输煤设备轴承装配间隙过大，设备运行会造成轴承外圈与轴承箱之间发生相对运动，可能同时出现黏着磨损和疲劳磨损。

疲劳磨损中还有一种微动疲劳磨损，易发生在设备的嵌合和紧配合处，接触表面之间虽然没有宏观相对位移，但在外部变动载荷和振动的影响下却产生微小滑动，长
期运行后发现配合处轴表面被磨损，并出现细小粉末状磨损物。

这种在相互压紧的金属表面间由于小振幅振动而产生的复合形式磨损称为微动磨损。

如果伴随应力的周期性变化则称为微动疲劳磨损。

在输煤设备中转动轴与轮毂、轴承、齿轮等结合部位会发生这类微动疲劳磨损，当微动疲劳磨损加大，出现转动轴与配合部件发生相对运动时又会产生黏着磨损。

1.4 腐蚀磨损
在摩擦过程中，由于机械作用和摩擦表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，共同引起的物质损失称之为腐蚀磨损，也称其为机械化学磨损。

腐蚀磨损时材料表面同时发生腐蚀和机械磨损2个过程。

最常见的腐蚀磨损是氧化磨损。

纯净的金属暴露在空气中，表面会与空气中的氧化物产生氧化膜。

在摩擦过程中，金属表面的氧化膜受机械作用或由于氧化膜与基体金属的热膨胀系数不同，而从表面剥落下来形成磨屑。

剥落后的金属表面会再次与空气中的氧发生反应生成新的氧化膜，这样周而复始，形成的磨损称为氧化磨损。

金属表面与酸、碱、盐等介质发生化学反应或电化学反应而形成磨损称为特殊介质腐蚀磨损。

其磨损机理与氧化磨损机理相似，但腐蚀的痕迹较深，磨损速度较快，磨屑呈颗粒状和丝状，它们是表面金属与周围介质的化合物。

上述电厂输煤设备几乎都存在腐蚀磨损，只是因所处环境不同所以腐蚀磨损的程度不同。

需指出的是输煤设备转动机械的轴承也会发生腐蚀磨损，这是由于润滑油中含有腐蚀化学成分，滑动轴承材料很容易被润滑油里的酸性物质腐蚀，比较明显的特征是在轴承表面生成黑点，逐渐扩展成海绵状空洞，在摩擦过程中成小块剥落。

含有银、铜成分的轴承，在油温高时与油中硫化物生成的硫化物膜易破裂，降低了防磨作用，使轴承的磨损增加。

电厂输煤设备往往同时伴随着磨粒磨损和腐蚀磨损，也称为腐蚀磨粒磨损。

电厂用煤范围广、品种多(含有石英砂、刚玉、泥土等坚硬质点物质)，且不同程度带有腐
蚀液体介质的水分，磨料(煤)中有硫化物矿物如磁铁矿等存在时，氧可使腐蚀及电化学腐蚀增加，这时磨损的主要行为是磨粒磨损和腐蚀磨损的相互作用，即腐蚀加速了磨粒磨损，而磨料(煤粒)将腐蚀产物从表面除去后，又使新金属表面暴露在外，加快了腐蚀的速度。

输煤设备绝大多数磨损件处在潮湿的环境当中，试验表明，金属材料的磨损率随着温度的增加而增大，因此，输煤设备煤中零部件的磨损往往比电厂其他设备的磨损要大。

电厂输煤设备磨损中，对设备造成损坏的主要是黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损，不仅造成输煤设备零部件的频繁更换，而且浪费大量的人力和时间，同时对输煤环境构成严重影响。

相对以上3种磨损来说，疲劳磨损对输煤设备的影响较小，只
要保证检修质量和运行维护措施得当，可以把疲劳磨损对设备运行的影响降到最低。

因此，输煤设备防磨材料(以及相对应的防磨措施)的选择主要从降低黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损对输煤设备的影响来考虑。

科技的不断发展，防磨材料的选择越来越广泛。

根据输煤设备不同的磨损部位可以选择不同的防磨材料。

目前，对防磨材料的分类，在学术上还没有严格的定义。

为论述方便起见，暂且把它们分成2类：金属防磨材料和非金属防磨材料。

2.1 金属防磨材料
金属防磨材料分为合金耐磨铸钢、合金耐磨铸铁、金属复合铸造耐磨材料。

合金耐磨铸钢有铸造耐磨高锰钢、低合金耐磨铸钢、空淬贝氏体耐磨铸钢等。

合金耐磨铸铁有低合金耐磨铸铁、高铬合金白口铸铁。

金属复合铸造耐磨材料在电厂输煤设备中几乎不用或应用很少，这里不做多述。

(1)铸造耐磨高锰钢。

常见的有ZGMn13,传统高锰钢经水处理后直接使用并不具备耐磨性，只有受到强烈冲击作用产生硬化后，才能表现出优良的耐磨性。

为此在使用前将高锰钢进行强化，提高其硬度。

在此基础上，可以对其进行微合金化(加入
微量元素及稀土)、沉淀硬化处理、预硬化处理来提高耐磨性能。

为降低生产成本，
近年来中锰钢的使用越来越多。

与高锰钢相比较，中锰钢受到冲击载荷或磨损作用更易诱发其金相组织改变和加工硬化，在小冲击功的载荷工况下有更强的硬化能力。

上述铸造耐磨高锰钢最突出的优点是具有高韧性，通过加工硬化来提高耐磨性，但是存在合金元素含量较高、加工较复杂(生产成本高)，易变形、开裂等问题，有时处理不好还会使材料的脆性增加。

这种耐磨材料，在早期电厂的输煤设备破碎机中使用较多。

(2)低合金耐磨铸钢。

近些年，通过不断研制和创新迅速发展起来的一系列多种耐
磨材料，这种钢以废钢为主要原料，添加少量合金元素，铸造成型，在硬度大于
60 HRC的前提下，冲击韧性可达20～40 J/cm2，低于高锰钢但优于各类铸钢。

在低合金钢中加入元素如Si，Mn，B和稀土，适当加入少量Cr，Mo，V，Ti，
Ni等合金元素，并经适当热处理可获得良好的强韧性，满足不同的使用要求。

如
油淬低合金耐磨铸钢(ZG50Cr2MnSiNiMo)是针对破碎机锤头研制的一种新型耐磨材料，该材料生产的锤头使用寿命比高锰钢提高1倍以上，目前许多电厂输煤设
备中，如环锤破碎机锤头、挤压式破碎机鳄板、滚轴筛的筛齿都使用有这种耐磨材料以及近似该种性能的耐磨材料。

(3)空淬贝氏体耐磨铸钢。

新型空淬贝氏体钢属于非调质钢中的一类，在生产中热
加工成型工序与淬火工序结合，实现空淬自硬，简化了淬火工序，不仅节约了能源，简化了工艺，提高了生产效率，而且可以避免由于淬火引起的变形、开裂及氧化、脱碳等热处理缺陷，空淬贝氏体钢具有良好的综合性能。

由空淬贝氏体耐磨材料离心铸造的钢管还具有良好的焊接性能，已用在大口径输煤管道上。

(4)合金耐磨铸铁材料。

在普通白口铸铁中分别加入微量元素(称微合金化)，如Mn，W，B，V，Cr等，使其白口铸铁耐磨性能大大提高，尤其是高铬合金白口铸铁具有良好的抗磨料磨损性能。

在输煤设备上可用在往复式给煤机、圆盘式给煤机的叶爪或底板、侧面衬板上以及落煤管、煤斗、溜槽正对煤冲击的衬板和犁煤器的犁铧
衬板上。

以上介绍的是电厂输煤设备主要使用的金属防磨材料。

一些电厂输煤设备上，还在使用16 Mn等低合金钢防磨，由于其防磨性能差，使用寿命短，维修频繁，正逐步被淘汰。

另外，对于输煤设备零部件的局部磨损，还可以采取用特殊耐磨焊条进行堆焊。

用特殊耐磨堆焊焊条进行防磨。

因受施工时间、材料成本等条件限制，这种方法只能在设备局部磨损的小范围内使用，不在论述范围之内。

2.2 非金属防磨材料
非金属防磨材料，如耐磨涂料、超高分子量聚乙烯板材、特种耐磨陶瓷等，因其防磨性能优良，施工检修维护方便，近些年，上述后两种耐磨材料在电厂输煤设备上也被广泛使用。

(1)耐磨涂料。

以某种耐磨材料为基体，同时添加超细粉末、复合材料粉末、复合
胶黏剂等原料，配制成一种双组分常温固化涂料。

这类耐磨涂料很多，可以涂刷，也可以喷涂，并可以通过高温烧结使其表面形成致密、光滑、坚硬的耐磨体。

严格来说，有的耐磨涂料也有含金属粉末的成分，也有称为金属防磨涂料，由于不是完全的金属成分基体，因此，在这里把它也归结为非金属耐磨材料的范围。

耐磨涂料在电厂输煤设备上也有应用，如把防磨涂料涂刷或喷涂在堆取料机的斗轮、犁煤器上的犁铧衬板、皮带机上料斗、圆盘式给煤机的叶爪上。

由于防磨涂料抗压、抗冲击、抗疲劳、吸附及抗黏性能不能满足输煤设备防止磨损的需要，因此，其使用受到了限制，而在电厂锅炉尾部受热面管束、风烟道、制粉送粉管道的防磨中使用较多。

(2)超高分子量聚乙烯板材。

它属于高分子材料，是塑料、橡胶、纤维等原料通过
物理、化学方法合成的一种材料，具有高耐磨、耐腐蚀、自润滑、不易粘的特点。

近年来，超高分子量聚乙烯板材也常被使用在电厂输煤设备的防磨上。

如输煤设备的落煤管、落煤斗、煤仓、煤沟、煤槽等部位，可根据设备防磨表面尺寸切割拼合，
再通过螺栓连接在防磨的表面，防磨效果良好。

它的不足是，在落差大的部位，受原煤物料的强烈冲击会在表面形成凹坑，容易引起粘煤。

另外，一般连接螺栓易生锈，时间一久会出现整块脱落。

使用温度在80 ℃以下，易燃，物料不易在仓内长时间停留。

(3)特种耐磨陶瓷。

是以Al2O3为主要原料，以金属氧化物为溶剂，经1 700 ℃左右的高温焙烧而成的特种刚玉陶瓷，对一般的耐磨和腐蚀具有极高的抵抗力，而且性能价格比最高，磨损性能是一般耐磨钢的10倍以上，其洛氏硬度可达到
HRC85～90左右，并适合绝大多数场合使用，广泛使用在电力、化工、煤炭、钢铁、矿山、港口、水泥行业的设备防磨中。

对于输煤设备防磨材料来说，可以选择的防磨材料有2类，综合上述输煤设备的
磨损特点和磨损部位，输煤设备的防磨如何选择防磨材料，应根据其设备不同的磨损情况以及这些部位对防磨材料的适应性进行选择。

结合上述，输煤设备耐磨材料选择的基本原则如下。

(1)筛分破碎设备的锤头、鳄板、筛齿、衬板，应选用耐磨性能高、韧性好、抗冲
击力强的耐磨材料，如铸造耐磨高锰钢、低合金耐磨铸钢以及新型空淬贝氏体耐磨铸钢。

(2)给煤机的刮板、叶爪的衬板，导煤槽、犁煤器的犁铧衬板，这些部位与物料有
相对运动，可选用合金耐磨铸铁材料或耐磨涂料。

(3)落差不大，冲击力一般的落煤管、落煤斗、煤沟、溜槽，可选用超高分子量聚
乙烯板材。

(4)三通与锁气器切换挡板的衬板，可选用铸造耐磨高锰钢、或合金耐磨铸铁材料，在落差较大的部位可以选用特种耐磨陶瓷材料。

(5)输煤落差较大的落煤管、落煤斗以及输煤设备特殊部位的衬板，可选用耐磨性、抗冲击性极强的特种耐磨陶瓷材料。

现大型燃煤电厂输煤系统设备防磨材料主要选用铸造耐磨高锰钢、高强度耐磨钢板和耐磨陶瓷。

4.1 铸造耐磨高锰钢
对于形状比较复杂，外形尺寸较大，容易一次铸造成形且能承受较大冲击载荷的零部件，优先选用铸造耐磨高锰钢。

如碎煤机环锤选用ZGMn13-3材料，破碎板、筛板和拨料板选用ZG50Mn2材料。

4.2 高强度耐磨钢板
主要有国产NM系列耐磨钢板和进口焊达(Hardox)耐磨钢板。

因其易于切割和具
有良好的焊接性能，一般用作防磨衬板，如落煤管和其他部件的衬板。

联接一般采用焊接，如圆形料场堆取料机刮板机导轨防磨衬板。

4.3 耐磨陶瓷
用作衬板时被广泛称作为三合一耐磨陶瓷衬板。

所谓“三合一”即耐磨陶瓷衬板由陶瓷、橡胶和钢板组成，一体硫化成形，结合牢固。

陶瓷充当耐磨表面；橡胶主要起缓冲作用，有效地保护陶瓷；钢板及螺栓作连接部件。

三合一耐磨陶瓷衬板与底板采用螺栓连接，安装方便，连接可靠，不易脱落。

其与底板连接图如图1所示。

耐磨陶瓷衬板外形尺寸可任意选择，特别适合用作平面衬板。

如煤斗、落煤管的衬板，其超强的耐磨性使检修频次降低，节约了成本和人工。

近些年，结合电厂输煤设备防磨特点，研制开发了多种类型的陶瓷防磨材料，具有超强的耐磨性和抗冲击性能。

如某电厂在落煤管、落煤斗使用湖南某特种陶瓷有限公司生产的特种陶瓷材料，其独特的半球面设计以及与优质的橡胶缓冲层相结合，可抵抗大块物料冲击，使设备检修频率大大降低，一般输煤设备可长期在-50～350 ℃环境下运行。

输煤设备皮带机驱动和转向滚筒外部衬胶会受到物料的黏着
磨损和磨粒磨损以及设备转动周期挤压应力产生的疲劳磨损，对此，可以用特种陶瓷片，高强度有机或无机黏合剂镶嵌在特种橡胶里，并一同硫化和滚筒成型，提高
了设备的使用寿命。

近两年，这类防磨滚筒已在电厂使用，效果非常理想。

这种特种耐磨陶瓷还可以根据输煤设备局部形状，做成形状各异的防磨材料，安装在设备的局部与特殊位置，可大大减少局部磨损，解决了不易检修、维护的问题，避免了设备停运对电厂机组运行的安全影响。

阻止物料对输煤设备的磨损是不可能的，要考虑的是如何采取适当的防磨措施，尽力减少磨损对输煤设备的损害，降低劳动成本，从而提高输煤设备使用的可靠性，保证电厂发电机组的安全稳定运行。

防磨措施除按要求对不同磨损部位采用上述防磨材料以外，还应从以下几个方面考虑。

(1)全面检查梳理输煤设备磨损情况，针对性地安排检修计划，注重防磨效果，合理采用耐磨材料。

(2)输煤设备运行中，对于容易发生疲劳磨损的部位，如轴承、齿轮等，应定期检修和维护，采取听、摸、测等方法及时了解设备状况，及时保养、消缺。

检修期间应对这些设备进行解体检查，及时清理污物，对不符合要求的润滑油、油脂进行更换，装复时注意装配工艺。

(3)利用输煤设备停运切换期间，清理设备上的缠绕物及粘煤，对可能磨损部位及时进行检查，对磨损部位及时修补。

(4)设备计划检修期间，对容易发生磨损的输煤设备内部，一定要打开检查清除设备内部粘煤并检查磨损部位，找出磨损原因。

当部件磨损超过检修标准时，应该对磨损超标部件进行全部更换，更换时应注意检修工艺。

(5)对于环锤式破碎机的锤头，更换时要考虑好配重，减少设备运行产生的振动对轴承疲劳磨损的影响。

(6)对于输煤设备的落煤管、落煤斗、煤仓这些容易发生磨损的部位，防磨施工中一定要把金属表层结构的外表面层即脏污层、吸附层、氧化层去除干净，保证防磨材料附着紧密、牢固，连接螺栓材质应采用不易生锈的材料。

(7)要利用停炉期间定期清理煤仓及煤斗的存煤，防止积煤结块对采用高分子耐磨
材料的影响。

(8)检修维护期间，对于高分子耐磨材料、直黏性耐磨材料的修补，不能动火作业，一方面是保证耐磨材料与黏结剂的附着牢固，另一方面是防止该类防磨材料着火影响设备安全。

(9)对入库金属防磨材料要逐一检查，确认材料的牌号，防止在使用中用错材料，
影响防磨效果。

输煤设备的防磨处理在现代大型燃煤电厂的输煤系统中显得越来越重要。

输煤设备的稳定运行，能保障发电机组上煤安全可靠；输煤设备防磨处理得当，可减少大量的人力物力，提高劳动效率；输煤设备防磨性能的提高，可改善作业环境，减少了环境污染。

因此，认真做好电厂输煤设备防磨工作，采取符合实际的防磨措施，使用合理的耐磨材料，同时积极借鉴其他电厂输煤设备防磨经验，不断改进防磨措施和工艺，以保证电厂输煤设备的安全可靠和经济环保运行。

冯志勇(1959—)，男，江西南昌人，工程师，从事电力工程项目及安全管理方面
的工作(E-mail:137****************)。

王晓斌(1972—)，男，江苏常州人，高级工程师，从事电厂燃料生产管理方面的
工作(E-mail:************)。

【相关文献】
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