张亮
陕西蒲城孙镇电厂 陕西省渭南市 715501
摘要：直吹式中速磨煤机在我国火电机组中占有很大的比重，中速磨煤机磨辊衬瓦磨损严重，使用时间比较短，一直困扰着中速磨煤机安全经济运行且火电企业维护成本大大增加。某电厂制粉系统配置MPS-1900中速直吹式磨煤机，辊套衬瓦磨损严重，原装辊套衬瓦和堆焊后的辊套衬瓦基本使用时间为7000小时左右，辊套经过多次堆焊后，易出现磨辊开裂，严重影响磨煤机安全稳定运行，同时使检修和备件费用增大。为了确保磨煤机安全稳定运行和降低维护成本，经过调研：采用耐磨性能更好的金属陶瓷辊套衬瓦，使寿命增加至2.5-3万小时左右，降低维护和备件费用并且使磨煤机安全稳定运行得到了保障。
关键词：金属陶瓷 辊套衬瓦 研究 应用
一、概述
某电厂磨煤机自2001年12月投产以来，磨煤机由于辊套衬瓦磨损严重，每年对磨煤机进行大修，并且对磨损的辊套衬瓦进行更换，单台磨煤机每年大修费用和辊套更换费用高达28万，在多年磨煤机运行过程中，由于更换的辊套在堆焊过程中产生的热应力无法完全消除，随着堆焊次数的增加，辊套在热应力和外在加载力作用下，出现辊套开裂现象，严重影响了磨煤机安全稳定运行。
二、中速磨煤机工作原理及影响辊套衬瓦磨损的因素
2.1磨煤机工作原理
中速辊盘式磨煤机，其碾磨部分是由转动的磨盘和三个沿磨环滚动的固定且可自转的磨辊总成组成。原煤从磨煤机的中央落煤管落到磨环上，旋转磨环借助于离心力将原煤运动至碾磨滚道上，通过磨辊进行碾磨。三个磨辊沿圆周方向均布于磨盘滚道上，碾磨力则由液压加载系统产生，通过静定的三点系统，碾磨力均匀作用至三个磨辊上，作用力经磨环、磨辊、压架、拉杆、传动盘、减速机、液压缸后通过底板传至基础。原煤的碾磨和干燥同时进行，一次风通过喷嘴环均匀进入磨环周围，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉混合物烘干并输送至磨机上部的分离器，在分离器中进行分离，粗粉被分离出来返回磨环重磨，合格的细粉被一次风带出分离器。
2.2影响辊套衬瓦磨损的因素
2.2.1煤质对辊套衬瓦磨损的影响：煤的可磨性系数越大（也就是煤质相对比较好），辊套衬瓦磨损量就相对小些，反之辊套衬瓦磨损量就比较大。由于煤价持续增高，电厂为了降低发电成本，实行配煤掺烧，燃煤与设计煤种偏差较大，加剧了辊套衬瓦的磨损。
2.2.2磨煤机加载力对辊套衬瓦磨损的影响：磨煤机加载力是确保合格煤粉细度的外在力量，一般会随着煤量的增加而增加，同时人为设置一定的偏值来调整加载力，在实际生产过程中，由于煤质的变化比较大，煤粉细度也很难随时进行化验，所以运行人员无法根据煤粉细度及时调整加载力，煤的可磨性系数大时，有可能就会出现加载力过大，导致辊套衬瓦磨损严重，磨的可磨性系数小时，可能出现大量不合格的煤粉通过折向挡板返回磨盘，反复研磨，影响了磨煤机出力。
2.2.3辊套衬瓦材质对其磨损的影响：辊套衬瓦材质使用的材质是Cr2021,耐磨性能一般，通过近多年的使用，一般使用时间为7000-8000小时左右。
根据以上几个影响辊套衬瓦磨损的因素，从实际可行性角度来看，煤质由于受市场和成本的影响，很难确保达到设计煤种，而加载力同时受煤质变化的影响，在实际运行过程中，运行人员也很难做出判断，为了降低辊套衬瓦磨损，只能从辊套衬瓦材质角度考虑如何降低成本增加使用寿命。
三、改造的必要性
3.1辊套衬瓦维护费用比较高：北京电力设备厂所供的辊套衬瓦材质为Cr2021，原装和堆焊后的辊套衬瓦使用时间约为7000小时，辊套磨损量超过50mm，衬瓦磨损量超过30mm，就必须对磨煤机辊套衬瓦进行堆焊和大修，每台磨煤机堆焊费用约为20万，磨煤机大修费用约为8万，磨煤机年利用小时约为7000小时，所以磨煤机因为辊套衬瓦磨损，每年必须进行一次大修，堆焊和大修费用约为28万，在煤价不断上涨的情况下，严重影响了磨煤机的维护成本。
3.2原装辊套衬瓦堆焊后安全性能比较差：辊套衬瓦堆焊为离线和在线两种方式，在线堆焊由于受工作环境影响，堆焊质量比较差，电厂一般采用离线堆焊，每次堆焊时产生的热应力无法完全消除，随着堆焊次数的增加，产生的热应力就会相应增加，在使用过程中，辊套由于受到加载力和内部热应力的作用，很容易出现辊套开裂现象，严重影响了磨煤机安全稳定运行。
四、金属陶瓷与高铬铸铁辊套衬瓦性能比较
4.1耐磨性能比较：金属陶瓷辊套衬瓦由金属陶瓷、高铬铁、球墨铸铁通过特殊的熔铸工艺分次铸造成型，采用特殊工艺使合成物紧密融合成一体。金属陶瓷辊套衬板既有金属陶瓷的高硬度和高耐
磨性,又具有金属的良好韧性特征，硬度可达HRC68以上，耐磨性能好。高铬铸铁或堆焊的辊套材质一般为Cr2021，硬度一般在HRC58-61之间，相比较耐磨性比较差。
4.2使用时间比较：金属陶瓷辊套重量是高铬辊套的1.25倍，陶瓷辊陶总厚度220mm（陶瓷层60mm），陶瓷衬瓦总厚度110mm（陶瓷层60mm)，可双面使用，双面使用寿命不低于3万小时（运行15000小时左右，磨深不超过60mm，磨损不过中线，磨辊的型线不变，所以可以翻面使用）。翻面后还可以使用15000小时左右。内部基体材质是高铬铸铁，还可以堆焊修复使用，降低了采购费用。高铬铸铁耐磨层材质为Cr2021，根据近几年使用情况来看，使用时间基本为7000小时左右磨损量超过50mm就需要进行堆焊工作，按照相关技术要求和使用情况，高铬铸铁辊套衬瓦最多堆焊4次就无法正常使用，每次堆焊后的辊套衬瓦使用时间基本为7000小时。
4.3耐磨面结构比较：金属陶瓷耐磨辊套、衬板整个工作表面磨损程度比较均匀，表面的特殊凹坑结构减少了它们与物煤粉的相对滑动，增加了磨煤机对煤种的适应能力。高铬铸铁辊套衬瓦为平面，磨煤机运行时，辊套衬瓦容易和煤粉产生相对滑动，使磨煤机研磨能力下降。
五、金属陶瓷辊套衬瓦使用情况
2014年6月29日该厂对3E磨煤机辊套和衬瓦更换为金属陶瓷辊套衬瓦，截止2015年1月22日已运行超过4000小时，辊套磨损最大13mm,衬瓦磨损11mm,同期高铬铸铁辊套衬瓦磨损比较研究，
陶瓷辊胎与高铬的区别：
从使用寿命上，高铬磨辊一般再同类型煤质情况下，高铬一般寿命在5000-7000小时之间，且磨损一下超过磨辊厚度的三分之二，有的甚至磨透。就目前现场使用陶瓷磨辊及衬瓦的磨损速率来说，陶瓷辊套磨损速度不大于4mm/1000小时，按照最差煤质，陶瓷磨辊运行15000小时完全能够满足，若进行翻面使用则可达到30000小时。安装后目前设备使用小时大修情况，使用陶瓷磨辊磨煤机大修次数可由目前每年一次延长至2.5-3年一次，减少工作人员劳动强度，提高设备利用小时数，同时减少了因磨煤机检修造成的少发电量。
六、经济性及安全性评价
6.1金属陶瓷与高铬铸铁辊套衬瓦直接经济效益对比
金属陶瓷辊套和衬瓦使用时间按25000小时计算，在25000小时内只需要翻面检修一次，新高铬铸铁辊套衬瓦使用时间按7000小时计算，高铬铸铁辊套衬瓦堆焊3次，每次堆焊后的辊套衬瓦使用时间按7000小时计算，磨煤机年运行时间按7000小时计算。
金属陶瓷辊套25000小时内共计花费78万元（辊套3件39万元，衬板1套21万元，翻面1次8万元）；
高铬铸铁辊套25000小时内共计花费124万元（辊套3件27万元，衬板1套13万元，堆焊3次60万元，3次磨煤机检修人工费24万元）
4年（25000小时）内1台磨使用金属陶瓷辊套衬板比高铬辊套衬板节省检修总费用124-78=46万元
若两台炉10台磨全部采用维格复合金属陶瓷辊套和衬板，4年内（25000小时）两台炉10台磨煤机可以节省检修费用（万元）460万元
若两台炉10台磨全部采用维格复合金属陶瓷辊套和衬板，4年后对金属陶瓷辊套进行堆焊，可节省购买高铬铸铁衬瓦费用（万元）400万元
4年内10台磨煤机合计节约费用860万元
综上所述：磨煤机陶瓷衬瓦、辊胎在火电厂制粉系统有相当大应用潜力，不仅降低了维护和检修费用，而且提高的设备的运行可靠性，为机组多发、稳发提供了保障，建议对该产品进行推广使用。