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脫硝取樣風機葉輪磨損分析及防護措施

文檔作者：周方文檔來源：上海上電電力工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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2016年第6期 上海電力 35
脫硝取樣風機葉輪磨損分析及防護措施
周 方
(上海上電電力工程有限公司，上海200090)
摘要：在外高橋第三發(fā)電廠(以下簡稱外三廠)取樣風機運行中，飛灰在風機壓頭作用下對葉輪葉片產(chǎn)生沖
蝕磨損，嚴重影響取樣風機正常運行。本文主要對沖蝕磨損的機理進行探討，結(jié)合失效葉片磨損現(xiàn)狀，著重分
析了沖蝕磨損凹陷，物料損失過程及磨料硬度三者對葉輪葉片磨損產(chǎn)生影響。同時，基于取樣風機磨損部位
為進、出風口處及靠后壁面葉片和葉片彎曲外側(cè)的現(xiàn)實，推斷飛灰濃度、速度及運動方式綜合作用影響磨損部
位，此外，表面堆焊對磨損防護的效果較好。
關(guān)鍵詞：取樣風機葉輪；沖蝕磨損；磨損防護措施
中圖分類號：TQ546．5 文獻標志碼：A
0 引言
沖蝕磨損在電廠中是一種常見的磨損形式。
例如燃氣輪機葉片的磨損、鍋爐管道、高速磨煤機
的打擊板等構(gòu)件的磨損都可歸于沖蝕磨損。沖蝕
磨損定義為：遭受固體、液體微粒打擊、沖刷、侵蝕
使零件表面流失的過程，根據(jù)粒子流沖擊零件表
面的角度大小，把這類磨損方式分為沖刷磨損和
撞擊磨損，沖刷磨損指的是磨粒運動方向與材料
表面之間夾角較小，甚至接近平行，當微粒與材料
表面的夾角較大是，粒子與表面接觸方式為撞擊。
1 取樣風機磨損現(xiàn)狀
取樣風機是外三廠脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)備之
一
。取樣風機葉輪材料采用錳鋼板以增強耐磨延
長使用壽命，但通常情況下，葉輪在每次檢修是都
要更換一次，特別是在鍋爐使用劣質(zhì)煤的時，對葉
輪的磨損更加嚴重，每3個月就要補焊一次，每半
年要更換新葉輪，電廠有2臺機組，每臺機組配備
4臺取樣風機，更換1個新葉輪需要的材料和人
工費在4萬元左右，全廠每年直接損失在30萬以
上。而且葉片磨損以后，影響整個葉輪的動平衡，
會使振幅加大，嚴重時進一步導致軸、軸承以及電
機的損壞。
2 取樣風機葉輪磨損機理的分析
這些磨損是進入葉輪的中高速風中含有的飛
灰顆粒沖蝕作用導致的，在磨損葉片外觀可看到
微觀表面布滿犁溝狀凹陷，形成原因可如下分析：
2．1 沖蝕磨損的凹陷產(chǎn)生機理
在取樣風機葉輪的沖蝕磨損中，電廠應用的
飛灰中含有大量灰分，當飛灰顆粒以較小的入射
角與葉片接觸并作相對運動時，飛灰中硬度高而
且?guī)в欣饨堑腟iO2、AL203、TFeO、CaO、MgO、等
雜質(zhì)顆粒，在葉片金屬表面用棱角犁出一道道微
觀犁溝，將金屬推向溝的兩旁或前端，產(chǎn)生極大的
塑性變形。其后在飛灰中的雜質(zhì)顆粒的反復作用
下，經(jīng)反復塑變、強化，最終剝落而成磨屑，從而形
成一道道犁溝。經(jīng)多次塑變而成的磨屑呈塊狀或
片狀，其上可以看到層狀折痕，表面有臺階、壓坑
和裂紋。
2．2 沖蝕磨損的物料損失過程
在氣流中灰分的棱角對材料造成的犁溝切削
形成的磨溝，由于碳化物硬而耐磨，所以突出在周
圍基體表面上，即較軟基體受到選擇性先磨損作
用。因此局部區(qū)域可能出現(xiàn)脆性相剝落而產(chǎn)生的
深坑，坑周圍組織也存在著脆性裂紋的形貌。因
此在整個沖蝕磨損過程中，較軟的基體組織先受
到磨損，而后硬的碳化物也受到磨粒的切削作用
而逐步磨損。此外，在葉輪磨損過程中，由于珠光
體基體先被選擇磨損，使碳化物突出表面。高速
粒子流進一步?jīng)_刷，凸出的碳化物發(fā)生脆性斷裂
而失去對軟基體的保護作用，不斷循環(huán)過程使材
料不斷流失。
2．3 磨損與材料硬度及磨粒硬度的關(guān)系
磨損與材料硬度還與磨粒形狀有關(guān)，帶棱角
的磨粒導致切削磨損嚴重，引起葉輪磨損的主要
因素是飛灰顆粒中含有一些硬度高而且?guī)Ю饨堑?
上海電力 2016年第6期
雜質(zhì)顆粒，其硬度比葉輪材料高得多，而飛灰對葉
輪的磨損則相反，飛灰硬度比葉輪材料的硬度低
得多，葉輪與飛灰的相對硬度很高，所以飛灰對葉
輪磨損極小。
3 取樣風機葉輪磨損部位分析
根據(jù)真實情況可知取樣風機葉輪磨損部位主
要集中進、出風口處及靠后壁面葉片和葉片彎曲
外側(cè)。由于取樣風機葉輪的磨損方式為沖蝕磨
損，即飛灰在風機壓頭作用下進入取樣風機與葉
片相接觸造成磨損，而沖蝕磨損主要受磨料特性，
沖擊角，磨料速度，環(huán)境溫度等因素影響，在取樣
風機運行過程中，作為磨料的飛灰其形狀大小硬
度，以及環(huán)境溫度在取樣風機中是不變的，引起取
樣風機不同部位磨損程度差異主要是由于飛灰在
不同區(qū)域的濃度和速率不同。在進口處，由于風
速較大，飛灰以較大入射角沖擊取樣風機葉片邊
緣，對直接沖擊部位產(chǎn)生劇烈磨損，隨著取樣風機
的轉(zhuǎn)動，飛灰顆粒在靠近后壁面處運動方向產(chǎn)出
很大變化，方向的巨大變化使磨損更加劇烈，在運
行一段時間的取樣風機中通常會發(fā)現(xiàn)人口處靠后
壁面的部分有刀割般的缺口，缺口長度隨運行時
間的延長會逐漸擴展，會發(fā)生整個葉片脫離的嚴
重破壞，導致取樣風機報廢還會引起一連串電廠
事故。取樣風機運行中，通常葉片彎曲外側(cè)也會
發(fā)生較大磨損而內(nèi)側(cè)磨損通常較小。這是因為外
側(cè)區(qū)域是與飛灰接觸區(qū)，在葉輪轉(zhuǎn)動時對飛灰運
動影響大，此處的飛灰速率與濃度均遠高于內(nèi)側(cè)，
而隨著飛灰越靠近出口在離心力作用下速率更
快，當?shù)竭_出口時，原本形成的流線發(fā)生改變，飛
灰向與原先受力方向相反的方向運動，導致對出
口產(chǎn)生較大磨損。
4 防護措施
對取樣風機葉片的耐磨防護措施主要有以下
幾種：
(1)涂覆在葉片表面而磨損部位涂覆或粘接
高分子耐磨材料；
(2)熱噴涂(焊)，采用等離子噴涂方法或氧
乙炔火焰，在葉片磨損表而噴涂陶瓷；
(3)表面化學熱處理，對葉片表而進行滲碳
或多元共滲；
(4)表面堆焊，采用耐磨電焊條、耐磨粉塊在
風機葉片磨損部位堆焊耐磨合金；
(5)表面粘貼或焊接陶瓷，將耐磨工程陶瓷
利用高強度耐高溫膠粘劑或特殊焊接工藝復合在
風機葉片表面上。
在目前應用的技術(shù)中，表面堆焊應用較普遍，
堆焊后覆層可形成冶金結(jié)合，不易脫離，可以根據(jù)
實際情況不同選擇不同類型的堆焊材料，多層堆
焊后硬度和耐磨性均可達較好效果。
5 結(jié)語
通過對電廠取樣風機葉片磨損理論及磨損部
位的分析和防護措施的了解得結(jié)論如下：
(1)取樣風機葉片磨損屬于沖蝕磨損，磨損
是飛灰中硬度高而且?guī)в欣饨堑碾s質(zhì)顆粒經(jīng)反復
塑變、強化，最終剝落而成磨屑，導致磨損。磨損
量與磨料硬度有直接關(guān)系。
(2)葉片磨損的主要部位是進風口及靠后壁
面葉片和葉片彎曲外側(cè)及出口處，這是由飛灰濃
度、運動速率以及運動方式?jīng)Q定的。
(3)在目前防護措施中，表面堆焊的效果較
好。
(收稿日期：2016-09—18)
作者簡介：周 方(1978一)，男，本科，主要從事鍋爐輔機
設(shè)備的維護與檢修。

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