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运煤系统落煤管中几种常用耐磨衬板材料

日期:2020-06-09 18:51 关注:

摘要:在火力发电厂的运煤系统中,落煤管不断地受到原煤的冲刷、碰撞,极易造成磨损,落煤管内衬耐磨衬板是缓解这类问题的最常用方法。文中对目前国内运煤系统落煤管中常用的几种耐磨衬板材料的性能及使用情况进行了分析介绍。

1 引言

在火力发电厂的运煤系统中,落煤管是连接各个转运站、筛碎室、主厂房中各层输送、储存、转运、筛分、破碎设备之间的主要输送连接部件,落煤管既包括下降管、落煤斗,也包括导流槽等,这些部件在运煤系统运行时不断地受到原煤煤流的冲刷、碰撞,极易造成壁板材料的磨损、腐蚀、泄漏等,并且由于落煤管磨损、腐蚀后也容易引发煤流在落煤管中的粘堵,严重影响运煤系统正常运行,污染运煤系统环境。为解决这些问题,落煤管内衬耐磨衬板是最常用的方法。目前落煤管内衬的耐磨衬板材料有很多种,本文主要对国内运煤系统中落煤管常用的几种耐磨衬板材料的性能、使用情况等进行介绍。

2 几种常用落煤管耐磨衬板介绍

2.1 16Mn

16Mn 属低合金钢板系列,16Mn 是老国标牌号,现在对应牌号为Q345,是目前火电厂运煤系统中落煤管衬板最常用和应用最多的的材料之一,它的价格和普通碳钢差不多,但是耐磨性却比普通碳钢高很多,同时容易加工,材料更换方便,广泛应用在火力发电厂的落煤管的非冲击面。但由于16Mn 材料自身性能所限,摩擦系数较大,硬度相对较低,在煤流直接冲刷时,使用周期较短,例如20 世纪对我国40 余座大中型电厂的调查显示,在碎煤机前的管道及煤斗中加衬16~20mm 的普通碳钢及16Mn 钢,一般几个月即被磨穿,最短的只有3 个月[1]。不得不更换衬板,但由于16Mn 性价比较高,加工容易,装卸方便的特点,因此在当前的运煤系统落煤管内衬设计中,还是常用的耐磨材料之一,例如国电榆次热电有限公司一期工程运煤系统落煤管和落煤斗内衬全部为厚16mm 的16Mn 衬板,内蒙古上都电厂三期扩建2 ×660MW 工程运煤系统落煤管和落煤斗内衬采用20mm的16Mn 钢板。

2.2 耐磨铸铁

耐磨铸铁一般分为普通白口铸铁,镍硬铸铁(Ni-Hard)和低铬、中铬、高铬铸铁[2]。在电力行业应用较多,用在运煤系统落煤管衬板主要是普通白口铸铁和高铬铸铁。

普通白口铸铁在我国应用很早,也是应用很广泛的一种耐磨材料,如农业中的犁铧就采用的是普通白口铸铁。它的优点是价格低廉,但缺点同样明显:质地脆,不耐冲击,一般由于工艺原因使得这种铸铁在用作衬板时板厚较大。在20 世纪时吉林热电厂曾将普通白口铸铁用在运煤系统中作为落煤管衬板,衬板厚度达到了40mm,落煤管的整体重量很重,增加了建筑的载荷和建造成本,同时在安装及维护时也十分不便。另外在衬板采用沉头螺栓连接时,运行一段时间后连接处出现锈蚀,使衬板无法进行更换,由于存在以上问题,所以普通白口铸铁在目前火电厂运煤系统落煤管衬板的设计中很少使用。

高铬铸铁是铬含量大于12%的白口铸铁,具有良好的硬度、耐蚀性及抗氧化性,同时具有比白口铸铁更好的韧性,因此是很好的耐磨材料,但因铬含量高,所以高铬铸铁的市场价格较高,主要应用在建材及电力行业的磨机磨球、破碎机锤头以及800℃以下的高炉衬板。由于高铬铸铁的耐磨效果比较好,因此目前火电厂中运煤系统落煤管中开始应用,例如石家庄鹿华热电厂采用的就是16mm厚的铁基高铬铸铁。

2.3 稀土耐磨铸钢

为了获得较高硬度,稀土耐磨铸钢中加入适量高效稀土复合变质剂,从而对钢进行孕育处理以提高材料的综合力学性能,特别是冲击韧度。这种铸钢硬度与一般钢材接近,但当淬火空冷后的硬度可以达到很高,目前用稀土耐磨铸钢制作球磨机衬板和环锤式破碎机的环锤,在火电厂的破碎、磨粉系统中取得了良好的效果,有资料显示通过对球磨煤机衬板采用稀土耐磨铸钢材质和Mn13对比,前者耐磨性是后者的将近2倍,另外锦州电厂碎煤机前的落煤管过去使用厚度16mm的碳钢板仅半年即被磨穿,而改用稀土耐磨铸钢后可延长至1.5~2年[3]。

稀土耐磨铸钢在具有良好耐磨性的同时,价格并不比高锰钢价格高。因此目前国内很多火电厂的运煤系统落煤管采用稀土耐磨铸钢作为衬板,使用效果较好,例如在大唐林州2×300MW级热电机组工程的运煤系统落煤管全部采用是材ZG30Gr25Ni4Si2Nre的稀土耐磨铸钢,山东怡力铝电有限公司1×150MW机组工程中的运煤系统耐磨衬板的材料采用的是厚度14mm稀土耐磨合金,衬板材料牌号:ZG40CrMnMoNiSiRe。

2.4 不锈钢

不锈钢分为奥氏体不锈钢,马氏体不锈钢和铁素体不锈钢,一般用作耐磨衬板的不锈钢是马氏体不锈钢。不锈钢作为耐磨衬板的优点很多,主要有:吸水率和热膨胀系数高,耐冲击,表面平整,利于物料流动。因此不锈钢板是火电厂运煤系统中的筒仓、循环流化床锅炉炉前煤仓内衬选用比较多的材料。但不锈钢的缺点同样明显:自身硬度较低,耐磨效果一般,安装不方便,造价高。尤其是在目前的火电项目中,不锈钢除耐冲击性能较其他材料有优势外,总体性价比不高,因此在落煤管内衬中大量使用是不适宜的,也很少有落煤管系统全部采用不锈钢作为衬板的情况。

硬度较低,耐磨效果一般,安装不方便,造价高。尤其是在目前的火电项目中,不锈钢除耐冲击性能较其他材料有优势外,总体性价比不高,因此在落煤管内衬中大量使用是不适宜的,也很少有落煤管系统全部采用不锈钢作为衬板的情况。

2.5 堆焊耐磨复合钢板

堆焊耐磨复合钢板是由普通母板基材和抗磨层两部分组成,它是以Q235或Q345钢板作为母板,采用埋弧自动焊将高铬耐磨堆焊药芯焊丝堆焊在母板上,形成堆焊抗磨层,一般堆焊层的化学成分中碳含量达4%~5%,铬含量高达25%~30%,抗磨层一般占总厚度的1/3~2/3。该材料的主要特点是抗磨损性能和抗冲击性能良好,宏观硬度可达50~60HRC。根据一些资料显示:通过磨损对比试验,耐磨复合钢板的耐磨性比低碳钢高20倍以上,比不锈钢、高锰钢高5倍以上,是铸态高铬铸铁的1.5~2.5倍[4]。

耐磨复合钢板由于母板材料为低碳钢,所以可以整体材料很方便地像普通钢板一样切割,弯曲或卷曲、焊接和打孔,加工成各种耐磨损部件,使用较为方便。

这种材料的缺点主要有:(1)堆焊焊材中铬含量较高,堆焊时抗磨层与基板间容易产生裂纹,致使耐磨层在后面加工或使用过程中容易脱落,起不到抗磨作用。(2)材料堆焊层硬度太高,加工工艺成本较高,同时材料中铬含量很高,这些因素使得堆焊耐磨复合钢板的市场价格较高。

虽然存在上述缺点,但耐磨复合钢板综合性能还是不错的,因而被国内一些电厂在运煤系统的落煤管采用,例如:国电青山热电有限公司,呼和浩特热电厂等。

2.6 陶瓷复合材料

火力发电厂的运煤系统落煤管中常用的陶瓷复合材料目前主要是搪瓷衬板和三合一耐磨陶瓷复合衬板两种。

搪瓷衬板在金属钢板表面高温焙烧瓷釉是一种陶瓷复合材料,瓷釉和基板的牢固结合,其渗透密着性能良好,瓷釉熔化在基板上,像镜面一样的光滑,具有硬度高、耐高温、耐磨、光洁、绝缘等特点。一般金属基板是普通碳钢,钢板厚度可根据工程实际要求选择,在火力发电厂落煤管系统中一般基板厚度不小于6mm。因为搪瓷衬板表面光洁度高,因此在耐磨的同时,也能有效解决落煤管的粘堵问题,搪瓷衬板的市场价格一般为8000元/t,性价比适中,因而在国内电厂中应用较多,例如国电滦河电厂五期扩建工程中,落煤管系统的所有衬板采用耐磨搪瓷,南阳热电一期工程中的落煤管(斗)衬板均采用厚度8mm的搪瓷面耐磨衬板,国电驻马店热电厂落煤管系统的所有内衬也采用的是10mm的耐磨搪瓷衬板。

三合一耐磨陶瓷复合衬板是陶瓷、橡胶、钢板的组合制品,将特种陶瓷片与橡胶直接硫化在带螺栓的钢板上而制成三合一结构(陶瓷+橡胶+钢板),衬板与落煤管(斗)管壁直接通过螺栓固定,陶瓷块较小,常为半球形或方形,特点是:在钢板与陶瓷中间又加设橡胶层缓冲,克服了陶瓷不耐冲击、易碎裂的弱点,同时橡胶吸收冲击能量,消音效果显著,金属底板及联件不与物料接触,避免腐蚀磨损。另外三合一耐磨陶瓷复合衬板更换方便。因此三合一耐磨陶瓷复合衬板目前在国内电厂中应用较多,比如国电兰州热电有限责任公司热电联产扩建项目中的所有落煤管(落煤斗)采用的就是三合一耐磨陶瓷复合衬板(陶瓷10mm+橡胶6mm+钢板6mm)。

但也有资料反馈三合一耐磨陶瓷复合衬板在使用过程中出现陶瓷脱落、翻转,局部位置的陶瓷脱落后,该处的落煤管磨损严重出现漏煤;陶瓷片翻转后出现落煤管通流面积减小造成落煤管堵塞的情况。

2.7 超高分子聚乙烯板

超高分子聚乙烯板简称UHMW-PE,是分子量高于150 万的热塑性工程塑料,具有自润滑性、耐磨、不粘着性、抗冲击、对酸碱的优良耐腐蚀性。广泛应用于钢铁、电力、煤炭、水泥、矿山等行业的煤仓、料仓等部位。近几年在电厂的运煤系统落煤管系统中也常被用作衬板。

但是超高分子聚乙烯板之所以耐磨,主要是与物料之间摩擦阻力减小,聚乙烯板与煤炭之间的摩擦因数仅为钢板的1/3~1/4[5]。另外,超高分子聚乙烯板的硬度较低,用尖锐的物体就可划出较深的印痕,不能耐受块状物料的冲击,对无尖角的物体耐磨效果较明显,如对粉状物体的输送衬板、炉前原煤仓内衬、电厂的排灰管等比较适合,在一定范围内可以替代不锈钢,提高经济效益。

在运煤系统物料输送过程中存在大量的大煤块、矸石等尖角块状物料,对落煤管内壁抗冲击要求较高,从目前一些火电厂的运煤系统落煤管系统中采用超高分子聚乙烯板做衬板的情况反馈,使用效果并不太好。当然原因除了以上提到的超高分子量聚乙烯板的自身材料缺点外,还有就是市场上这类材料的假冒伪劣产品较多,有些根本就是普通塑料板,极易发生燃烧、脱落等事故。因此在火电厂的运煤系统落煤管系统中尽量不要采用超高分子聚乙烯板做衬板。

2.8 微晶衬板

压延微晶衬板是一种新型耐磨衬板,是以各种矿渣为主要原料,经熔化、压延成型、晶化、退火而形成的一种高强高耐腐蚀的新型高科技工业防护材料和建筑装饰材料。其耐磨性能比锰钢高7~8倍,比铸铁高15~20倍,耐腐蚀性能比不锈钢和橡胶高10~25倍,可替代铸石、铸铁、高分子密度板等,根据一些电厂的使用情况信息反馈,这种材料衬板在混凝土料仓中应用效果明显。综合一些资料可以看出:压延微晶衬板在火电厂运煤系统的卸煤沟、翻车机室、锅炉原煤斗等部位作为衬板较好。而在落煤管部位目前没有具体的使用信息,考虑到这种材料不容易更换,因此在落煤管系统中采用压延微晶衬板时需慎重考虑。

2.9 其它耐磨衬板

除了以上提到的火电厂运煤系统中常用耐磨衬板材料外,目前世界上出现了很多高强度的新型耐磨钢板,比如:瑞典奥克隆德生产的HARDOX系列,德国迪林根的400V和500V,德国蒂森克虏伯的XAR400、XAR450、XAR500系列,日本的JFE-EH360、EH400和EH500,国内舞钢、武钢等生产的NM系列,NM360、NM400、NM450、NM500耐磨钢板等[6]。这些新型高强度耐磨钢的价格是比较合理的,尤其国产的NM系列钢板的市场价格与前面介绍的几种衬板的价格比较是合理的,以NM400为例,每吨价格仅在7600元左右,NM500每吨8100元左右。

这些新开发的高强度耐磨钢,目前主要应用在车辆、船舶、矿山设备、冶金、工程机械及水泥设备等方面,在电力行业应用不多,目前国内没有火电厂运煤系统的落煤管衬板采用这些新型耐磨钢的资料。但随着国内大容量机组的规划,必然需要大量落煤管衬板材料,在综合考虑经济及技术的基础上,建议可以尝试在火电厂的运煤系统落煤管衬板中使用这些新型耐磨钢板,以降低电厂的运营成本。

3 结语

通过对火电厂运煤系统落煤管常用的几种衬板材料介绍,可以知道国内输煤系统中使用的耐磨衬板材料有很多品种,存在多种选择,性价比各不相同,使用效果也各不相同。因此各电厂在选用落煤管衬板材料时,应该尽可能地收集资料,有条件的可以到其它与自己工况类似的电厂考察,获得这些电厂的运煤系统中落煤管衬板的使用情况,结合自身的工况条件做相应选择,比如输送粒度较小的煤质或基本上没有冲击的受磨面,可选用超高分子聚乙烯材料衬板;物料坚硬、粒度大,冲击强烈的部位,尽量选用稀土耐磨铸钢。在容易粘煤堵煤的部位,可以选用不锈钢作为衬板材料。

总之在选用火电厂运煤系统落煤管衬板时应该既要考虑衬板的耐磨性和使用年限,又要考虑衬板材料的价格和电厂自身经济状况,,必要时还可通过出去考察采集实际数据,取长补短,进行技术经济综合分析,以便选用最适合的运煤系统落煤管衬板材料。

 

 

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