磨煤机CO检测系统取样探头磨损原因及解决方案

香雪薇　郭城

【摘 要】本文针对磨煤机CO检测系统取样探头的损坏原因和解决方案进行了阐述，通过全面的技术分析，找出目前磨煤机CO检测系统耐磨探头损坏的主要原因以及相关方面存在的问题，并提出相应的解决建议，为磨煤机CO检测系统的设计、施工、选择和使用提供一定的科学依据。

【关键词】磨煤机CO检测系统；冲蚀磨损；取样探头；耐磨材料

0 前言

磨煤机CO检测系统是用于连续检测在磨煤机运行中快速产生的CO气体浓度，并对CO气体浓度做出提前预警，能够有效预防磨煤机的自燃和爆燃、爆炸等事故的发生，保障人身和设备安全，是预防磨煤机自燃和爆炸事故发生的重要的安全检测设备。

磨煤机CO检测系统的取样探头往往安装于磨煤机出口的一次风粉管上或磨煤机分离器上，由于安装工况的特殊性和复杂性，取样探头的耐磨特性在磨煤机CO检测系统运行过程中起到了非常关键的作用。

1 设备概况

新疆某厂一期工程为2×300MW火电燃煤机组，选用中速磨煤机。每台磨煤机对应安装1套磨煤机CO检测系统，其中取样探头安装于磨煤机出口一次风粉管上。自2013年12月开始投运，仅6个月取样探头就全部磨损、报废。

2 取样探头磨损原因分析

取样探头安装在磨煤机出口的一次风粉管上，主要是受到风粉管内一定流速、一定煤粉浓度的煤粉气流的持续冲击而造成的取样探头材料表面流失，这种现象称为冲蚀磨损。任何材料的冲蚀磨损主要受环境因素、磨粒性质、靶材性质三方面因素的影响。下面将从这三方面因素分析取样探头磨损的原因。

2.1 环境因素分析

影响冲蚀磨损的环境因素诸如冲蚀速度，冲角、冲蚀时间、环境温度等。

该厂磨煤机CO检测系统取样探头水平安装于中速磨煤机出口的一次风粉管上，其管径为550×10，一次风粉设计流速为0～28m/s（设计煤种BMCR工况下为25.8m/s），工作压力0～11kpa，工作温度0～70℃，一次风粉冲蚀取样探头的冲角为90°。

磨煤机日常运行过程中，实际燃用煤质的水分较高，为了保证磨煤机的干燥出力，有意增加了一次风的风量，导致磨煤机长期在超设计风量和风速的工况下运行，加剧了取样探头的磨损。

2.2 磨粒性质分析

影响冲蚀磨损的磨粒性质主要包括磨粒硬度、形状、粒度、破碎性等。

该厂燃煤锅炉的设计煤种为宽沟煤矿煤样，收到基水分为14.1%；校核煤种一为小西沟煤矿：苇子沟煤矿：石梯子西沟煤=1：1：1混样，收到基水分为8.0%；校核煤种二为小甘沟煤矿：小西沟煤矿：苇子沟煤矿：石梯子西沟煤=7：1：1：1混样，收到基水分为9.0%。

其设计煤种、校核煤种一和校核煤种二的哈氏可磨性指数HGI依次为60、54、53，如表1所示，根据GB/T 7562-1998煤的可磨性分级可知，上述煤种均属于难磨制的煤种。

煤的可磨性分级（GB/T 7562-1998）哈氏可磨性指数HGI分别为40～60，60～80，>80。对应的可磨性为：难磨，中等可磨，易磨。

另外，校核煤种1、校核煤种2的冲刷磨损指数为2.4，3.3，根据煤的磨损性和煤的冲刷磨损指数的关系可知，校核煤种1和校核煤种2的磨损性较强。

煤的磨损性和煤的冲刷磨损指数的关系：煤的冲刷磨损指数分别为Ke<1.0，Ke=1.0～2.0，Ke=2.0～3.5，Ke=3.5～5.0，Ke>5.0。对应的磨损行分别为：轻微，不强，较强，很强，极强。

从哈氏可磨性指数和冲刷磨损指数可判断，燃用的几种煤质均属较难磨的煤质，磨损性较强，同样会加剧磨煤机CO检测系统取样探头的冲蚀磨损。

2.3 靶材性质分析

影响冲蚀磨损的靶材性质主要包括靶材硬度、组织、力学性能、物理性能等。

磨煤机CO检测系统取样探头是一种非加热型探头，由于取样探头的主体部分水平插入一次风粉管中，受到煤粉气流以90°的冲角正面冲刷。由于受到煤粉气流不断的冲击，使取样探头表面材料不断的受到反复地挤压锻造，于是形成小的、薄的、高度变形的薄片，随后呈片状屑由材料表面流失。

具体挤压锻造后探头表面材料主要分为以下几层：

软的表面层：最表层由于冲击挤压锻造，绝热剪切变形而被加热，使探头材料退火而降低硬度，形成一个软的表面层。

硬的加工硬化层：在软的表面层下面是一个硬度较高的加工硬化区，加工硬化区相当于砧块，入射粒子相当于锻锤。这个高硬度的加工硬化区一旦形成，将会对表面薄层起促进作用。在反复冲击和挤压变形作用下，探头表面形成的薄片将从材料表面剥落下来。

取样探头的透气部分（滤芯）宽18.5mm，致使取样探头含有透气部分的曲面两侧边缘不足5mm。此结构取样探头在国内其他地区使用效果良好，持续使用寿命达18个月以上。但是在该厂，磨煤机长期运行在大风量，高风速工况下，力学性能下降在所难免。

对损坏的取样探头进行了抽样化验检查，符合厂家标准产品出厂的材质校验要求。

综上所述，造成该厂磨煤机CO檢测系统取样探头磨损的主要原因归纳如下：

运行风量、风速大于设计值

燃用煤种磨损性强

3 取样探头防耐磨解决方案

降低取样探头冲蚀磨损的关键是降低风量和风速，如果不能降低，就需要改进取样探头结构或取样探头材质，以适应该厂的实际工况。

3.1 对原有取样探头结构进行改进

原有取样探头的结构和安装方式，致使风粉流以大冲角正面冲刷取样探头表面，挤压锻造作用增强。对原有取样探头的结构改进可以从两方面考虑，即：

改变风粉流的冲刷方向

加厚取样探头壁厚

根据上述思路，取样探头结构可以做如下改动：

将原有取样探头圆柱形护管下部进行改造，增加一个楔形面，即增加了探头迎风面的壁厚，并将风粉气流进行了变向分流。在变向分流过程中，不仅减小了冲角，而且还可以减小风粉的流速，有效降低取样探头受到的风粉流的冲蚀磨损，以延长使用寿命。

3.2 在原有取样探头基础上加装耐磨护管

原有取样探头结构及材质不变，在安装过程中，可以加装一根护管，护管材质建议使用壁厚为5mm的316L不锈钢无缝钢管，根据取样探头的尺寸，可选用DN65（76×3.5）热轧无缝钢管，插深470mm。

必要时，可在加装的护管四周进行开孔，开孔时务必使透气孔倾斜布置在护管四周，以减小风粉流对取样探头的冲角和流速，进而减小冲蚀磨损。

3.3 取样探头材质进行更新

原有采样探头是堆焊合金材质，堆焊合金虽然有一定的耐磨特性，但是在磨煤机风粉高速的冲刷下，耐磨效果不是很好。结合磨煤机特殊的工况，可以考虑采用耐磨度更高的陶瓷采样探头，其中部分厂家已经采用95刚玉或99刚玉材质的采样探头，在经过多个现场验证，耐磨效果非常好。陶瓷探头的可以解决耐磨的问题，但不足之处是在安装的时候容易破裂，故在磨煤机探头安装位置，安装？60无缝钢管，在无缝钢管上焊接安装法兰，这种安装方式避免在磨煤机直接开孔焊瘤的形成，有效避免了陶瓷探头安装发生破裂，也便于日后检修维护。

综上所述：磨煤机CO取样探头的使用效果直接影响设备的安全运行，在工况环境不能改变的情况下，只能通过对取样探头的结构和材质改变来适应恶劣的工况，从而保证设备的良好运行。

【参考文献】

[1]吴望一.流体力学.北京.北京大学出版社， 2004.12.

[2]叶宏.金属材料与热处理.北京.化学工业出版社，2008.

[责任编辑：朱丽娜]endprint