摘 要：為了解決我廠排風機葉輪的強烈磨損問題，我廠在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，大膽采用陶瓷-金屬復合工藝，成功地將耐磨工程陶瓷應(yīng)用在風機葉輪的防磨上，使風機葉輪的使用壽命提高五倍以上，為我廠風機葉輪的耐磨防磨以及安全生產(chǎn)又提供了一種有效可靠的方法。 關(guān)鍵詞：陶瓷 膠粘劑 磨損 風機 Abstract： In order to resolve the abrasion occurred in induce and extract fan of power plants, ceramics tiles are bonded on the surface of the fan with high molecule adhesive or welding method successfully. Application in our plant for past 3 years shows a very bright future with the ceramics tiles in solving the abrasion in the power plants. 一，引言 火電廠大量使用的各類風機有引風機、排粉機、給風機和送風機等。其中引風機作為電廠的主要輔機之一，因為磨損而嚴重影響其出力并帶來頻繁的更新維修，已成為火力發(fā)電廠鍋爐安全運行的隱患之一。以我廠為例，由于鍋爐采用水膜除塵器且燃用煤種灰份較高，而且水膜除塵器效率較低，煙氣中含灰量偏大，且燃用煤種灰份波動較大時，水膜除塵器除塵效率不穩(wěn)定，造成引風機葉片磨損加劇。尤其是機翼形葉片，磨漏后進灰引起動不平衡，風機振動而被迫停機處理，機組降出力，對發(fā)電廠的經(jīng)濟效益以及社會效率造成很大影響。多年以來，雖然使用過許多表面強化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂、噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火或化學熱處理等，效果均不十分理想。2003年我廠在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，大膽采用北京鈦盾科技有限責任公司的陶瓷-金屬復合制作技術(shù)，將耐磨工程陶瓷用于風機葉輪的耐磨防磨，并取得了初步成功。其后，經(jīng)過進一步的工藝改進，先后在我廠的四臺Y4-73NO.22F風機葉輪上進行應(yīng)用，最長使用時間己達到三年以上，使用壽命提高三倍以上，最長運行時間到達三年以上，為我廠機組安全高效運行提供了可靠的保證，取得良好的經(jīng)濟效益。 二，葉輪運行工況 我廠鍋爐除塵器為文丘里水膜除塵器，設(shè)計煤種含灰量22.81%。91年機組投產(chǎn)以來，一直燃用灰份較低的煤（灰份為12%），除塵效果一直較好，引風機磨損問題沒有顯現(xiàn)。96年以后，由于煤炭市場的制約，我廠開始燃用灰份較高的劣質(zhì)煤，含灰份達48%。以后除塵器效率低，過負荷。引風機磨損加劇的問題逐漸突出。我廠引風機型號為Y4—73N022F，出力為28.33萬立方/小時，葉片為后彎機翼型。98年引風機開始頻繁振動，葉片魚頭部位磨損，磨漏進灰現(xiàn)象嚴重，嚴重制約我廠的安全經(jīng)濟運行。檢修人員平均每周一次對葉片的焊補，找動平衡，造成比較被動的生產(chǎn)局面。為此，廠領(lǐng)導痛下決心一定要扭轉(zhuǎn)這種局面，采取一切可能的措施，解決這個問題。 解決這個問題，有兩個思路，一是徹底解決除塵效率低的問題，二是增強引風機葉輪防磨性能，而前一種可能性不大。因為煤種無法改變，且將水膜除塵器改為電除塵需幾千萬的資金，不現(xiàn)實，所以只能在第二種方法上下工夫。 三，引風機葉片的磨損分析及對策 引風機葉輪主要將鍋爐燃燒廢氣通過煙道、煙囪等系統(tǒng)排放到大氣中。在目前大修機組中由于使用了靜電除塵裝置，除塵效率可以達到99.9%以上，煙氣中所含的硬質(zhì)顆粒非常低，因此對引風機葉輪的磨損也特別輕微，在一些電廠使用可以達到幾個大修期以上。然而對于使用水膜除塵器的鍋爐，由于除塵效率較低，如果再燃用高灰份電煤，將導致葉輪強烈磨損，特別是對于機翼型葉輪，如果在葉片入口端，如果磨損導致葉片進灰，將導致葉輪失去動靜平衡而產(chǎn)生強烈震動，從而嚴重影響風機的安全運行。以我廠的風機葉輪為例，磨損主要發(fā)生在葉輪的入口端，同時在葉片的入口和出口端靠近后盤分別形成一個三角形的磨損區(qū)域。這些部位的鋼板經(jīng)常被磨穿或磨成較深的溝槽，尤其在焊縫處磨損更為嚴重。 為了解決我廠葉輪磨損嚴重的問題，多年來我們進行了大量的調(diào)研，對國內(nèi)外為延長風機葉輪的使用壽命進行了大量深入細致的研究和探討，歸納起來主要有以下幾種： 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； 表面涂覆：在葉片表面磨損部位涂覆或粘接高分子耐磨材料； 熱噴涂（焊）：采用等離子噴涂方法或氧乙炔火焰，在葉片磨損表面噴涂陶瓷或碳化鎢或者噴焊鎳基＋碳化鎢合金； 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。 2002年，我廠生產(chǎn)技術(shù)人員到各電廠和有關(guān)科研單位進行實地考察，認為熱噴涂耐磨技術(shù)由于受到噴涂材料和噴涂工藝的限制，耐磨效果并不明顯，而且由于大量輸入熱量，有可能導致葉輪變形，而且目前采用較少；表面堆焊技術(shù)大量使用，也是我公司的主要維修手段，但因為耐磨焊條質(zhì)量和工藝的差別，導致耐磨性能和效果均不是十分理想；而表面鑲嵌 陶瓷，增加的厚度較高，增加了葉輪的重量，有可能造成引風機過負荷運行。 經(jīng)過對采用粘貼陶瓷的牡丹江熱電廠、呼和浩特熱電廠、哈爾濱熱電廠等的考察，認為北京鈦盾科技公司的陶瓷粘貼技術(shù)比較成功，牡丹江熱電廠與1999年6月對葉輪進行的防磨處理，至今已運行4萬多小時，運行中未發(fā)現(xiàn)問題。定期檢查時，偶爾發(fā)現(xiàn)有少量瓷片脫落，現(xiàn)場自己就可以貼補，瓷片厚度僅為2毫米，對葉輪的重量影響不大，可以現(xiàn)場施工。維護簡單，效益可觀。因此我廠決定采用陶瓷粘貼技術(shù)，對引風機葉輪進行耐磨處理。 四，風機葉輪粘貼陶瓷片的可行性分析 風機葉輪粘貼陶瓷防磨效果取決于兩個條件，第一，首先要求陶瓷耐磨性能優(yōu)異，其耐磨性應(yīng)當比WC噴涂噴焊材料或堆焊材料高至少三倍以上。其次，要求陶瓷與金屬之間可靠連接，即使用的粘接劑的粘接強度要高，韌性要好，而且耐溫耐腐蝕， 耐老化壽命至少在十年以上，強度下降不超過10%。而且陶瓷防磨對于機組為水膜除塵引風系統(tǒng)有不掛灰的特點。 4．1 耐磨陶瓷的性能 作為耐磨材料使用的陶瓷主要有氧化鋁、碳化硅、氮化硅及氧化鋯等。針對風機葉輪的使用工況，耐磨陶瓷采用冷壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷，其主要特點是價格便宜，密度小，耐磨性能優(yōu)異。經(jīng)實測，采用冷壓燒結(jié)的氧化鋁陶瓷塊硬度為HRA88，比重3.7，耐磨性是高鉻鑄鐵的５倍左右，普通碳鋼的100倍左右。在風機上使用，陶瓷片的厚度只有1.5mm，每平方米（10000片）的重量只有5.5公斤。在風機葉片的入口處，可以采用U型陶瓷塊，在迎風面尺寸可以達到6mm。相對于一般的熱噴涂及堆焊材料，因最大厚度只有1-3mm，因此，陶瓷的耐磨性能完全可以達到預(yù)期的目標。 4.2 膠粘劑性能校核 相對于排粉機90℃的運行溫度，引風機的運行溫度要高些，在140－160℃之間，但排粉機葉輪的轉(zhuǎn)速比引風機高二倍以上，而且是在帶硬質(zhì)顆粒的高速沖刷氣流作用下工作。因此要求膠粘劑必須具備一定的耐高溫性能，同時具有一定的抗剪強度和抗老化性能。陶瓷的熱膨脹系數(shù)只有金屬的一半,因而還需要膠粘劑具有良好的韌性。據(jù)此配制的膠粘劑主要性能如下：不同溫度下抗拉強度（金屬-金屬）分別為50MPa（室溫）、36 MPa（100℃）、２0MPa（150℃）；抗剪強度分別為２８MPa（室溫）及20 MPa（100℃）、10MPa（150℃）。膠粘劑的韌性介于陶瓷與金屬之間，固化后不收縮。 經(jīng)計算，在90℃溫度下，當一個直徑為Ф2020的排粉風機葉輪以1440rpm轉(zhuǎn)動時，在葉輪最邊緣上一塊10×10×1.5 （mm）的瓷片受到的向心力為0.446（kgf），而此時膠粘劑所能提供的抗剪力為360（kgf）（100℃），粘接力的大小是瓷片受到向心力的近450倍?？梢娔z粘劑具有極高的粘接保險系數(shù)。 五，試驗結(jié)果分析 根據(jù)以上可行性分析以及參照其他廠的應(yīng)用經(jīng)驗，我廠于2003年5月大修期間對其中的一臺引風機葉輪進行了粘貼瓷片的防磨處理，，在葉片的魚頭部位、葉片迎風面及后盤的連接部位，分別復合了耐磨陶瓷片和特殊形狀的陶瓷耐磨件。其中葉片表面使用尺寸為10×10×1.5mm的陶瓷片,入口處用U型陶瓷片，迎風面厚度為6mm。施工過程中嚴格按照現(xiàn)場施工工藝進行，表面噴砂處理，金屬及陶瓷表面活化偶聯(lián)劑處理及相應(yīng)的加熱固化處理。粘貼完后不作動平衡直接投入使用。期間，鍋爐燃用煤灰份在45%以上。經(jīng)一年運行，陶瓷磨損非常輕微，狀況良好。2005年大修檢查，發(fā)現(xiàn)除有少量的瓷片脫落外，其他基本完好。 分析不同部位的陶瓷片磨損情況發(fā)現(xiàn)，在沿氣流流動方向的平面上瓷片磨損平均不到0.1mm，越靠近葉輪外圓，即葉片的出口端，磨損越嚴重，平均磨損0.2mm,明顯比中盤輪轂兩側(cè)處磨損嚴重。這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速愈大，因而磨損就愈嚴重。與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上（入口處魚頭部位）的瓷片磨損最為嚴重，最多可達0.3-0.5mm。實際上這正符合了陶瓷沖刷機理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴重。而且由于接縫處形成的渦流使得沿接縫處金屬基體磨損最為嚴重，甚至可以把金屬襯板磨穿，使得局部陶瓷完全懸空,造成部分迎風接縫處瓷片脫落。 2004年機組大修，另一臺引風機也采用了此技術(shù)，不同的是此次鈦盾公司直接與葉輪生產(chǎn)廠家合作，直接在廠家進行了粘貼瓷片的施工。可以說非常完善，從整體施工工藝及外觀質(zhì)量都要好于現(xiàn)場施工。因為這樣葉輪生產(chǎn)廠可根據(jù)鈦盾公司貼瓷片的工藝要求在生產(chǎn)工藝上配合。此臺風機運行至今例行檢查沒有發(fā)現(xiàn)有瓷片脫落現(xiàn)象，取得較好的效果。 六，經(jīng)濟效益分析： 以往我廠未采取此工藝前引風機葉輪運行一般6個月開始出現(xiàn)葉片魚頭部位磨漏、進灰，頻繁補焊，因為補焊破壞了母材整體強度和塑性，在運行中又頻繁出現(xiàn)裂紋，沒有辦法又得補焊，這樣造成了惡性循環(huán)。一般一臺新輪運行一年左右就無法再進行補焊處理，就得更換。換一臺葉輪4萬元計，4臺風機為16萬元，而采用貼瓷片工藝后，預(yù)計可完全運行4年左右，可節(jié)約資金48萬元，其中減少了大量的維護工作量，保證了機組滿出力，其經(jīng)濟效益和社會效益是非常可觀的。 七、結(jié)論 我廠先后共計4臺葉輪上采用陶瓷防磨技術(shù)，經(jīng)過實際長達3年的運行結(jié)果表明，只要在施工過程中嚴格按照工藝操作，在使用過程中定期檢查，嚴格按照維修工藝進行維修，風機葉輪表面粘貼陶瓷防磨是一項可靠、有效的耐磨防磨措施， 不但可以提高使用壽命，具有重要的經(jīng)濟意義，而且可以提高設(shè)備運行的可靠性，還具有重要的社會意義。