1、煤的磨損特性與磨損指數張經武整理2014.6.煤的磨損特性及磨損指數張院長講義1煤的磨損特性與磨損指數張經武整理煤的磨損特性及磨損指數張院 1 固體顆粒的磨損 2 氣固兩相流的流動與磨損 3 燃燒器與制粉系統管道一次風速的推薦流速 4 煤的特性與磨損指數 5 煤的磨損指數的判據 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義2 1 固體顆粒的磨損煤的磨損特性及磨損指數張院長講義1 固體顆粒的磨損特性1.1 磨損的類型 （1）沖刷磨損 （2）撞擊磨損1.2 磨損的影響因素 （1） 顆粒的硬度及磨損煤的磨損特性及磨損指數張院長講義31 固體顆粒的磨損特性1.1 磨損的類型煤的磨損特性及磨損成分煤中質量百分數，%

2、莫氏硬度維氏硬度kg/mm2成分煤中質量百分數，%莫氏硬度維氏硬度kg/mm2純 煤石 英黃鐵礦851.61.51.21.576710701200130011001300藍晶石黃 玉0.10.1678500215015001700硅酸鹽：高嶺土伊利石白云母長 石5330.122.522.522.56304020354080700800碳酸鹽：方解石菱鎂礦菱鐵礦礬 土0.50.10.2稀少34491301703705203704301200煤的磨損特性及磨損指數張院長講義4成分煤中質量百分數，%莫氏硬度維氏硬度成分煤中質量百分數 （2）金屬材料的硬度 純煤的維氏硬度1070 （kg/mm2） 錳

3、鋼的維氏硬度180220（kg/mm2） 石英的維氏硬度12001300（kg/mm2）煤的磨損特性及磨損指數張院長講義5 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義5 （3）煤中的灰成分 SiO2和Al2O3是灰分特性中影響磨損的特別重要的因素。 SiO2和Al2O3的比值越大，磨損越嚴重。因此，常常將SiO2和Al2O3的比值作為一種判別準則。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義6 （3）煤中的灰成分煤的磨損特性及磨損指數張院長講 （4）顆粒的直徑 當顆粒很小時，沖刷磨損很小。隨著顆粒直徑的增大，其質量隨之增加，撞擊動量也隨著增大，磨損量也隨之增加。當顆粒直徑達到某一臨界值后，磨損量幾乎不變，或者變化十

4、分緩慢。一般認為，在相同的顆粒濃度下，顆粒直徑越大，單位體積內顆粒數量就越少，雖然大顆粒沖擊壁面磨損能力較大，但沖擊到壁面的總顆粒數降低，所以材料的磨損量仍變化不大。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義7 （4）顆粒的直徑煤的磨損特性及磨損指數張院長講義7 （5）顆粒的濃度 材料的沖刷磨損基本上與濃度的一次方成正比。 （6）顆粒的速度 顆粒速度對沖蝕量的影響是研究材料沖蝕磨損的重要方面，磨損量與顆粒速度成n方關系。試驗研究表明，磨損量與顆粒速度的3次方成正比。提高速度，會使顆粒的動能增加，從而導致沖蝕磨損迅速加劇，所以流速越大，n值也將越大。 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義8 （5）顆粒的濃度煤

5、的磨損特性及磨損指數張院長講義82 氣固兩相流的流動與磨損 2.1 管道內氣固兩相流的流動與磨損 靠近燃燒器處一次風管內的氣固（空氣與煤粉）兩相流動中，除了流速之外，煤粉濃度沿徑向的分布規律，對管道的磨損也有較大影響。 （1）鉛垂直管內氣固兩相流動，顆粒濃度在截面上對稱分布。 （2）水平圓管道，由于顆粒受到重力作用，在管道底部顆粒濃度最大。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義92 氣固兩相流的流動與磨損 2.1 管道內氣固兩相流的 （3）在管道彎曲部分，顆粒和管道外側發生碰撞并減速，在一定情況下，管道曲率越大，減速也越大。彎管外側將受到強烈的磨損，其磨損與彎曲半徑成反比。在同樣的進口流速下，R/D

6、（彎管半徑/管子直徑）越小，分離在彎管外側的煤粉量越多。一般取R/D=610。這時彎管部分的磨損較小。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義10 （3）在管道彎曲部分，顆粒和管道外側發生碰撞并減速， 2.2 百葉窗煤粉分離器內氣固兩相流的流動與磨損煤的磨損特性及磨損指數張院長講義11 2.2 百葉窗煤粉分離器內氣固兩相流的流動與磨損煤的磨損特 在百葉窗濃縮器設計中，葉片傾角和遮蓋度是2個重要的結構參數。對于百葉窗濃縮器磨損的研究表明： （1）在任何工況下各級葉片的磨損程度不同，后級（沿來流方向，向后排列）葉片磨損更嚴重。 并且各級葉片磨損程度的差異大小，還受結構因素的影響（如葉片傾角和這蓋度）。煤的

7、磨損特性及磨損指數張院長講義12 在百葉窗濃縮器設計中，葉片傾角和遮蓋度 （2）葉片傾角和遮蓋度等結構參數，以及總的結構布置對各級葉片磨損有較大影響，如傾角增加，各級葉片磨損量逐漸減小，在傾角30左右，磨損量出現最低值；遮蓋度增大，各級葉片磨損量呈現近似線性減小的趨勢，后兩級減小迅速，在遮蓋度=s/H=0.4時達到最小值。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義13 （2）葉片傾角和遮蓋度等結構參數，以及總的結構布置 （3）從磨損位置來看，前兩級葉片受顆粒磨損較均勻，而后兩級葉片不同部位差別很大，嚴重磨損部位集中在葉片中前部。遮蓋度對嚴重磨損部位有較大影響。 （4）隨氣流速度增加，各級葉片的磨損量急劇

8、增加，磨損量與氣流速度符合EVn（n3）的關系，而且各級葉片的n值不同。給粉濃度增大，各級葉片的磨損量會急劇增大，呈明顯的線性關系. （5）在結構上，根據數值預測結果，采取了相應的防護措施，重點防護后級葉片和濃側出口喉部壁面的磨損，取得了效果。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義14 （3）從磨損位置來看，前兩級葉片受顆粒磨損較均 3 燃燒器與制粉系統管道一次風速的推薦流速 如上所述，燃燒器與制粉系統的一些零部件和管道的磨損，與流速呈3次方的關系，因此選用合理的流速和均流就非常重要。 3.1燃燒器的一次風速 按JB/T10440-2004大型煤粉鍋爐及燃燒器性能設計規范推薦的燃燒器一次風速度，也可

9、按DL/T831-2002大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導則選取。這兩個標準推薦的數據很接近。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義15 3 燃燒器與制粉系統管道一次風速的推薦流速 燃燒器一次風速的推薦值燃燒方式煤種300MW600MW直吹式制粉系統切向燃燒燃燒器（BMCR工況）低Vdaf煤煙 煤褐 煤202422301622222624321825貯倉式制粉系統切向燃燒燃燒器（BMCR工況）低Vdaf煤煙 煤劣質煙煤202825302227直吹式制粉系統對沖燃燒燃燒器（BMCR工況）低Vdaf煤煙 煤1420142414201424貯倉式制粉系統對沖燃燒燃燒器（BMCR工況）低Vdaf煤1418141

10、8 當煙煤灰分Aad40%，Qnet,ar小于16.7MJ/kg或Aad32%的洗中煤可定為劣質煙煤 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義16 燃燒器一次風速的推薦值燃燒方式煤種300MW600MW直 3.2 制粉系統管道一次風速 按DL/T5145-2002火力發電廠制粉系統設計計算技術規定推薦的制粉系統管道中的介質流速。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義17 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義17制粉系統管道中含粉氣流流速管道名稱推薦流速，m/s一次風總管1525貯倉式制粉系統干燥劑送粉的送粉管道2228貯倉式制粉系統熱風送粉的送粉管道2832直吹式制粉系統的送粉管道2228三次風管道2240通往

11、煙囪或爐膛上部的乏氣管道2235 對于長管道宜取上限。 當氣粉混合物溫度超過260時，宜取上限。對于長管道宜取上限；在高海拔地區，經修正后的熱風送粉流速不宜超過35m/s。 按磨煤機可能出現的最低負荷運行方式，核算送粉管道流速不應低于18 m/s。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義18制粉系統管道中含粉氣流流速管道名稱推薦流速，m/s一次風總管4 煤的特性與磨損指數 4.1磨損指數的研究 為了判斷煤質的優劣，可通過對煤進行常規的工業分析，用發熱量、固定碳、揮發分、灰分、水分等項指標來得到反映，或進行煤的元素分析獲得更多的指標；用可磨性指數表征煤被破碎的難易程度；用磨損指數表征煤在破碎時對金屬的磨

12、損性大小，即磨損指數。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義194 煤的特性與磨損指數 4.1磨損指數的研究煤的磨損 4.2磨損指數與可磨性指數的關系 （1）煤的可磨性指數與煤在破碎時對金屬的磨損指數，是兩個完全不同的概念。但兩者有某些相似之處。即都是在破碎的情況下，而測定的卻是煤的兩個不同的物理特性。測定可磨性指數的理論依據是根據物料破碎定理：在研磨物料時所消耗的功（能量）與所產生的新的表面積成正比。而可磨性指數反映的是煤被破碎到要求的細度時消耗能量的多少，具體應用這項指標是在實際磨煤機磨煤產量所受到的影響。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義20 4.2磨損指數與可磨性指數的關系煤的磨損特性及磨損指

13、 （2）如圖表明，可磨性指數與磨損指數關系的數據點很分散，沒有顯見的關系，進行線性回歸計算，得出煤的可磨指數與磨損指數兩者的相關指數僅0.32，說明兩者不構成顯著的函數關系。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義21 （2）如圖表明，可磨性指數與磨損指數關系的數據點很分散煤的磨損指數與煤中主要礦物成分含量關系煤的磨損特性及磨損指數張院長講義22煤的磨損指數與煤中主要礦物成分含量關系煤的磨損特性及磨損指數 4.3磨損指數與灰分的關系 灰分是煤中的有害成分，灰分增加，無論對磨制還是燃燒都增加危害性。一般認為含灰量高的煤種，在磨制破碎時對金屬磨損嚴重。如下圖所示，為判斷煤的磨損特性與灰分的關系，灰分與磨損

14、指數的數據點很分散，沒有明顯的關系?；曳峙c磨損指數的相關指數為0.5，表明二者線性關系不顯著。 對磨損指數與灰分關系判斷分析，目的是想利用灰分這項常規指標來預測煤的磨損性大小是否能提供一定參考作用。而灰分這一指標本身是有局限的，煤的磨損特性及磨損指數張院長講義23 4.3磨損指數與灰分的關系煤的磨損特性及磨損指數張院磨損指數與灰分的關系煤的磨損特性及磨損指數張院長講義24磨損指數與灰分的關系煤的磨損特性及磨損指數張院長講義24 4.4煤的磨損指數與煤中主要礦物成分含量關系的分析 （1） 對煤中礦物成分的硬度分析可知，粘土類礦物高嶺石和碳酸鹽類礦物方解石的硬度一般為23（莫氏硬度），相當于維氏硬

15、度10MPa以下，對金屬磨損作用甚微。褐鐵礦雖然分布較廣，但硬度變化太大，根據它判斷對磨損的影響比較困難。由于石英、黃鐵礦、菱鐵礦（SiO2、FeS2、FeCO3） 在煤中分布較廣，而且硬度較高，因此可以認為，這三種礦物對煤的磨損性質起著較大的影響。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義25 4.4煤的磨損指數與煤中主要礦物成分含量關系的分析煤 （2）煤的磨損指數和煤中石英、黃鐵礦、菱鐵礦的含量有一定關系： Ke=f（W） 其中，W=-SiO2+FeS2+FeCO3 即認為磨損指數Ke是石英、黃鐵礦和菱鐵礦三者含量之和的函數。以磨損指數Ke為縱坐標，以石英+黃鐵礦+菱鐵礦的總和含量W為橫坐標，以表4

16、中的數據作圖，數據點很分散，沒有明顯的函數關系。相關系數為0.62，表明二者線性關系不顯著。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義26 （2）煤的磨損指數和煤中石英、黃鐵礦、煤的磨損特性及磨損指數張院長講義27煤的磨損特性及磨損指數張院長講義27 按煤種、W（-SiO2+FeS2+FeCO3）、磨損指數Ke、灰分Aad、可磨性指數HGI的內容給出91種煤的相互關系的數據，還需要繼續積累。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義28 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義285 煤的磨損指數的判據 5.1國內采用的煤的磨損指數的判據 （1）沖擊式磨損指數DL465-1992煤的沖刷磨損指數試驗方法（西安熱工研究院制

17、定） 據統計，煤種SiO2/Al2O32.0時，幾乎所有煤種的 Ke3.5磨損指數Ke11.02.02.03.53.55.05.0磨損程度輕微不強較強很強極強煤的磨損特性及磨損指數張院長講義295 煤的磨損指數的判據 5.1國內采用的煤的磨損指數的（2）旋轉式磨損指數（哈爾濱電站成套所制定）（3）沖刷式和旋轉式磨損指數的關系 這兩種方法的磨損指數換算方法如下： Kexz=9.002Ke+3.685磨損指數Kex252540405050磨損程度輕微不強較強極強煤的磨損特性及磨損指數張院長講義30（2）旋轉式磨損指數（哈爾濱電站成套所制定）磨損指數Kex 5.2 各種磨損指數匯集 為了判別煤的磨損

18、特性，不同國家和不同企業有自己的磨損判別方法，有可能在工程中遇到不同的磨損判別方法，匯集了不同磨損指數判別方法，以供使用。 國際上通常采用旋轉葉片式磨損指數測定儀（GB/T15458-1995）測得研磨磨損指數AI。 我國常用西安熱工院自行設計的沖刷式磨損試驗儀器，按DL465-1992進行測定的沖刷磨損指數Ke。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義31 5.2 各種磨損指數匯集煤的磨損特性及磨損指數張院長 （1）沖刷磨損指數Ke（ DL465-1992） 煤的磨損特性和沖刷磨損指數Ke的關系如下： Ke1.0 輕微 Ke1.02.0 不強 Ke2.03.5 較強 Ke3.55.0 很強 Ke5.

19、07.0 一級極強 Ke7.010.0 二級極強 Ke10.0 三級極強煤的磨損特性及磨損指數張院長講義32 （1）沖刷磨損指數Ke（ DL465-1992）煤的磨損 （2）回轉磨損指數AI （GB/T15458-1995） 煤的磨損特性和煤的磨損指數AI（mg/kg）的關系如下： AI 80 極強 煤的磨損特性及磨損指數張院長講義33煤的磨損特性及磨損指數張院長講義33（3）YGP 磨損指數 按照英國Babcock公司提供的試驗機和金屬試片（V6020，低錳碳鋼），測試的結果兩次平均值（mg/kg），為YGP磨損指數。 煤的磨損特性和煤的YGP磨損指數的關系如下： YGP 20 弱磨蝕煤 Y

20、GP 2050 中磨蝕煤 YGP5070 強磨蝕煤 YGP70 極強磨蝕煤煤的磨損特性及磨損指數張院長講義34（3）YGP 磨損指數煤的磨損特性及磨損指數張院長講義3（4）旋轉磨損指數Kexz 哈爾濱電站設備成套研究所的旋轉磨損指數Kexz，其判別界限如下： Kexz25 不強 Kexz2540 較強 Kexz4050 很強 Kexz50 極強 沖刷磨損指數Ke與旋轉磨損指數Kexz的換算見下式： Kexz=9.002Ke+3.685 回轉葉片式磨損指數測定儀（GB/T15458-1995）測得研磨磨損指數AI，與我國常用按DL465-1992測定的沖刷磨損指數Ke，以及旋轉磨損指數Kexz之

21、間，未見到換算關系。煤的磨損特性及磨損指數張院長講義35（4）旋轉磨損指數Kexz煤的磨損特性及磨損指數張院長講義3（5）俄羅斯對煤磨損特性的判別 1）以煤中的Sar和Aar含量分級的磨損指數，其判別界限如下： Sar0.5%， Aar20% 磨損性低 Sar= 0.5%0.8%， Aar= 20%25%， 磨損性中等 Sar0.8%， Aar25% 磨損性強 2）以煤的磨損特性分級的磨損指數，其判別界限如下： 1 磨損性低 12.3 磨損性中等 2.3 磨損性強煤的磨損特性及磨損指數張院長講義36（5）俄羅斯對煤磨損特性的判別煤的磨損特性及磨損指數張院長講（6）德國Babcock公司的磨損指數KBHB 煤的磨損特性和煤的磨損指數的關系如下： KBHB160 弱磨蝕煤 KBHB161340 中磨蝕煤 KBHB341480 強磨蝕煤 KBHB481 極強磨蝕煤 德國Babcock公司的磨損指數與YGP磨損指數的換算關系： KBHB=6.6912( YGP)煤的磨損特性及磨損指數張院長講義37煤的磨損特性及磨損指數張院長講義375.3 未取得煤的磨損指數時對煤的磨損特性判別方法 在未