1　引言
　　我国电站锅炉煤粉燃烧过程中常出现以下几方面问题：①锅炉稳燃能力特别是低负荷下稳燃能力差，助燃用油量大；②燃烧效率低^［1］；③大气污染严重^［2］；④水冷壁结渣和高温腐蚀^［3］；⑤锅炉过热器超温。针对以上存在的几个问题，哈尔滨工业大学在多年研究的基础上开发出了径向浓淡旋流煤粉燃烧器^［4］，这种燃烧器旨在同时解决高效、稳燃、低污
染、防止结渣和高温腐蚀等方面的问题。　　采用径向浓淡旋流燃烧器技术已经先后在EⅡ210／9．8、HG410／9．8和EⅡ670／13．8等炉型上应用，运行效果良好。然而，径向浓淡旋流燃烧器在运行中最突出的问题就是燃烧器磨损，主要表现在中心扩锥和煤粉浓缩器磨损，尤其是中心扩锥最为严重，实际使用寿命最短为4个月工作时间。本文重点研究了燃烧器中心扩锥的磨损失效，并研制了高温耐热抗磨燃烧器，已分别在50t／h、HG220／9．8YM、HG410／9．8 YM和EⅡ670／13．8－KT锅炉应用，均取得了较好的使用效果，目前仍在运行中。
2　径向浓淡旋流燃烧器工作原理及易损件使用情况
2．1　浓淡旋流燃烧器工作原理
　　浓淡旋流燃烧器（如图1所示）是在一次风通道中加装了1个煤粉浓缩器，从而将一次风粉混合物分成2股，其中，靠近中心的一股为含粉量较多的浓煤粉气流，经过浓一次风通道喷入炉膛，另外一股为含粉量较少的淡一次风气流，在浓煤粉气流的外侧环形通道喷入炉内。提高煤粉浓度可降低煤粉气流的着火热，及燃烧器火焰稳定性。另一股淡煤粉气流及二次风在浓淡气流着火后及时混入，又保证了煤粉燃烧所需的氧，和高效燃烧。浓煤粉气流燃烧，淡煤粉气流燃烧，旋流二次风混入燃烧，直流二次风最后混入燃烧，形成了多层分级燃烧，抑制了燃料型NOx的生成。因此，径向浓淡旋流煤粉燃烧器具有高效、稳燃，低污染等性能，同时调节灵活方便。

2．2　中心扩锥及浓缩器使用的基本情况
　　由图1可以看出，中心扩锥在燃烧器出口，其背面被浓淡燃烧器浓侧气流长期冲刷，相对煤粉浓缩器而言磨损严重。图2为某厂410t／h锅炉径向浓淡旋流煤粉燃烧器用中心扩锥工作5个月时磨损情况。图3为浓缩器（材质为40 CrMnMoSiRe）工作5个月时磨损情况，由图3可以看出，此浓缩器已经报废了。
                            
3　中心扩锥及浓缩器的磨损失效分析
3．1　中心扩锥及浓缩器磨损面硬度分布
　　由图2、3可见，扩锥和浓缩器叶片表面磨损不均匀，凹凸明显，表面比较光滑。中心扩锥磨损后残体表面硬度平均为HRC24左右；而浓缩器叶片磨损后表面平均为HRC46左右，最高点为HRC48。由此可看出，2种易损件表面硬度不高。
                        
3．2　试样的测试分析

3．2．1　材质成分
　　表1为中心扩锥材质成分，表2为浓缩器叶片材质成分。

3．2．2　显微组织
　　中心扩锥基体组织为奥氏体，其中有少量碳化物。而浓缩器叶片基体组织为回火马氏体，马氏体上分布微量二次碳化物。
3．2．3　工作面磨损形貌观察

（1）中心扩锥
　　在中心扩锥磨损面取样，在扫描电镜下（SEM）观察其磨损形貌，如图4所示。由图4可见，中心扩锥工作面有大颗粒撞击的痕迹。而没有切削和“犁沟”痕迹。根据中心扩锥工作条件及磨损形貌可知其失效方式为氧化磨损^［5］。
（2）浓缩器叶片
　　在叶片磨损面取样，在扫描电镜下观察其磨损形貌，如图5所示。叶片磨损面以犁沟为主，有少量的凹坑，犁沟是磨料的高速冲刷和切削所造成的，属典型的冲击磨料磨损。　　

 
4　新型耐热抗磨燃烧器材质选择试验
　　为了优选出最佳材料用于耐热抗磨燃烧器的生产，进行了多种材料的工艺、性能试验，以确定最佳成分。表3、4分别为中心扩锥和浓缩器叶片化学成分。中心扩锥在高温下抗磨损性能按目前条件来看，首先是依据抗磨性能测试来模拟，但主要是通过实际工业应用性能试验来测定其高温耐磨性。而对于浓缩器叶片来讲不属于高温磨损则采用MLD－10改进型试验机进行试验即可以作为可靠依据。

　　图6为中心扩锥4种合金分别在1000℃下保温200h、400h、600h抗氧化曲线。由图6可见，4号合金抗氧化性能最好，在1000℃时高温维氏硬度为HV24．8，室温表面硬度为HRC31．2，高温持久强度为δ₁₀₀₀＝19．7 MPa，性能指标均较高，这些都决定其高耐磨性。

                        
　　表5为浓缩器叶片磨损试验结果，由表5可见，4号合金的耐磨性明显高于稀土耐磨钢（1号）、高铬钢（2号）、Cr15 Mo3（3号）的耐磨性，4号合金硬度HRC＝61．9，冲击韧性a_k＝8．6J／cm²，抗弯强度为716 N／mm²。这是由于在Fe－Cr－W－C的4元素中，钨能固溶于铬碳化物形成M₇C₃型碳化物，提高碳化物的稳定性和显微硬度，同时钒可以与碳形成特殊高硬度碳化物VC。由于合金中加入2％左右的钨可以使碳化物的显微硬度，由HV1460提高到HV1 601^［6］，提高近20％。另外，钨也能固溶于基体，并促进铬在基体中固溶。在高铬铸铁中加入2．0％左右的钨使基体的显微硬度由HV730提高到HV1100，提高35％。如此高的硬度完全可以抵御煤中石英的切削，因而有较好的抗磨性能。

                           
　　根据以上比较分析，确定了中心扩锥用合金材料为：C0．2～0．45％，Si1．0～3．0％，Mn2．0～3．0％，Cr22．0～35．0％，Ni7．0～18．0％，Mo0．2～1．2％，W0．2～3．0％，Re≤0．3％。浓缩器叶片成分为C2．6～3．0％，Si0．8～1．6％，Mn0．8～1．6％，　Cr18．0～25．0％，W1．0～4．0％，V1．0～4．0％，Re≤0．3％。
5　新型燃烧器工业性试验
　　采用新型耐热抗磨材料加工中心扩锥和浓缩器叶片的径向浓淡旋流燃烧器已在2台220t／h、3台410t／h和2台670t／h锅炉上应用，燃烧器工作时间均已达2年以上，其中410t／h锅炉燃烧器已运行工作小时超过3年以上，图7为抗磨燃烧器工作3年后宏观磨损情况，从图中可见，中心扩锥磨损甚微。目前上述燃烧器均在运行中。
                    
6　结论
　　（1）径向浓淡旋流燃烧器磨损失效主要是指中心扩锥和浓缩器磨损，中心扩锥以氧化磨损为主，浓缩器叶片以冲击磨料磨损为主。
　　（2）研制的中心扩锥用耐热抗磨材料合金成分为C0．2～0．45％，Si、Mn0～3．0％，Cr22．0～35．0％，Ni7．0～18．0％，Mo0．2～1．2％，W0．2～3．0％，Re≤0．3％。1000℃时维氏硬度Hv24．8，高温持久强度为δ₁₀₀₀＝19．7 MPa。
　　（3）研制的浓缩器叶片抗磨合金成分为C2．6％～3．0％，Si、Mn0．8％～1．6％，Cr18．0～25．0％，W1．0％～4．0％，V1．0～4．0％，适量。表面硬度HRC＞61，冲击韧性a_k＝8．6J／cm²。抗弯强度为716 N／mm²。
　　（4）研制的新型耐热抗磨燃烧器使用寿命是原来燃烧器使用寿命的3～6倍，有一定的推广应用价值。

［1］　岳鹿群．我国火电厂十年降低煤耗的任务和措施［J］．电力技术，1992，9（2）．
［2］　徐旭常．低费用烟气净化新技术［J］．洁净煤技术，1996，2（1）．［3］何佩敖，等．炉膛结渣和防止措施［J］．热能动力工程．1994，9（4）．
［4］　秦裕琨，等．一种径向浓淡旋流煤粉燃烧器［P］．中国专利，　　ZL93．2．44359．1．
［5］　牛海峰，等．锅炉径向浓淡旋流燃烧器出口扩锥壁温分布及对抗磨性能的影响［J］．热能动力工程，2000，1（1）．
［6］　牛海峰，等．MP1713磨煤机煤粉管道抗磨弯头材质研究［C］．东北四市第十四届铸造技术交流会论文选集，延吉，1999．