火电厂锅炉磨煤机检修中的耐磨件更换周期优化与经济性分析

引言

磨煤机是火电厂将原煤研磨成合格煤粉的核心设备，其内部衬板、磨辊、碾盘等耐磨件长期处于高负荷研磨环境，易发生磨损失效。耐磨件过度磨损会导致煤粉细度超标、能耗上升，甚至引发设备故障停机；而频繁更换则会增加检修成本与停机时间。目前火电厂磨煤机耐磨件更换多依赖经验判断，存在更换过早或滞后的问题，影响机组经济性。随着火电厂智能化转型推进，基于数据驱动的耐磨件更换周期优化成为研究热点。本文通过分析耐磨件磨损机理，构建更换周期优化模型，结合经济性分析确定最佳更换策略，旨在实现磨煤机耐磨件全生命周期成本最低化，为火电厂设备精细化管理提供技术支撑。

一、磨煤机耐磨件更换周期影响因素与优化模型

（一）耐磨件磨损影响因素分析

磨煤机耐磨件磨损是材料特性、运行参数与原煤特性共同作用的结果。材料因素方面，高铬铸铁耐磨件寿命是普通铸铁的 2-3 倍，堆焊耐磨层可延长使用寿命 50% 以上；运行参数中，研磨压力每增加 0.1MPa ，磨损速率提升 8% -10% ，而转速过高会加剧冲击磨损；原煤特性影响显著，当原煤灰分超过 25% 或硬度（HGI）低于 50 时，耐磨件磨损速率增加 30% 以上。此外，运行环境中的粉尘浓度、湿度以及检修维护质量也会影响耐磨件寿命。通过现场监测发现，定期清理磨煤机内部积粉可降低磨粒磨损，规范的润滑保养能减少机械磨损，这些因素均需纳入更换周期优化考量。

（二）更换周期优化模型构建

基于上述影响因素，构建 “磨损速率 - 剩余寿命 - 风险成本” 三维优化模型。以耐磨件实际磨损量监测数据为基础，结合运行参数建立磨损速率预测公式：磨损量 Σ=Σ 初始厚度 -（运行时间 × 基础磨损速率 × 修正系数），其中修正系数综合考虑原煤特性、运行参数与维护质量。当磨损量达到安全阈值的 80% 时，触发更换预警。模型引入可靠性理论，计算不同更换周期下的故障风险成本，当磨损量超过安全阈值后，故障概率呈指数增长。通过平衡预防性更换成本与故障停机损失，确定最佳更换周期：当单位时间内的平均维护成本（含更换成本与故障成本）达到最小值时，即为经济合理的更换周期。

二、耐磨件更换周期经济性分析方法与指标

（一）经济性分析指标体系

构建包含直接成本、间接成本与隐性成本的经济性分析指标体系。直接成本包括耐磨件采购成本、检修人工成本与备品备件储备成本；间接成本涵盖更换过程中的停机损失（按机组等效可用系数计算）、发电量减少损失；隐性成本涉及过度磨损导致的煤耗上升（磨损超标时煤耗增加 1-3g/kWh ）、设备附加损耗等。设置关键评价指标：一是全生命周期成本（LCC），即耐磨件从采购到报废的总费用；二是成本效益比（CER），衡量单位成本带来的可靠性提升；三是故障风险率，评估未及时更换的故障概率。通过指标量化对比不同更换策略的经济性。该指标体系旨在全面评估不同更换周期下的经济效果，为决策提供依据。其中，全生命周期成本（LCC）考虑了耐磨件从购置到废弃的全过程费用，有助于识别成本节约的关键环节；成本效益比（CER）则直观地反映了成本投入与效益产出的关系，是评价更换策略优劣的重要指标；故障风险率则强调了更换时机对设备可靠性的影响，提醒管理者关注潜在故障风险。

（二）经济性分析方法应用

采用动态成本分析法对比三种更换策略：经验周期更换（固定 12 个月）、磨损监测更换（按实际磨损量）与优化模型更换。以 北骄热电 300MW 机组中速磨煤机为例，经验周期更换年直接成本 28 万元，年均停机 2 次；磨损监测更换年直接成本 22 万元，停机 1.5 次；优化模型更换年直接成本 19 万元，停机 1次。综合计算全生命周期成本，优化模型更换策略较经验策略降低 18.6% ，经济性优势显著。敏感性分析显示，原煤硬度对经济性影响最大，当原煤 HGI 值波动 ±10 时，最佳更换周期变化 ±1.5 个月，需根据煤质变化动态调整模型参数。为了全面评估优化模型更换策略的实际效益，此外还进行了成本效益比（CER）和故障风险率的计算。结果显示，优化模型更换策略的成本效益比最高，意味着单位成本带来的可靠性提升最大。同时，其故障风险率也最低，表明该策略能有效降低因耐磨件过度磨损导致的设备故障概率。这些分析结果进一步验证了优化模型更换策略的有效性和经济性。

三、案例应用与实践建议

（一）实际案例应用效果

在北源热电 600MW 火电厂磨煤机检修中应用优化模型，选取 #3 锅炉中速磨煤机作为试点。通过安装磨损在线监测装置，实时采集磨辊与衬板磨损数据，结合原煤特性与运行参数动态更新更换周期。实施前该磨煤机年均更换耐磨件2.3 次，年维护成本 45 万元；实施后优化更换周期为 14 个月，年均更换 1.8 次，年维护成本降至 36 万元，同时非计划停机次数从 0.5 次 / 年降至 0 次，年增发电量约 200 万 kWh，综合经济效益提升显著。磨损监测数据显示，优化后的更换时机均处于 “安全阈值 - 经济阈值” 区间，避免了过早更换的成本浪费与滞后更换的故障风险。

（二）实践应用建议

火电厂在磨煤机耐磨件管理中应采取以下措施：一是建立耐磨件全生命周期数据库，记录材质型号、安装时间、运行参数与磨损数据，为优化模型提供基础；二是推广磨损在线监测技术，采用超声波、激光等非接触式检测手段，提高磨损量测量精度；三是根据煤质变化动态调整更换周期，当原煤特性发生较大变化时，重新校准模型参数；四是优先选用高性价比耐磨材料，如高铬铸铁与堆焊复合结构，在延长寿命的同时控制采购成本。此外，建议将耐磨件更换纳入机组检修计划优化体系，与锅炉检修周期协同衔接，减少非计划停机时间。五是加强人员培训，提升检修人员对耐磨件磨损机理、监测技术及优化模型的理解与应用能力，确保更换周期的精准执行与检修效率的提升。通过上述措施的实施，火电厂可进一步提升磨煤机耐磨件管理的科学性与经济性，为机组安全稳定运行提供有力保障。

结论

磨煤机耐磨件更换周期优化需综合考虑磨损机理、运行参数与经济性因素。通过构建 “磨损速率 - 剩余寿命 - 风险成本” 优化模型，结合全生命周期成本分析，可确定最佳更换时机。案例应用表明，优化后的更换周期能使磨煤机年维护成本降低 15% 以上，同时提升运行可靠性。火电厂应加强耐磨件状态监测与数据积累，推广智能化更换决策系统，根据煤质与运行条件动态调整策略，实现设备安全性与经济性的平衡。未来研究可结合机器学习算法提升磨损预测精度，进一步优化更换周期模型。

参考文献

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