鍋爐水冷壁管防腐耐磨技術(shù)應(yīng)用

邢春樺　岳勝利

[摘要]鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損是目前火力發(fā)電廠普遍存在的難題它形成機(jī)理復(fù)雜，解決難度大，針對(duì)烏海熱電廠#1、#2爐火嘴區(qū)域采用表面防護(hù)式即超音速電弧噴涂方法解決水冷壁管高溫腐蝕和磨損。

[關(guān)鍵詞]鍋爐水冷壁 高溫腐蝕和磨損 超音速電弧噴涂

中圖分類(lèi)號(hào)：TB4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0510112－01

管壁減薄明顯。經(jīng)生產(chǎn)會(huì)研究決定用超音速電弧噴涂方法（45CT合金涂層）進(jìn)行處理。

一、水冷壁管高溫腐蝕和磨損形成原因

1．爐膛火焰溫度高。鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，爐溫可高達(dá)2000℃以上，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質(zhì)的存在，水冷壁普遍遭受高溫腐蝕。參與高溫腐蝕的危害物有燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的SO2、SO3、H2S、HC1、堿金屬鹽及釩鹽類(lèi)，是多種化學(xué)物在各種溫度下共同對(duì)管壁進(jìn)行的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)腐蝕過(guò)程。

2．燃煤的含硫量高。硫化物是鍋爐高溫腐蝕的主要因素，一是煙氣中的硫化氫與管壁金屬作用產(chǎn)生的腐蝕，含硫物在金屬高溫下產(chǎn)生單原子硫，硫與管道中的鐵反應(yīng)生成硫化鐵(Fe+S→FeS)；二是由不可燃硫在高溫作用下生成硫酸鹽混入灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各種良好的高溫機(jī)械性能，實(shí)際上導(dǎo)致水冷壁管有用壁厚的減薄，從而其有效承載能力不斷下降，由此形成腐蝕。

3．煙氣與灰分顆粒的沖蝕。爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)紊亂，高溫?zé)煔夤笥?米/秒的速度飛灰顆粒沖擊管壁，對(duì)水冷壁工作面產(chǎn)生嚴(yán)重切削，使水冷壁管工作面被磨損成不同程度的小平臺(tái)，煙氣的腐蝕和灰分顆粒的沖刷在金屬表面交替進(jìn)行，造成管壁減薄，容易導(dǎo)致水冷壁管在高溫下強(qiáng)度不夠而爆管。

二、防范水冷壁高溫腐蝕和磨損的措施

1．超音速電弧噴涂方法。對(duì)水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮，我們認(rèn)為：＃1、2爐火嘴區(qū)域水冷壁表面覆蓋耐腐蝕、耐磨的隔離層，是最直接有效的防腐、防磨措施，屬于高溫腐蝕的表面防護(hù)方法，采用熱噴涂技術(shù)是比較理想的方法。

超音速電弧噴涂技術(shù)利用了流體力學(xué)中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時(shí)的粒子速度真正超過(guò)了音速。我們通過(guò)對(duì)該技術(shù)的引進(jìn)，特別是針對(duì)噴涂設(shè)備笨重、龐大、不利于現(xiàn)場(chǎng)施工的缺點(diǎn)，進(jìn)行大膽的設(shè)備結(jié)構(gòu)改造和功能完善，達(dá)到的突出特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性強(qiáng)、噴涂性能好、涂層質(zhì)量顯著提高。與普通電弧噴涂和火焰噴涂比較，其技術(shù)指標(biāo)有如下區(qū)別：

由于超音速電弧噴涂技術(shù)的先進(jìn)性離子噴射速度快（比普通電弧噴涂快4倍），其技術(shù)性能比普通電弧噴涂有本質(zhì)的提高，改善了涂層的孔隙率、顆粒度、結(jié)合強(qiáng)度等性能，增加了涂層厚度調(diào)節(jié)范圍及可利用的涂層材料選擇范圍，可以大大拓展電弧噴涂的應(yīng)用范圍。

但原有超音速電弧噴涂的應(yīng)用還幾乎停留在普通電弧噴涂技術(shù)的基礎(chǔ)上，只是簡(jiǎn)單地利用其性能的提高，基本上處于一種被動(dòng)應(yīng)用的狀況。比如噴涂材料，仍然沿用原有電弧噴涂用絲材，沒(méi)有針對(duì)超音速電弧噴涂技術(shù)的先進(jìn)性專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)新型涂層材料，我們進(jìn)行了四管專(zhuān)用涂層材料比對(duì)及同類(lèi)型電廠調(diào)研，決定選用45CT系列噴涂材料，最大限度地利用該技術(shù)的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)良好的表面涂層。

經(jīng)過(guò)一系列的準(zhǔn)備工作，于2006年7月、9月我廠#1、#2爐大修期間，我們對(duì)其水冷壁四角燃燒器周?chē)M(jìn)行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。噴涂面積約80平方米，噴涂工藝介紹如下：

（1）噴砂打磨。噴涂前的基體表面必須清潔、無(wú)油污、且須達(dá)到清潔和毛化要求。噴砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金屬外觀和均勻粗化。噴砂后，基體表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Rz40～80um。且干燥、無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)氧化皮、無(wú)銹跡。選擇磨料時(shí)，根據(jù)基體金屬的種類(lèi)和涂層的厚度而定，磨料必須清潔、有棱角，才能保證涂層與基體結(jié)合良好。我們選擇棕剛玉和冷硬鑄鐵砂等符合有關(guān)規(guī)定的磨料進(jìn)行打磨，磨料有棱角，清潔、干燥、沒(méi)有油污、可溶性鹽的游離物和長(zhǎng)石，以對(duì)表面進(jìn)行仔細(xì)的清理及有效的表面毛化，達(dá)到提高噴涂結(jié)合強(qiáng)度的目的。

（2）防腐蝕噴涂。使用超音速電弧噴涂技術(shù)對(duì)水冷壁進(jìn)行噴涂，噴涂材料為專(zhuān)用45CT，設(shè)計(jì)噴涂厚度0.8～1.0mm。噴涂表面達(dá)到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，其間隔時(shí)間越短越好，在晴天或不潮濕的天氣，間隔時(shí)間不可超過(guò)12小時(shí)，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)。噴涂必須在如下條件下實(shí)施：環(huán)境大氣高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點(diǎn)高３℃，在雨天、潮濕或含霧的氣氛中，噴涂操作必須在室內(nèi)或工棚棚中進(jìn)行。

（3）后處理。對(duì)于防腐噴涂，必須加封孔劑，以避免腐蝕物質(zhì)通過(guò)涂層的孔隙往里面滲入，直接腐蝕母材，或間接減少防腐涂層的有效厚度。封孔劑選擇有機(jī)硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面。

（4）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。噴涂完成后，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，涂層表面致密、均勻、顆粒細(xì)小，不允許有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。使用日本原裝進(jìn)口的磁性涂層測(cè)厚儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，厚度達(dá)到要求，可以保證工程質(zhì)量。

2．運(yùn)行調(diào)整。2006年7月、9月我廠#1、#2爐大修期間，由內(nèi)蒙電科院為我廠＃1、2爐進(jìn)行了空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，切圓直徑控制為736、391mm，避免了切圓太大或偏斜火焰貼壁燃燒或沖刷水冷壁，經(jīng)內(nèi)蒙電科院進(jìn)行了燃燒調(diào)整：一次風(fēng)與二次風(fēng)合理配比，并在不同負(fù)荷下運(yùn)用了周界風(fēng)，提高一次風(fēng)剛度避免均了爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)紊亂，嚴(yán)格控制燃煤質(zhì)量，盡量靠近設(shè)計(jì)煤種，控制燃煤含硫量在1.2％以下，保證制粉系統(tǒng)合理運(yùn)行，控制煤粉細(xì)度在18-22％之內(nèi)。

三、結(jié)論

我廠#1、#2爐超音速電弧噴涂45CT涂層水冷壁管，經(jīng)過(guò)一年的周期運(yùn)行外觀檢查，涂層完好，未見(jiàn)裂紋、起皮、脫落等任何宏觀缺陷，也未因腐蝕原因造成爆管等。我們１#爐水冷壁在停爐時(shí)割管取樣分析，該樣自爐內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施噴涂后已連續(xù)運(yùn)行6000余小時(shí)，根據(jù)有色金屬研究總院出具的檢測(cè)報(bào)告，“試樣涂層完整，未發(fā)現(xiàn)有剝落現(xiàn)象，涂層約0.9mm。與基體結(jié)合良好，結(jié)合部位未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷”。水冷壁管的可靠性，直接關(guān)系到電廠機(jī)組是否能安全有效運(yùn)行，但鍋爐運(yùn)行中對(duì)不可避免地對(duì)水冷壁管造成腐蝕、沖蝕（磨損），使其有效承載能力下降、安全性降低。超音速電弧噴涂涂層能對(duì)水冷壁管表面實(shí)施有效保護(hù)，使其外表面基本不受損傷，可大量節(jié)省材料更換費(fèi)用及維修費(fèi)，減少或避免非計(jì)劃停爐，降低運(yùn)行成本。

實(shí)踐證明，利用超音速電弧噴涂的45CT涂層，可以大大延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命，同時(shí)也可以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的水冷壁管進(jìn)行再防護(hù)，以進(jìn)一步延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命。具有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李誠(chéng)銘，《新編噴涂新工藝新技術(shù)及噴涂設(shè)備應(yīng)用實(shí)務(wù)全書(shū)》，中國(guó)知識(shí)出版社出版.

[2]易春龍，《金屬電弧噴涂》，化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]內(nèi)蒙電科院燃燒調(diào)整試驗(yàn)報(bào)告.

作者簡(jiǎn)介：

邢春樺，女，畢業(yè)于內(nèi)蒙古廣播電視大學(xué)，所學(xué)專(zhuān)業(yè)電力系統(tǒng)工程及其自動(dòng)化，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古烏海熱電廠鍋爐檢修。