火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究

閆發(fā)錄 劉正文

一、引言

鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損一直是電力系統(tǒng)普遍存在的嚴重問題,它的直接危害主要表現(xiàn)在以下兩個方面:(1)使管壁減薄,據(jù)統(tǒng)計一般每年減薄量約為1mm左右,嚴重的可達5~6mm/年,形成安全運行的嚴重隱患,增加了電廠的臨時性檢修和大修工作量,給電廠造成很大的經(jīng)濟損失。(2)發(fā)生水冷壁突發(fā)性爆管事故,造成緊急停爐搶修,不僅打亂了電廠的正常發(fā)電秩序,減少發(fā)電產(chǎn)值,而且增加了工人勞動強度和額外的檢修費用,直接影響企業(yè)效益,同時也干擾了地區(qū)電網(wǎng)的正常調(diào)度,影響當?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn),由此也造成了很大的社會影響。

二、水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機理

水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機理是很復雜的,簡言之,與下列因素有關(guān):(1)爐膛火焰溫度;(2)燃煤的含硫量;(3)煙氣與灰分顆的沖蝕。

三、防止水冷壁高溫腐蝕和磨損的途徑

意外的爆管則會造成較大的經(jīng)濟損失,電廠為減少爆管,投入了大量人力、物力加強對水冷壁的監(jiān)測和更換,但是監(jiān)測未取得任何實質(zhì)性的效果,換管則將大大增加生產(chǎn)成本和維修費用。只有防患于未然才是最好的辦法。分析清楚了水冷壁高溫腐蝕的產(chǎn)生原因,就可采用有效的方法來進行防止,常用方法可以分為兩類,即非表面防護方法和表面防護方法。非表面防護方法有:A.采用低氧燃燒技術(shù)。B.盡可能使各燃燒間的煤粉濃度均勻。C.合理的配風及強化爐內(nèi)的湍流混合。D.控制適當?shù)拿悍奂毝取.避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過熱。F.在壁面附近噴空氣保護膜。G.加添加劑。H.控制合理的爐膛出口煙溫。I.對易產(chǎn)生高溫腐蝕的煤種采用抗腐蝕高溫合金。J.采用煙氣再循環(huán)。K.對受熱面的設計布置合理,以避開高煙溫區(qū)和高壁溫區(qū)出現(xiàn)。L.對易腐蝕區(qū)加爐襯防護。

非表面防護法的共同之處在于,一定程度上可以減輕水冷壁的腐蝕,但并不能真正做到防止其腐蝕。而且有些方法在實際運行中會因為各種原因而不能有效地實施,甚至個別方法還存在爭議,如爐襯防護,不但影響燃燒室吸熱能力,還會使腐蝕復雜化。故有必要尋求其他效果更好的表面防護方法。

對受腐蝕構(gòu)件表面覆蓋耐腐蝕的隔離層,是最直接有效的防腐措施,屬于高溫腐蝕的表面防護方法,主要有:(1)涂刷法:涂刷的涂層塑性、熱膨脹性等不能適應鍋爐內(nèi)環(huán)境及脫硫裝置,使用中易產(chǎn)生脫層,難于實際應用。(2)電鍍、熱滲鍍:鍍層的覆蓋性及結(jié)合度較好,但受工件尺寸限制,鍍件在現(xiàn)場拼焊中鍍層也會出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),降低使用性能。無法對已有設施進行再次防腐。(3)熱噴涂:適合現(xiàn)場操作,涂層材料選擇范圍寬,組合方式多,能提供多種性能涂層,對已有設施的未防護部分進行追加防護,已防護部分進行再次防護。

超音速電弧噴涂技術(shù)利用了流體力學中的“拉瓦爾原理”,使噴涂時的粒子速度真正超過了音速。我們通過對該技術(shù)的引進,特別是針對噴涂設備笨重、龐大、不利于現(xiàn)場施工的缺點,進行大膽的設備結(jié)構(gòu)改造和功能完善,達到的突出特點是現(xiàn)場實用性強、噴涂性能好、涂層質(zhì)量顯著提高。

四、超音速電弧噴涂45CT合金的應用

對水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮,比較理想的方法是采用熱噴涂技術(shù)。鋼鐵材料的表面防護涂層分兩大類。一類是隔離涂層,如電鍍鉻、油漆及有機涂料;另一類是陽極涂層,如電鍍鋅、熱浸或噴涂45CT合金作為犧牲陽板仍對該處表面鋼鐵具有防腐蝕保護作用,避免孔隙腐蝕、保護層下腐蝕及由此引起涂層的脫落,陽極涂層還兼有隔離涂層作用。

選擇防腐蝕涂層材料除考慮其陽極性外(即選擇陽極電位低于鋼鐵的金屬成分),還應要求其熱膨脹系數(shù)接近鋼鐵材料,具有良好的塑性,以避免脫層,材料還應具有一定的抗沖蝕能力。對選擇的一種或幾種材料應進行噴涂試驗、性能試驗和對比試驗等。

對于水冷壁防高溫腐蝕和磨損噴涂,我們開發(fā)的噴涂材料是自發(fā)放熱型材料45CT,噴涂后涂層與基體金屬表面產(chǎn)生原子擴散,形成冶金結(jié)合,涂層又形成粗糙表面,便于與工作層連接,提高涂層的結(jié)合強度。噴涂層材料的膨脹系數(shù)與水冷壁管材料接近,使涂層在交變熱應力作用下不會脫落,它具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、延展性好、抗沖蝕能力強且價格便宜等特點,涂層厚度0.8~1.0mm。

五、噴涂效果分析

1.與滲鋁管防腐效果對比分析。為了防止高溫硫腐蝕,火電廠在水冷壁中設置衛(wèi)燃帶,以前常采用滲鋁管,實際上,用噴涂SCZ16管代替滲鋁管可以取得相同的或更好的效果。

2.運行后的涂層檢測。經(jīng)過長期運行外觀檢查,涂層完好,未見裂紋、起皮、脫落等任何宏觀缺陷,也未因腐蝕原因造成爆管等。

六、結(jié)束語

水冷壁管的可靠性,直接關(guān)系到電廠機組是否能安全有效運行,但鍋爐運行中對不可避免地對水冷壁管造成腐蝕、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水冷壁管表面實施有效保護,使其外表面基本不受損傷,可大量節(jié)省材料更換費用及維修費,減少或避免非計劃停爐,降低運行成本,直接經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益都很高,有極大的開發(fā)利用價值。

另外,涂層的存在,要求對涂層的厚度和覆蓋的完整性進行嚴格監(jiān)控。而只要保證熱噴涂層的完好,就在很大程度上保證了水冷壁管的完好性。在原有對水冷壁管進行監(jiān)督檢查的基礎上,對涂層的檢查增加了對水冷壁管的監(jiān)督力度,提高了水冷壁管的安全性。我們認為已經(jīng)時間證明熱噴涂技術(shù)能夠?qū)﹀仩t的水冷壁的保護提供一個非?？煽康慕鉀Q辦法。

(編輯/丹桔)