電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損和涂層防護技術

王永輝

摘 要：鍋爐是現(xiàn)代電站的必備設備之一，一般的發(fā)電廠需要借助鍋爐設備完成發(fā)電工作，常規(guī)的電站鍋爐為中型或者大型的鍋爐，具有極大的容量，屬于熱力設備，其主要功能是將滿足質量以及數量要求的蒸汽提供給汽輪機，除了發(fā)電的基本功能之外，還能給外部環(huán)境提供熱量，其具有的蒸發(fā)量也比一般的熱力設備更大，在電站鍋爐被應用的過程中，高溫運行環(huán)境造成的沖蝕磨損問題會降低鍋爐應用的安全性，借助防護涂層技術可以解決這類鍋爐，應用問題。

關鍵詞：電站鍋爐；高溫沖蝕磨損；涂層防護技術

中圖分類號：TM621.2 文獻標志碼：A

火力發(fā)電是我國應用的一種極為主要的發(fā)電形式，電站鍋爐在火力發(fā)電的過程中占據核心地位，借助提供蒸汽的方式來使火力發(fā)電站完成供給電能的任務，鍋爐很難獨立運行，往往需要輔助設備的支持，同時現(xiàn)代電站鍋爐對于機械化技術、自動管控技術以及安全管理的要求極高，應用者要注重對鍋爐的保護，爆漏事故是出現(xiàn)頻率比較高的鍋爐應用事件，熱腐蝕現(xiàn)象以及高溫條件下的磨損沖蝕問題是亟待解決的鍋爐應用問題，為了強化鍋爐的管壁，工作人員可以通過防護涂層技術保護鍋爐管壁。

1 電站鍋爐存在的高溫磨損沖蝕問題研究

飛灰問題是一種對鍋爐影響極大的不良應用情況，對其簡要研究：

飛灰沖蝕磨損是一項氣固兩相流與金屬摩擦理論相交叉的綜合性課題，金屬材料的沖蝕磨損量是一個受工作環(huán)境影響的系統(tǒng)參數，它一般受以下參數的影響：一是環(huán)境參數，包括沖刷角、飛灰顆粒速度及濃度、沖蝕時間、環(huán)境溫度。二是顆粒特性，包括粒度、形狀、硬度、密度、飛灰的化學特性及顆粒組成。三是靶材性質，包括機械性能及熱物理性能。這三方面因素是互相影響的。

在溫度對鍋爐管道沖蝕磨損影響的試驗研究中得出：在達到一個臨界溫度之前磨損量隨溫度上升而增加，隨后當溫度進一步上升時，磨損量遞減。而且磨損量的峰值隨著粒子沖擊能量的增加而偏向于更高，其磨損率也同時增大，合金抗氧化性能越強，其峰值越偏向于較高溫度。提到溫度，就不能不提到金屬氧化膜。一般來講，常溫下氧化膜非常薄，但在高溫時，氧化膜厚度會大大增加，且溫度越高，厚度呈指數規(guī)律增大，起到保護基質的作用，使金屬表面抗磨損能力增強。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，由于氧化膜和金屬基質的熱膨脹系數不同，在某臨界溫度下，氧化膜會產生裂紋而剝落，由此導致磨損量迅速增大。正因為飛灰具有石英的近似硬度，所以它對管道的不斷撞擊，造成磨損的加?。伙w灰的密度越大則慣性沖擊率就越大，因此飛灰的密度對磨損狀況的影響也不能忽視。

從以上對于電站鍋爐普遍存在的這種磨損沖蝕問題的研究中，可以找出以下幾種應對方法：首先可以對燃煤材料進行更改，用具有優(yōu)越品質的燃煤來替代當前的普通燃煤，借此來縮減二氧化硫這一類顆粒物質的數量；如果從鍋爐改造的角度進行考慮，可以對鍋爐系統(tǒng)的管道結構加以調整，借此來減輕飛灰?guī)淼臎_擊，削弱磨損強度；從鍋爐管理工作入手，可以縮短鍋爐檢查的周期，適時對破損、無法繼續(xù)應用的鍋爐管道進行更換；對于鍋爐中存在腐蝕問題相對嚴重的部位施加局部熱處理，同時可以給爐壁等部位添加防護性涂層，在以上方法之中，熱處理以及涂層噴涂工藝是最為經濟合適的處理方法。

2 涂層防護技術的實際應用

2.1 技術應用性能分析

從當前的涂層應用技術來看，有多種材質的涂層可供鍋爐管理人員選擇，無論給鍋爐選擇哪一種涂層，都要保證滿足基本性能要求。

針對電站鍋爐存有的這種高溫狀態(tài)下的磨損沖蝕現(xiàn)象，涂層不僅僅需要具有極高的抗氧化能力，還需具備耐腐蝕性以及抵抗磨損沖蝕的能力。從前文的分析之中可以了解到，飛灰是導致鍋爐出現(xiàn)沖蝕磨損情況的根本原因之一，因此涂層首先需要具備可以抵抗飛灰的能力，尤其需要在氧化以及高溫的應用條件下對飛灰加以抵抗；電站鍋爐的運行環(huán)境的往往存在著持續(xù)性高溫的應用條件，因此抗腐蝕耐熱性能也是極為重要的，不僅僅需要有防護氧化以及高溫外部條件的能力，同時還需要對硫化氣氛具有一定的抵抗能力；電站鍋爐對于土層的抗疲勞性能也存有較為嚴格的要求，主要是為了對系統(tǒng)的實際可靠性進行保持，由于這種電站鍋爐在被應用時會存在多次停機的情況，因此抗疲勞性能也是非常必要的。

從涂層自身來看，其必須要具有極強的致密性以及結合機體的強度，這種性能要求主要是為了防止機械脫落的情況出現(xiàn)；另外涂層工藝要盡量簡便，應用成本也不能過高。

2.2 陶瓷涂層分析

陶瓷材料本身就具有比較優(yōu)越的抵抗沖蝕以及高溫的能力，因此利用陶瓷材料制作涂層是一種比較好的應用思路，與常見的金屬涂層相比，陶瓷材料的價格比較昂貴，如果陶瓷涂層受到強烈的外部沖擊，其表面會形成裂紋，不僅僅削弱美觀性，應用性能也會因此變差，從抗疲勞能力來看，金屬涂層同樣由于陶瓷涂層。由此可知陶瓷涂層存在實用性比較差的問題，在安裝陶瓷涂層時，需要應用HVOF以及火焰噴涂的工藝，操作極為復雜。

2.3 金屬涂層分析

組成金屬涂層的材料一般為合金材料，其具備的抵抗沖蝕情況以及高溫情況的能力極高，接近不銹鋼材料，從與應用基體的結合能力來展開研究，金屬涂層仍舊是最佳選擇，金屬涂層的綜合應用價值極高，能夠滿足電站鍋爐提出的多種防護需要，其具有的優(yōu)勢包括抗疲勞能力以及抗腐蝕能力，噴涂金屬涂層的方法也比較豐富，處理常用的火焰噴涂方法之外，還可以借助等離子噴涂技術完成噴涂金屬涂層的任務。

2.4 其他涂層分析

隨著涂層研究工藝進步，新型的涂層噴涂技術也被研發(fā)出來，電站鍋爐的管理者可以選擇的防護涂層的種類更為豐富，基于陶瓷涂層具有的多種應用問題，相關研究者將陶瓷以及金屬兩種材料進行了結合，研制出了全新的復合型涂層，合金與金屬材料在大攻角的應用條件下，能夠呈現(xiàn)較高的抵抗沖蝕能力，而陶瓷這類脆性材料不同，在小攻角的應用環(huán)境中可以展現(xiàn)極好的沖蝕性能，而飛灰現(xiàn)象給管道帶的沖蝕問題的攻角范圍比較大，因此可以將兩種涂層材料結合使用，將顆粒狀的陶瓷相涂抹在金屬材料表面，進而起到防護的作用。

金屬化合物材質的土層同樣屬于新型涂層，該種工藝并不成熟，應用金屬化合物主要是出于以下考慮，合金材料一般都具有極為可靠的硫化性能、抗氧化能力，同時密度數值相對較低，由于不考慮使用相對昂貴的金屬材料，因此成本也低于其他類型的涂層，然而受到研究條件的限制，涂層加工成型工藝還需被繼續(xù)改進。

結語

電站鍋爐具有復雜的內部構造，因此其可能會出現(xiàn)的安全使用問題也比較多，本文主要對高溫磨損腐蝕情況進行了分析，這種情況一般會出現(xiàn)在鍋爐系統(tǒng)的再熱器、過熱器以及水冷壁等位置，這些位置比較容易出現(xiàn)飛灰問題，如果鍋爐長期存在的這種情況沒有被重視，鍋爐的主要管道就無法被繼續(xù)使用，而通過各種涂層可以減小這種問題的實質性影響，與其他鍋爐保護方法相比，應用涂層技術時并不需要花費過多的防護成本，精選出合適的涂層材料是最重要的。管理電站鍋爐時，需要積極找出各種鍋爐隱患問題并尋找防治路徑。

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