電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損和涂層防護(hù)技術(shù)

孫桂玲 宋濤 南山集團(tuán)有限公司

目前，國內(nèi)發(fā)電仍然以火力發(fā)電模式為主，鍋爐設(shè)備是火力發(fā)電重要設(shè)備，能夠以蒸汽方式為電能生產(chǎn)提供支持，作用極為突出。由于鍋爐無法獨(dú)立使用，需要其他設(shè)備進(jìn)行輔助，加之電站對(duì)于鍋爐自動(dòng)管控、機(jī)械化技術(shù)與安全性能有著較高的要求，所以電站一直極為注重鍋爐設(shè)備保護(hù)，而管道高溫沖蝕磨損作為鍋爐應(yīng)用重要問題之一，自然也是業(yè)界學(xué)者研究的主要對(duì)象。

1.電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損

1.1 材料方面

所謂沖蝕磨損指的是，材料在松散小流動(dòng)粒子沖擊作用下，表面出現(xiàn)破壞的磨損形式。在此過程中，粒子直徑通常會(huì)在1毫米以下，對(duì)于材料表面的沖擊速度不會(huì)超過550m/s。一般沖蝕磨損行為會(huì)受到多種因素的影響，像粒子沖擊角度以及材料堅(jiān)韌程度等，整體材料高溫沖蝕機(jī)理復(fù)雜程度相對(duì)較高，在高溫環(huán)境中，材料力學(xué)性能會(huì)發(fā)生一定改變，且材料表面狀態(tài)與結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，所以材料高溫沖蝕磨損屬于腐蝕、沖蝕以及氧化等相互作用所造成的。

1.2 飛灰方面

通過研究發(fā)現(xiàn)，電站鍋爐過熱器管道以及水冷壁管道，很容易會(huì)出現(xiàn)飛灰以及煤灰沉積問題，是造成高溫沖蝕磨損問題的主要原因，同時(shí)省煤管道以及再熱器也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)飛灰沖蝕磨損問題。表明飛灰問題會(huì)對(duì)鍋爐造成極為嚴(yán)重的影響，是造成鍋爐管道沖蝕磨損的重要原因之一。金屬材料磨損沖蝕量很容易會(huì)受到鍋爐所處環(huán)境的左右，像環(huán)境溫度、沖蝕時(shí)間以及靶材性質(zhì)等，都會(huì)對(duì)磨損沖蝕量形成影響，需要妥善對(duì)這一問題進(jìn)行處理。造成這一問題的主要是因?yàn)?，電站鍋爐燃燒多以混合煤等材料為主，煤粉在燃燒之后會(huì)形成高溫?zé)煔?，在煙氣中主要包括飛灰、C2以及HC1等物質(zhì)。在燃燒后的煤灰中，硬質(zhì)高熔點(diǎn)顆粒以SiO為主，會(huì)對(duì)飛灰沖擊形成輔助，進(jìn)而加劇沖蝕磨損程度。

此外過熱器彎頭迎風(fēng)面的煙氣溫度在900℃左右，飛灰沖擊速度在15-40m/s范圍內(nèi)，而管內(nèi)進(jìn)出口過熱蒸汽溫度在500℃左右，爐管表面溫度在650℃左右，管壁在結(jié)焦時(shí)的溫度可以達(dá)到750℃左右。過熱器管道的對(duì)流受熱面在持續(xù)高溫的工作狀態(tài)下，很容易會(huì)受到高溫腐蝕以及氧化等作用，管道表面受損較為嚴(yán)重。如果省煤器受到500℃左右，且流速在8m/s飛灰沖擊時(shí)，甚至?xí)驗(yàn)轱w灰長期沖擊，而造成管壁減薄發(fā)生爆炸的狀況。

一般在對(duì)飛灰問題進(jìn)行處理時(shí)，首先就對(duì)燃煤品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格篩選，會(huì)通過對(duì)高品質(zhì)燃煤的運(yùn)用，降低Si2等顆粒物質(zhì)的產(chǎn)生量；其次會(huì)對(duì)鍋爐管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以降低飛灰對(duì)于管道的影響；再次應(yīng)定期檢查管道，并要及時(shí)對(duì)問題管道進(jìn)行更換；最后應(yīng)對(duì)管道實(shí)施耐腐蝕、耐高溫涂層施工。因?yàn)楦邷貨_蝕問題多作用于管道表面，所以建議運(yùn)用熱噴工藝實(shí)施涂層保護(hù)技術(shù)施工。

2.涂層防護(hù)技術(shù)

在此將從技術(shù)應(yīng)用性能、金屬涂層、陶瓷涂層等幾方面入手，對(duì)電站鍋爐管道涂層防護(hù)技術(shù)展開深度探究。

2.1 陶瓷涂層分析

由于陶瓷材料有著較為突出的耐高溫以及沖蝕抵抗性能，所以技術(shù)人員可通過對(duì)陶瓷材料的運(yùn)用，達(dá)到良好管道保護(hù)效果。但需要注意的是，在使用陶瓷材料制作涂層時(shí)，還存在著材料成本昂貴以及在外部強(qiáng)烈沖擊下，材料表面會(huì)出現(xiàn)裂紋等方面的問題，其保護(hù)性能會(huì)隨之受到破壞，所以從抗疲勞角度來看，更加推薦金屬涂層。在對(duì)陶瓷涂層進(jìn)行使用時(shí)，要明確其實(shí)用性不足的問題，要在進(jìn)行陶瓷安裝過程中，利用火焰噴涂以及HVOF等技術(shù)，對(duì)其使用期限進(jìn)行延長。

2.2 技術(shù)應(yīng)用性能分析

就實(shí)踐情況而言，現(xiàn)階段已經(jīng)有多種材料涂層都在鍋爐管道防護(hù)工作中得到了應(yīng)用，且無論是哪種土層，都能達(dá)到基本性能要求，所以運(yùn)用涂層防護(hù)技術(shù)，對(duì)鍋爐管道進(jìn)行保護(hù)極為可行。

為達(dá)到最佳防護(hù)效果，所使用涂層需要具備以下幾個(gè)方面的性能：①通過對(duì)鍋爐管道高溫沖蝕磨損現(xiàn)象的分析，可以發(fā)現(xiàn)在使用涂層進(jìn)行保護(hù)時(shí)，涂層不僅要具備較高的抗氧化性能，同時(shí)還要擁有良好的耐磨損沖蝕以及耐腐蝕性能；②按照上文所述，飛灰是造成管道沖蝕磨損的重要原因，所以涂層還需要具備一定水平的飛灰抵抗能力，要能夠在高溫環(huán)境中對(duì)飛灰進(jìn)行有效抵抗；③由于防護(hù)對(duì)象會(huì)長時(shí)間處于高溫環(huán)境之中，所以涂層要具備較高水平的抗熱性能，要有抵抗硫化氣體、氧化作用以及高溫外部條件作用的能力；④涂層應(yīng)具備良好抗疲勞性能，要保證在鍋爐多次停機(jī)的狀態(tài)下，其可以始終發(fā)揮保護(hù)作用；⑤涂層自身結(jié)合機(jī)體強(qiáng)度以及致密性要達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，涂層工藝也要盡量簡便，要保證其成本可以被控制在合理范圍之內(nèi)，以對(duì)涂層技術(shù)推廣與使用奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 金屬涂層分析

金屬涂層材料多以合金材料為主，擁有良好抗高溫以及沖蝕抵抗能力，與不銹鋼材料性能較為相近。就其與應(yīng)用基體結(jié)合能力而言，金屬是制作涂層的最佳材料，綜合應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高，可以對(duì)電站鍋爐管道形成有效防護(hù)，且抗腐蝕以及抗疲勞性能較為理想。相較而言，金屬涂層施工工藝種類較為豐富，像等離子噴涂以及火焰噴涂等，都可以高質(zhì)量完成相應(yīng)任務(wù)。

結(jié)束語:由于電站鍋爐內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜，使用安全隱患相對(duì)較多，因此電站應(yīng)加大對(duì)鍋爐管道的重視程度，要對(duì)管道高溫沖蝕磨損問題展開深度研究，并要做好涂層防護(hù)技術(shù)分析與運(yùn)用，要按照鍋爐管道實(shí)際情況，科學(xué)展開各項(xiàng)保護(hù)措施，以將管道沖蝕磨損問題發(fā)生可能性控制在最低，保證管道性能可以始終保持最佳狀態(tài)，從而有效降低因管道問題所造成的各種鍋爐故障與事故，以為電站安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供有利支持。