火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究

1、火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究摘要：火力發(fā)電廠鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機理復(fù)雜，它與爐膛火焰溫度、燃煤的含硫量、煙氣與灰分顆粒的沖蝕密切相關(guān)。防止水冷壁高溫腐蝕和磨損的常用方法有兩類，即非表面防護方法和表面防護方法。本文針對廣東沙角B電廠3#爐，本公司采用超音速電弧噴涂45CT合金涂層工作壽命已近四年，認為積極采用熱噴涂技術(shù)是火電廠鍋爐水冷壁高溫防腐耐磨涂層最可靠的解決方法。關(guān)鍵詞：鍋爐水冷壁高溫腐蝕和

2、磨損超音速電弧噴涂一、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

3、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。鍋爐運行過程中，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質(zhì)的存在，在高溫下對水冷壁構(gòu)成腐蝕。這種現(xiàn)象在各個燃煤鍋爐中普遍存在，我們在各火電廠的鍋爐定期檢驗中經(jīng)常遇到，只是程度不同而已。廣東沙角B電廠由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高溫腐蝕特別嚴重，由此帶來的爆管、換管損失慘重。同時，煤燃燒時產(chǎn)生的大量灰粉，在鍋爐內(nèi)部燃燒的復(fù)雜動態(tài)過程中，猛烈撞擊水冷壁，對水冷壁工作面產(chǎn)生嚴

4、重切削，使水冷壁管工作面被磨損成不同程度的小平臺，造成水冷壁壁厚的實際減薄，容易導(dǎo)致水冷壁管在高溫下強度不夠而爆管，其危害作用同高溫腐蝕一樣嚴重。因此，需要我們尋求一種解決的技術(shù)方法，增加水冷壁的抗磨損能力，以延長水冷壁的使用壽命。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(fù)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。鍋爐運行過程中，爐溫可高達1600℃以上，由

5、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程中產(chǎn)生的SO2、SO3、H2S、HC1、堿金屬鹽及釩鹽類，是多種化學(xué)物在各種溫度下共同對管壁進行的復(fù)雜的動態(tài)腐蝕過程。其中，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(FeS→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

6、冷壁管所要求的各種良好的高溫機械性能，實際上導(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。另外，高溫?zé)煔夤梢源笥?米秒的速度沖擊管壁，煙氣的腐蝕和灰分顆粒的沖刷在金屬表面交替進行，造成管壁減薄。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)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

7、停留在普通電弧噴涂技術(shù)的基礎(chǔ)上，只是簡單地利用其性能的提高，基本上處于一種被動應(yīng)用的狀況。比如噴涂材料，仍然沿用原有電弧噴涂用絲材，沒有針對超音速電弧噴涂技術(shù)的先進性專門開發(fā)新型涂層材料，我們投入了大量人力、物力、財力對其進行了進一步研究，開發(fā)出了MC鍋爐四管專用涂層、NiCrCr3C2、NiCrAiFeCr3C2、45CT系列噴涂材料，增加其在電力系統(tǒng)的現(xiàn)場實用性，最大限度地利用該技術(shù)的先進性，實現(xiàn)良好的表面涂層。四、超音速電弧噴涂4

8、5CT合金的應(yīng)用對水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮，我們認為，比較理想的方法是采用熱噴涂技術(shù)。經(jīng)過一系列的準備工作，于1999年5月廣東沙角B電廠3#爐大修期間，我們對其水冷壁進行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。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

9、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份)，還應(yīng)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(yīng)具有一定的抗沖蝕能力。對選擇的一種或幾種材料應(yīng)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

10、料的膨脹系數(shù)與水冷壁管材料接近，使涂層在交變熱應(yīng)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。噴涂工藝如下：A.噴砂打磨：噴涂前的基體表面必須清潔、無油污、且須達到清潔和毛化要求。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)達到Rz40~80um。且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。選擇磨料時，根據(jù)基體金屬的種類和涂層的厚

11、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)定的磨料進行打磨，磨料有棱角，清潔、干燥、沒有油污、可溶性鹽的游離物和長石，以對表面進行仔細的清理及有效的表面毛化，達到提高噴涂結(jié)合強度的目的。B.防腐蝕噴涂：使用超音速電弧噴涂技術(shù)對水冷壁進行噴涂，噴涂材料為專用45CT，設(shè)計噴涂厚度0.8~1.0mm。噴涂表面達到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應(yīng)盡快進行噴涂，其間隔時間越短越好，在晴天或不