超音速电弧喷涂在燃煤锅炉检修中的应用

超音速电弧喷涂在燃煤锅炉检修中的应用

范景扬

（内蒙古京能康巴什热电有限公司内蒙古自治区鄂尔多斯市017000）

摘要：燃煤锅炉，特别是热力发电厂煤粉锅炉，在运行过程中，炉管受热面会因烟尘或吹灰蒸汽的冲刷磨损、高温氧化和腐蚀而引发泄漏和爆管等事故。一旦发生这类事故，不仅影响发电和供热，检修更是费工、费时。电弧喷涂技术通过电弧喷涂在磨损表面形成强化的金属涂层，其涂层均匀度高，致密性好，结合强度高，孔隙率低，因而提高了涂层的防腐耐磨性。

关键词：锅炉；磨损；电弧喷涂

锅炉目前被广泛使用在动力、造纸、冶金和化工等工业领域，锅炉的管道受腐蚀及冲蚀的恶劣环境中，极易产生高温腐蚀和磨损，致使管壁减薄。电厂锅炉管道管壁存在温度梯度，腐蚀后管壁减薄或产生大量麻坑，另外炉膛内的高温、高速烟气携带大量灰粒和未完全燃烧的燃料颗粒使管壁产生冲蚀磨损，造成壁厚逐渐减薄，管道受到腐蚀和磨损联合作用后使用寿命大大下降，尤其在燃烧器附近高温腐蚀和磨损情况更加严重，最后的结果就是造成管道泄漏。探究锅炉管道的防磨问题.是直接关系到火电厂经济效益的关键问题。锅炉管道减薄后的直接危害是导致锅炉管道泄漏爆管事故，它不仅严重影响锅炉的安全运行，同时`造成巨大的经济损失，已成为锅炉安全运行中一个急待解决的技术难题。

一、慨述

1、音速火焰喷涂的原理。音速火焰喷涂是指燃烧焰的焰流速度远远超过常规火焰喷涂的速度，而又没有超过“当地音速”的火焰喷涂，喷枪通过气阀引入乙炔和氧气，乙炔和氧气混合后在环形或梅花形喷嘴出口处产生燃烧火焰。喷枪上设有粉斗或进粉管，利用送粉气流产生的负压抽吸粉末，使粉末随气流进入火焰，粉末被加热熔化或软化，气流及焰流将熔粒喷射到基材表面形成涂层。为了在有限的压力下，最大限度地增加气体的流量，既提供足够的功率，同时又要保证燃气和助燃气在燃烧前充分混合，使反应完全，从而大大地提高燃烧效率，音速喷涂的喷枪采用喷嘴一混合器组件，即射吸式进气和螺旋式混气结构。它能满足燃气和氧气能在燃烧前充分混合，又能保证足够的气体流量，使燃烧功率和功率都得到极大限度的提高。特殊的螺旋式混气方式和射吸进气使之能在有限的乙炔压力下，极大限度地提高功率和燃烧效率。设置在枪体上的两个压力表分别指示乙炔（同时间接指示氧气）和空气等主要参数，使参数可控并具有重复性，操作十分方便、可靠。加速气又起到冷却气的作用，热量被二次利用，减少了能耗。由于加速气（压缩空气）中的氧在加速室内参与反应，因此剩余的是以氮气为主的惰性气体，因而加速气又起到保护作用，所以喷涂过程中粒子不易氧化，特别是对碳化物可保护其不脱碳，从而进一步提高涂层质量。

二、锅炉管道中腐蚀磨损的原因

1、锅炉管道中易磨损的部位与原因

锅炉金属材料的磨损机理。锅炉管道磨损一般分为粘着磨损、腐蚀磨损和冲蚀磨损三类，最为典型的是锅炉的冲蚀磨损，影响磨损量的主要因素很多，通常情况下是运用理论就可以描述不同的冲蚀磨损特性。

锅炉的磨损部位与原因

（1）磨损部位。锅炉管道的磨损与锅炉的结构、运行参数、材料特性等因素有关。易磨损的部位有受热面管子、不规则的管壁区域和省煤器前几排管子，以及金属膨胀节、布风装置等。

（2）磨损原因。1）煤质特性。燃用无烟煤和贫煤的锅炉，煤的燃烧困难，容易产生不完全燃烧和火焰拖长，形成还原性气氛造成腐蚀性增强。含硫量高的煤腐蚀性介质的浓度就越高，同金属管壁发生急剧反应的可能性也越大，从而腐蚀性越强；2）冲蚀磨损。由于冲蚀磨损的影响因素根多，目前缺乏普遍适用的技术来预测材料的磨损速率。另外，锅炉实际运行参数、压力之间的关系还没有明确的联系，因此需要建立经验或半经验模型，将实际磨损量整体用于平均磨损推导。而管道常见的磨损是局部快速磨损，必须建立有障碍物情况下的磨损模型，并且制定相应解决措施等方面有重要指导意义，采用让管设计和防磨板设计等措施让管设计可去除涡流磨损和反弹力磨损，有效达到防磨目的。

2、腐蚀原理与因素

（1）腐蚀原理。煤中的氯在加热过程中以NaCl形式释放出来，产生了HCl气体，这些气体在冷壁上发生凝结，凝结物使Fe2O3氧化膜发生破坏，连同SO3和O2很容易扩散到管子金属表面，造成锅炉管道腐蚀。

（2）腐蚀的原因。1）管壁的温度.燃烧器区域附近的水冷壁的热流密度很大，温度梯度也很大，对管壁的高温腐蚀有很大的影响。管壁温度越高，腐蚀速度越快。2）高温火焰。烟气中带有微量的SO2、SO3、H2S、HCl，这些会对管壁产生腐蚀作用，若高温火焰冲刷水冷壁，极易被高温火焰中的灰粒和未燃尽的煤粉冲刷掉，露出新的表面，从而使腐蚀与磨损交替进行。

三、电弧喷涂技术在锅炉管道腐蚀中的应用

1、电弧喷涂工艺特点。防磨措施一般包括结构防磨、材料防磨和运行防磨三方面。电弧喷涂是材料涂层防磨的常用方法，广泛被用于电厂锅炉受热面管道耐磨技术中。电弧喷涂的技术是利用自行研制的专用电弧喷涂设备，将耐磨，耐高温腐蚀的金属合金丝材熔融喷涂至预先除锈的工件表面，形成电弧喷涂金属涂层，使得锅炉受热面管壁免受高温腐蚀和磨损.。电弧喷涂工艺简单，生产效率高，主要适用于发电厂、供热和工业锅炉管道受热面高温腐蚀和磨损的保护中，特别是适合电厂锅炉管道受热面的现场维修和预保护，不受工期影响，适应性强，而且涂层耐高温腐蚀和耐磨损寿命长，提供锅炉受热面管壁使用寿命达10年以上。涂层与钢材结合力可以高达40Mpa以上，能够确保锅炉在加热、冷却和长期工作情况下，达到不剥落。并且电弧喷涂设备灵活，适应性强，技术便于掌握，不需对工件进行喷涂前预热和后加工，还有利于对现场焊缝和损伤部位即时进行修复。

2、电弧喷涂中存在的问题。由于涂层和基体热膨胀系数差异大，容易造成大面积剥落：涂层的交接处厚度梯度过大，容易产生突起而形成新的磨损点；或者是由于喷涂丝材性能低，造成整体耐磨性差，寿命低。

3、电弧喷涂高温防腐耐磨涂层技术要点

（1）打底层要封闭好。针对锅炉受热面部位热腐蚀磨损失效机理，结合腐蚀磨损情况，通常情况下，选用耐冲击磨损和抗高温氧化性俱佳的高温复喷打底丝作为打底层，利用高温耐磨防腐蚀专用封孔剂进行封孔，设置过渡区域，过渡区域宽度为120-160mm，平滑过渡。

（2）涂层主要技术指标。CFB锅炉管防磨喷涂运行若干时间后，有的涂层已被磨掉，很多部位还有残留涂层，为了确保锅炉安全运行，需要再次进行喷涂施工，在残留层上继续喷涂打底用的材料，这样就可以很好地解决在残留层上继续喷的问题，可以能大幅度提高与基体的结合强度，在高温运行中不会出现脱落现象。如果发现金属热喷涂层一般都会有毛细孔，没有做好封闭，烟气的腐蚀性成分就会渗入而破坏基体，甚至会使涂层剥落。

4、对高温防腐耐磨涂层的要求。涂层必须耐高温腐蚀和耐磨损.使用寿命长.喷涂后应能保证锅炉受热面管壁使用寿命长。涂层与锅炉管材的热膨胀系数要大致相同，确保在热胀冷缩和长期工作情况下.涂层不起皮，不开裂，不剥落，要保证涂层热传导系数要好，确保锅炉传热效率不受影响，保证机组运行的经济性。

利用先进的电弧喷涂技术解决锅炉管道的腐蚀并使其延寿，是非常有发展潜力的，是今后解决锅炉管道泄漏事故的先进方法，该项技术可以减轻电厂锅炉检修的劳动强度，提高检修质量，缩短检修工期，提高电厂经济性，也是未来锅炉检修技术发展的必然趋势。

参考文献：

[1]徐滨士，李长久.表面工程与热喷涂技术及其发展[J].中国表面工程，2014，11（I）.

[2]徐滨士，李长久.表面工程与热喷涂技术及其发展[J].中国表面工程，2015，11（I）.

[3]赵虹，魏勇.燃煤锅炉水冷壁烟侧高温腐蚀的机理及影响因素.动力工程，2015，02

[4]徐滨士，张振学，刘世参.电站锅炉水冷壁管道热腐蚀及高速电弧喷涂防护新技术，中国电力，2013.3：13