超音速电弧喷涂技术在风机防磨防腐中的应用

超音速电弧喷涂技术在风机防磨防腐中的应用

武云龙

合肥东方热电有限公司

摘要：

燃煤电厂锅炉风机主要有引风机、送风机（一次风、二次等）、高压流化风机、烟气再循环风机等。一些小型供热机组多采用循环流化床锅炉，实施超低排放改造脱硫方式多为石灰石-石膏法脱硫技术和循环流化床烟气脱硫技术（CFB-FGD）。烟气脱硝多采用烟气再循环技术+选择性催化还原法（SCR）+非选择性催化还原法（SNCR）联合技术，有的还在锅炉尾部烟道增设氧化还原法（COA），实现SO2、NOX达到超低排放标准。上述脱硫、脱硝技术均会改变烟气参数，大幅降低烟气温度，导致风机叶轮腐蚀及结灰，风机出现振动超标甚至轴承损坏。根据风机磨损、腐蚀特点，本文重点介绍采取超音速电弧喷涂技术在风机防磨防腐中的应用，以降低检修频率，延长使用寿命，提高电厂锅炉机组运行的安全及经济性。

关键词：风机防磨防腐；超音速电弧喷涂技术；涂层材料、技术特点及效果

引言：

随着污染防治攻坚战的不断深入，电厂燃煤机组按照环保要求其烟气污染物排放全部实现超低排放标准，特别是一些已投运的小型热电联产燃煤机组多是进行超低排放改造。由于锅炉配套各风机初期设计时并未考虑经超低排放后烟气介质发生的变化，烟气温度大幅降低，湿度大幅增加，导致叶轮腐蚀、结灰，造成叶轮失衡，振动超标，发现不及时还将造成风机损坏，直接导致锅炉机组停运。该现象不仅增加了风机检修频率，还可能造成企业机组停运停产的风险。国内小型CFB锅炉在进行超低排放改造时多半采用烟气再循环的方式降低烟气中氮氧化物的生成，其高湿含尘及硫化物、氮化物的烟气经烟气再循环风机和管道返回进入一次风机的过程中，导致烟气再循环风机及一次风机叶轮腐蚀、磨损、结灰，同理造成风机故障、锅炉机组停运。合肥热电集团有限公司众诚分公司供热锅炉机组实现超低排放改造后，该现象发生较为频繁，严重影响企业正常供热。该防磨喷涂技术改造后的风机中应用得到了良好的效果。即在经过对锅炉引风机、一次风机、烟气再循环风机等进行超音速电弧喷涂处理后，避免了经超低排放改造后的高湿度含尘含硫烟气对各风机壳体及叶轮的影响，效果较好，保障了锅炉机组的稳定、连续运行，也延长了风机使用寿命。

一、风机防磨防腐采用超音速电弧喷涂技术工艺流程

由于风机叶轮腐蚀、结灰主要原因为经超低排放改造后的锅炉含硫、尘、硝烟气温度降低，湿度增加，接近烟气露点温度，对风机及烟道等金属构件的侵蚀性加大，且高湿烟气粘灰性也将加大，直接造成风机壳体及叶轮腐蚀、结灰，导致风机叶轮平衡变化，振动加大，影响风机正常运行。针对上述特点，对实施超低排放改造后的锅炉原风机或新采购的风机叶轮，先进行表面打磨、喷砂等处理，去除锈蚀物、灰垢，保持表面清洁，再将含碳化铬、硼化物等耐磨耐腐蚀合金材料采用超音速电弧喷涂工艺，喷射于叶轮表面，再用高强度密封胶进行表面封孔处理，达到防腐、防磨、抗热冲击及防结灰的目的。具体方式如下：

（1）风机叶轮壳体；（2）超音速电弧喷涂工艺；（3），风机叶轮轮盖；（4）风机叶轮；（5）叶轮涂层材料；

1、对实施超音速电弧喷涂防腐的风机叶轮拆除，并进行固定，防止滚动、碰撞导致变形损坏。

2、使用喷砂设备对叶轮及风机壳体内侧进行喷砂除锈，去除腐蚀物及杂物，露出叶轮基材本色，使其表面粗糙活化，达到st3级，并用压缩空气进行吹扫，保持表面清洁。

3、使用超音速电弧喷涂设备将熔融后的高强度防磨防磨材料均匀喷射于叶轮及风机壳体内侧，喷涂施工应一次性完成。

4、喷涂施工结束后，用高粘接性封孔剂对涂层表面进行涂刷封孔，进一步提高涂层的致密性和耐磨耐腐蚀性。施工完成后应对涂层进行全面检查，对不合格处重新进行处理。

5、对叶轮进行动、静平衡测试，并使其振动值符合工艺要求。

6、风机叶轮回装、试车。

二、超音速电弧喷涂技术主要技术参数

1、涂层材料厚度一般0.4-0.6mm。采用超音速电弧喷涂工艺，涂层厚度均匀，致密性强。涂层过薄防磨防腐效果差，涂层过厚当叶轮高速旋转受到应力时易于皲裂、脱落，不仅影响防磨防腐效果，还可能造成叶轮失衡，振动超标甚至轴承损坏。

2、采用超音速电弧喷涂技术，其涂层材料粒子飞行速度高，使其涂层与基体结合强度较高，可达40-55MPa。较高的结合强度保证了涂层材料不易脱落，且达到施工部件表面与氧、水汽、硫、硝等有害气体有效隔绝，从而达到防腐作用。

3、硬度是衡量涂层材料力学性能的关键指标，硬度直接影响着涂层材料的摩擦磨损性能。由于采用了耐磨耐腐高强合金材料，涂层维氏硬度可达700HV0.1，耐冲蚀度较好。

三、超音速电弧喷涂工艺技术特点及效果

1、涂层材料及工作原理。涂层材料采用以纳米硅微粉、碳化硅、氮化硼、细晶氧化铝、石 墨、超细氧化锌、氧化钛、陶瓷微珠、微粉氧化锆等改性无机硅改性树脂嫁接有机聚合物为成膜溶液。溶液中含硅无机聚合物作为主链，高温嫁接有机聚合物改性树脂，得到交替排列组成的多嵌段嫁接无机—有机螯合聚合物，成膜性好，附着力好，涂层光滑自洁，耐温高，成膜致密降低介质损耗率。涂料各组分的相互作用和协同效应工作原理，使涂层具有耐腐蚀性高，硬度高，与基体结合力大等综合性能。

2、超音速电弧喷涂技术的优点

超音速电弧喷涂技术即采用燃烧于两根丝材端部的电弧将均匀送进的丝材融化，经拉伐尔喷嘴加速后形成的超音速气流将熔化的涂材雾雾化成粒度细小、分布均匀的粒子，喷向施工部位从而形成涂层。采用超音速电弧喷涂技术，及采用了耐磨耐腐高强合金材料，涂层与基体结合强度及硬度较高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度、更高的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好，且喷涂时施工部件不变形，可获得高质量的涂层效果。

3、超音速电弧喷涂技术防磨防腐应用效果

合肥热电集团有限公司众诚分公司5×75t/h循环流化床锅炉一次风机、烟气再循环风机因实施超低排放改造后叶轮腐蚀较大，风机经常性出现振动超标现象，对城市集中供热产生影响。经采用超音速电弧喷涂技术及改性无机聚合物涂层材料，其较高的结合强度及硬度取得了较好的防磨防腐蚀效果。在实际应用中，如果风机叶轮腐蚀严重，振动超标，在经表面除垢后还需进行动平衡试验，确保其平衡振幅值符合标准。但若为新采购风机或原风机叶轮振动符合要求，由于涂层厚度较薄，且采用超音速电弧喷涂工艺，涂层较为均匀，对叶轮平衡度影响较小，一般无需再进行动平衡试验。经超音速电弧喷涂后的风机叶轮涂层与基体结合强度较高，不易脱落，耐腐蚀、耐磨损、抗热冲击性较好，表面不结灰，为风机的安全稳定连续运行提供了保障。

四、结束语

超音速电弧喷涂防磨技术是一项较为成熟的工艺技术，在电厂锅炉水冷壁等受热面防磨方面已得到广泛应用，启到了较好的防磨效果。合肥热电集团有限公司众诚分公司经过技术延伸，并经对防磨防腐材料重新进行选择，应用到循环流化床锅炉各风机防磨防腐后，效果较好。采用超音速电弧喷涂防磨防腐工艺技术，不改变风机结构，不影响风机出力，不增加轴承磨损，不对叶轮平衡产生影响。经过超音速电弧喷涂后，减少了风机故障率，提高了使用寿命。

参考文献：

[1]阎红.金属表面处理新技术[M].冶金工业出版社，1996.40-42

[2]王汉功.查柏林。超音速喷涂技术，2005.1月

[3]苏启.超音速火焰喷涂技术的发展与应用前景[J].钢铁研究学报，1994,6（1）：99-102