鍋爐水冷壁管防腐耐磨技術應用

邢春樺　岳勝利

[摘要]鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損是目前火力發電廠普遍存在的難題它形成機理復雜，解決難度大，針對烏海熱電廠#1、#2爐火嘴區域采用表面防護式即超音速電弧噴涂方法解決水冷壁管高溫腐蝕和磨損。

[關鍵詞]鍋爐水冷壁 高溫腐蝕和磨損 超音速電弧噴涂

中圖分類號：TB4文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510112－01

管壁減薄明顯。經生產會研究決定用超音速電弧噴涂方法（45CT合金涂層）進行處理。

一、水冷壁管高溫腐蝕和磨損形成原因

1．爐膛火焰溫度高。鍋爐運行過程中，爐溫可高達2000℃以上，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質的存在，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生的SO2、SO3、H2S、HC1、堿金屬鹽及釩鹽類，是多種化學物在各種溫度下共同對管壁進行的復雜的動態腐蝕過程。

2．燃煤的含硫量高。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生的腐蝕，含硫物在金屬高溫下產生單原子硫，硫與管道中的鐵反應生成硫化鐵(Fe+S→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，但不再具有水冷壁管所要求的各種良好的高溫機械性能，實際上導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。

3．煙氣與灰分顆粒的沖蝕。爐內空氣動力場紊亂，高溫煙氣裹著大于8米/秒的速度飛灰顆粒沖擊管壁，對水冷壁工作面產生嚴重切削，使水冷壁管工作面被磨損成不同程度的小平臺，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，容易導致水冷壁管在高溫下強度不夠而爆管。

二、防范水冷壁高溫腐蝕和磨損的措施

1．超音速電弧噴涂方法。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：＃1、2爐火嘴區域水冷壁表面覆蓋耐腐蝕、耐磨的隔離層，是最直接有效的防腐、防磨措施，屬于高溫腐蝕的表面防護方法，采用熱噴涂技術是比較理想的方法。

超音速電弧噴涂技術利用了流體力學中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時的粒子速度真正超過了音速。我們通過對該技術的引進，特別是針對噴涂設備笨重、龐大、不利于現場施工的缺點，進行大膽的設備結構改造和功能完善，達到的突出特點是現場實用性強、噴涂性能好、涂層質量顯著提高。與普通電弧噴涂和火焰噴涂比較，其技術指標有如下區別：

由于超音速電弧噴涂技術的先進性離子噴射速度快（比普通電弧噴涂快4倍），其技術性能比普通電弧噴涂有本質的提高，改善了涂層的孔隙率、顆粒度、結合強度等性能，增加了涂層厚度調節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用范圍。

但原有超音速電弧噴涂的應用還幾乎停留在普通電弧噴涂技術的基礎上，只是簡單地利用其性能的提高，基本上處于一種被動應用的狀況。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的先進性專門開發新型涂層材料，我們進行了四管專用涂層材料比對及同類型電廠調研，決定選用45CT系列噴涂材料，最大限度地利用該技術的先進性，實現良好的表面涂層。

經過一系列的準備工作，于2006年7月、9月我廠#1、#2爐大修期間，我們對其水冷壁四角燃燒器周圍進行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。噴涂面積約80平方米，噴涂工藝介紹如下：

（1）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，根據基體金屬的種類和涂層的厚度而定，磨料必須清潔、有棱角，才能保證涂層與基體結合良好。我們選擇棕剛玉和冷硬鑄鐵砂等符合有關規定的磨料進行打磨，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，達到提高噴涂結合強度的目的。

（2）防腐蝕噴涂。使用超音速電弧噴涂技術對水冷壁進行噴涂，噴涂材料為專用45CT，設計噴涂厚度0.8～1.0mm。噴涂表面達到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應盡快進行噴涂，其間隔時間越短越好，在晴天或不潮濕的天氣，間隔時間不可超過12小時，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時間不超過2小時。噴涂必須在如下條件下實施：環境大氣高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點高３℃，在雨天、潮濕或含霧的氣氛中，噴涂操作必須在室內或工棚棚中進行。

（3）后處理。對于防腐噴涂，必須加封孔劑，以避免腐蝕物質通過涂層的孔隙往里面滲入，直接腐蝕母材，或間接減少防腐涂層的有效厚度。封孔劑選擇有機硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面。

（4）現場檢測。噴涂完成后，應進行外觀檢查，涂層表面致密、均勻、顆粒細小，不允許有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。使用日本原裝進口的磁性涂層測厚儀進行現場實測，厚度達到要求，可以保證工程質量。

2．運行調整。2006年7月、9月我廠#1、#2爐大修期間，由內蒙電科院為我廠＃1、2爐進行了空氣動力場試驗，切圓直徑控制為736、391mm，避免了切圓太大或偏斜火焰貼壁燃燒或沖刷水冷壁，經內蒙電科院進行了燃燒調整：一次風與二次風合理配比，并在不同負荷下運用了周界風，提高一次風剛度避免均了爐內空氣動力場紊亂，嚴格控制燃煤質量，盡量靠近設計煤種，控制燃煤含硫量在1.2％以下，保證制粉系統合理運行，控制煤粉細度在18-22％之內。

三、結論

我廠#1、#2爐超音速電弧噴涂45CT涂層水冷壁管，經過一年的周期運行外觀檢查，涂層完好，未見裂紋、起皮、脫落等任何宏觀缺陷，也未因腐蝕原因造成爆管等。我們１#爐水冷壁在停爐時割管取樣分析，該樣自爐內現場實施噴涂后已連續運行6000余小時，根據有色金屬研究總院出具的檢測報告，“試樣涂層完整，未發現有剝落現象，涂層約0.9mm。與基體結合良好，結合部位未發現明顯缺陷”。水冷壁管的可靠性，直接關系到電廠機組是否能安全有效運行，但鍋爐運行中對不可避免地對水冷壁管造成腐蝕、沖蝕（磨損），使其有效承載能力下降、安全性降低。超音速電弧噴涂涂層能對水冷壁管表面實施有效保護，使其外表面基本不受損傷，可大量節省材料更換費用及維修費，減少或避免非計劃停爐，降低運行成本。

實踐證明，利用超音速電弧噴涂的45CT涂層，可以大大延長水冷壁管的使用壽命，同時也可以對長時間運行后的水冷壁管進行再防護，以進一步延長水冷壁管的使用壽命。具有極大的開發利用價值。

參考文獻：

[1]李誠銘，《新編噴涂新工藝新技術及噴涂設備應用實務全書》，中國知識出版社出版.

[2]易春龍，《金屬電弧噴涂》，化學工業出版社.

[3]內蒙電科院燃燒調整試驗報告.

作者簡介：

邢春樺，女，畢業于內蒙古廣播電視大學，所學專業電力系統工程及其自動化，現工作于內蒙古烏海熱電廠鍋爐檢修。