火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究

閆發錄 劉正文

一、引言

鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損一直是電力系統普遍存在的嚴重問題,它的直接危害主要表現在以下兩個方面:(1)使管壁減薄,據統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濟損失。(2)發生水冷壁突發性爆管事故,造成緊急停爐搶修,不僅打亂了電廠的正常發電秩序,減少發電產值,而且增加了工人勞動強度和額外的檢修費用,直接影響企業效益,同時也干擾了地區電網的正常調度,影響當地工農業生產,由此也造成了很大的社會影響。

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雜的,簡言之,與下列因素有關:(1)爐膛火焰溫度;(2)燃煤的含硫量;(3)煙氣與灰分顆的沖蝕。

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測和更換,但是監測未取得任何實質性的效果,換管則將大大增加生產成本和維修費用。只有防患于未然才是最好的辦法。分析清楚了水冷壁高溫腐蝕的產生原因,就可采用有效的方法來進行防止,常用方法可以分為兩類,即非表面防護方法和表面防護方法。非表面防護方法有:A.采用低氧燃燒技術。B.盡可能使各燃燒間的煤粉濃度均勻。C.合理的配風及強化爐內的湍流混合。D.控制適當的煤粉細度。E.避免出現受熱面壁溫局部過熱。F.在壁面附近噴空氣保護膜。G.加添加劑。H.控制合理的爐膛出口煙溫。I.對易產生高溫腐蝕的煤種采用抗腐蝕高溫合金。J.采用煙氣再循環。K.對受熱面的設計布置合理,以避開高煙溫區和高壁溫區出現。L.對易腐蝕區加爐襯防護。

非表面防護法的共同之處在于,一定程度上可以減輕水冷壁的腐蝕,但并不能真正做到防止其腐蝕。而且有些方法在實際運行中會因為各種原因而不能有效地實施,甚至個別方法還存在爭議,如爐襯防護,不但影響燃燒室吸熱能力,還會使腐蝕復雜化。故有必要尋求其他效果更好的表面防護方法。

對受腐蝕構件表面覆蓋耐腐蝕的隔離層,是最直接有效的防腐措施,屬于高溫腐蝕的表面防護方法,主要有:(1)涂刷法:涂刷的涂層塑性、熱膨脹性等不能適應鍋爐內環境及脫硫裝置,使用中易產生脫層,難于實際應用。(2)電鍍、熱滲鍍:鍍層的覆蓋性及結合度較好,但受工件尺寸限制,鍍件在現場拼焊中鍍層也會出現薄弱環節,降低使用性能。無法對已有設施進行再次防腐。(3)熱噴涂:適合現場操作,涂層材料選擇范圍寬,組合方式多,能提供多種性能涂層,對已有設施的未防護部分進行追加防護,已防護部分進行再次防護。

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。

四、超音速電弧噴涂45CT合金的應用

對水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮,比較理想的方法是采用熱噴涂技術。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分),還應要求其熱膨脹系數接近鋼鐵材料,具有良好的塑性,以避免脫層,材料還應具有一定的抗沖蝕能力。對選擇的一種或幾種材料應進行噴涂試驗、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,我們開發的噴涂材料是自發放熱型材料45CT,噴涂后涂層與基體金屬表面產生原子擴散,形成冶金結合,涂層又形成粗糙表面,便于與工作層連接,提高涂層的結合強度。噴涂層材料的膨脹系數與水冷壁管材料接近,使涂層在交變熱應力作用下不會脫落,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。

五、噴涂效果分析

1.與滲鋁管防腐效果對比分析。為了防止高溫硫腐蝕,火電廠在水冷壁中設置衛燃帶,以前常采用滲鋁管,實際上,用噴涂SCZ16管代替滲鋁管可以取得相同的或更好的效果。

2.運行后的涂層檢測。經過長期運行外觀檢查,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。

六、結束語

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,直接經濟效益和間接經濟效益都很高,有極大的開發利用價值。

另外,涂層的存在,要求對涂層的厚度和覆蓋的完整性進行嚴格監控。而只要保證熱噴涂層的完好,就在很大程度上保證了水冷壁管的完好性。在原有對水冷壁管進行監督檢查的基礎上,對涂層的檢查增加了對水冷壁管的監督力度,提高了水冷壁管的安全性。我們認為已經時間證明熱噴涂技術能夠對鍋爐的水冷壁的保護提供一個非?？煽康慕鉀Q辦法。

(編輯/丹桔)