煤腐粉锅炉受热面防腐

点击数：1328发布时间：2014-04-19 08:16:43　

锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：（1）使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为1mm左右，严重的可达5~6mm年，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。（2）发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。
锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。广东沙角B电厂由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。同时，煤燃烧时产生的大量灰粉，在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中，猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削，使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台，造成水冷壁壁厚的实际减薄，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管，其危害作用同高温腐蚀一样严重。因此，需要我们寻求一种解决的技术方法，增加水冷壁的抗磨损能力，以延长水冷壁的使用寿命。
二、水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理
水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：（1）炉膛火焰温度；（2）燃煤的含硫量；（3）烟气与灰分颗的冲蚀。锅炉运行过程中，炉温可高达1600℃以上，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、HC1、碱金属盐及钒盐类，是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素，一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁（Fe+S→FeS）；二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐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种良好的高温机械性能，实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。另外，高温烟气裹着可以大于8米/秒的速度冲击管壁，烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，造成管壁减薄。
三、防止水冷壁高温腐蚀和磨损的途径
电厂锅炉爆管会造成较大的经济损失，为减少爆管停产检修，投入了大量人力、物力加强对水冷壁的监测和更换，但是监测未取得任何实质性的效果，换管则将大大增加生产成本和维修费用。只有防患于未然才是最好的办法。
分析清楚了水冷壁高温腐蚀的产生原因，就可采用有效的方法来进行防止，常用方法可以分为两类，即非表面防护方法和表面防护方法。非表面防护方法有：
A.采用低氧燃烧技术
B.尽可能使各燃烧间的煤粉浓度均匀
C.合理的配风及强化炉内的湍流混合
D.控制适当的煤粉细度
E.避免出现受热面壁温局部过热

F.在壁面附近喷空气保护膜
G.加添加剂
H.控制合理的炉膛出口烟温
I.对易产生高温腐蚀的煤种采用抗腐蚀高温合金
J.采用烟气再循环
K.对受热面的设计布置合理，以避开高烟温区和高壁温区出现
L.对易腐蚀区加炉衬防护
非表面防护法的共同之处在于，一定程度上可以减轻水冷壁的腐蚀，但并不能真正做到防止其腐蚀。而且有些方法在实际运行中会因为各种原因而不能有效地实施，甚至个别方法还存在争议，如炉衬防护，不但影响燃烧室吸热能力，还会使腐蚀复杂化。故有必要寻求其它效果更好的表面防护方法。
对受腐蚀构件表面覆盖耐腐蚀的隔离层，是最直接有效的防腐措施，属于高温腐蚀的表面防护方法，主要有：
（1）涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应锅炉内环境及脱硫装置，使用中易产生脱层，难于实际应用。
（2）电镀、热渗镀：镀层的覆盖性及结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场拼焊中镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。无法对已有设施进行再次防腐。
（3）热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设施的未防护部分进行追加防护，已防护部分进行再次防护。
超音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的“拉伐尔原理”，使喷涂时的粒子速度真正超过了音速。我们通过对该技术的引进，特别是针对喷涂设备笨重、庞大、不利于现场施工的缺点，进行大胆的设备结构改造和功能完善，达到的突出特点是现场实用性强、喷涂性能好、涂层质量显著提高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂比较，其技术指标有如下区别：
粒子速度
速度倍率
结合强度
涂层厚度
孔隙率
LX34镍铬碳化铬
超音速电弧喷涂
386~450m/s

3
68.5Mpa
0~4mm可调
＜1%
普通电弧喷涂
90~200m/s
2
＜20Mpa
0~1mm
7~15%
由于超音速电弧喷涂技术的先进性——离子喷射速度快（比普通电弧喷涂快4倍），其技术性能比普通电弧喷涂有本质的提高，改善了涂层的孔隙率、颗粒度、结合强度等性能，增加了涂层厚度调节范围及可利用的涂层材料选择范围，可以大大拓展电弧喷涂的应用范围。
但原有超音速电弧喷涂的应用还几乎停留在普通电弧喷涂技术的基础上，只是简单地利用其性能的提高，基本上处于一种被动应用的状况。比如喷涂材料，仍然沿用原有电弧喷涂用丝材，没有针对超音速电弧喷涂技术的先进性专门开发新型涂层材料。我们投入了大量人力、物力、财力对其进行了进一步研究，推出了电厂锅炉四管专用涂层： LX34镍铬碳化铬、LX88A超硬耐磨合金涂层系列喷涂材料，增加其在电力系统的现场实用性，最大限度地利用该技术的先进性，实现良好的表面涂层。
四、超音速电弧喷涂LX34镍铬碳化铬涂层的应用
对水冷壁的防高温腐蚀和磨损各种方法综合考虑，我们认为，比较理想的方法是采用热喷涂技术。经过一系列的准备工作，于1998年3月广东沙角B电厂煤粉锅炉大修期间，我们对其水冷壁进行了防腐耐磨超音速电弧喷涂。
钢铁材料的表面防护涂层分两大类。一类是隔离涂层，如电镀铬、油漆及有机涂料；另一类是阳极涂层，如电镀锌、热浸或喷涂LX34镍铬碳化铬涂层作为牺牲阳板仍对该处表面钢铁具有防腐蚀保护作用，避免孔隙腐蚀、保护层下腐蚀及由此引起涂层的脱落，阳极涂层还兼有隔离涂层作用。
选择防止燃煤含硫高温腐蚀涂层材料除考虑其阳极性外（即选择阳极电位低于钢铁的金属成份），还应要求其热膨胀系数接近钢铁材料，具有良好的塑性，以避免脱层，材料还应具有一定的抗冲蚀能力。对选择的一种或几种材料应进行喷涂试验、性能试验和对比试验等。
对于水冷壁防高温腐蚀和磨损喷涂，我们推选北京廊桥表面技术发展有限公司研制的LX34镍铬碳化铬、LX88A超硬耐磨涂层与基体金属表面产生原子扩散，形成冶金结合，涂层又形成粗糙表面，便于与工作层连接，提高涂层的结合强度。喷涂层材料的膨胀系数与水冷壁管材料接近，使涂层在交变热应力作用下不会脱落，它具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、延展性好、抗冲蚀能力强且价格便宜等特点，涂层厚度0.8~1.0mm。喷涂工艺如下：
A.炉管表面喷砂处理