鍋爐工技師論文最終版100講解

1、鍋爐工技師論文火電廠鍋爐水冷壁管防腐耐磨研究姓名 單摘要：火力發(fā)電廠鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機(jī)理復(fù)雜，它與爐膛火焰溫度、燃煤的含硫量、煙氣與灰分顆粒的沖蝕密切相關(guān)。防止水冷壁高溫腐蝕和磨損的常用方法有兩類，即非表面防護(hù)方法和表面防護(hù)方法。針對(duì)太陽紙業(yè)熱電廠二期四臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，現(xiàn)場采用超音速電弧噴涂，涂層層壽命已近四年，認(rèn)為積極采用超音速電弧噴涂技術(shù)是火電廠循環(huán)流化床鍋爐水冷壁高溫防腐耐磨涂層最可靠的解決方法。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐水冷壁 高溫腐蝕和磨損 超音速電弧噴涂 一、引言 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近十幾年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)，其主要特點(diǎn)在于燃料及脫硫劑經(jīng)多次循

2、環(huán)，反復(fù)地進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，爐內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，不但能達(dá)到低NOx排放、90%的脫硫效率和與煤粉爐相近的燃燒效率，而且具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣易于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，因此國際上這項(xiàng)技術(shù)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用，且向大型循環(huán)流化床鍋爐方向發(fā)展。 目前，循環(huán)流化床鍋爐存在的嚴(yán)重問題是鍋爐金屬管壁高溫腐蝕和管壁磨損。循環(huán)流化床鍋爐金屬件磨損因不同廠家出產(chǎn)的鍋爐不同，磨損部位、磨損程度等都不相同，主要發(fā)生在以下部位： 1、布風(fēng)裝置風(fēng)帽的磨損； 2、爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁過渡區(qū)域的管壁磨損（嚴(yán)重磨損）； 3、爐膛角落區(qū)域的水冷壁磨損（嚴(yán)重磨損）； 4、爐

3、膛一般水冷壁管的磨損（較嚴(yán)重）； 5、不規(guī)則管壁（彎管讓管、管壁上的焊縫、爐內(nèi)測試元件等）的磨損； 6、二次風(fēng)噴嘴的磨損； 7、爐內(nèi)受熱面（屏式過熱器、水平過熱器管屏、埋管）的磨損； 8、爐頂受熱面的磨損（較嚴(yán)重）； 9、旋風(fēng)分離器的磨損（較嚴(yán)重）； 10、對(duì)流煙道受熱面（省煤器兩端、空氣預(yù)熱器入口）的磨損。尤其循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管的管壁高溫腐蝕和管壁磨損最為嚴(yán)重，它的直接危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：(1)使管壁減薄，一般每年減薄量約為 1mm 左右，嚴(yán)重的可達(dá) 5-6mm 年，形成嚴(yán)重的安全運(yùn)行隱患，增加了電廠的臨時(shí)性檢修和大修工作量，且檢修周期大為縮短，給電廠造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。(2)發(fā)

4、生水冷壁突發(fā)性爆管事故，造成緊急停爐搶修，不僅打亂了電廠的正常發(fā)電秩序，減少發(fā)電產(chǎn)值，而且增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度和額外的檢修費(fèi)用，直接影響企業(yè)效益，同時(shí)也干擾地區(qū)電網(wǎng)的正常調(diào)度，由此也造成很大的社會(huì)影響。 鍋爐運(yùn)行過程中，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質(zhì)的存在，在高溫下對(duì)水冷壁構(gòu)成腐蝕。這種現(xiàn)象在各個(gè)燃煤鍋爐中普遍存在，在各火電廠的鍋爐定期檢驗(yàn)中經(jīng)常遇到，只是程度不同而已。熱電廠由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高溫腐蝕特別嚴(yán)重，由此帶來的爆管、換管損失慘重。同時(shí)，煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量揚(yáng)析顆粒，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部燃燒的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程中，高溫物料在上升煙氣流作用下向爐膛上部運(yùn)動(dòng)，對(duì)水冷壁及爐內(nèi)布置的其他受熱面

5、放熱。粗大粒子猛烈撞擊水冷壁，對(duì)水冷壁工作面產(chǎn)生嚴(yán)重切削，部分粒子在重力及其他外力作用下不斷減速偏離主氣流，最終形成附壁下降粒子流對(duì)水冷壁進(jìn)行磨損。使水冷壁管工作面被磨損成不同程度的小平臺(tái)，造成水冷壁壁厚的實(shí)際減薄，容易導(dǎo)致水冷壁管在高溫下強(qiáng)度不夠而爆管，其危害作用同高溫腐蝕一樣嚴(yán)重。因此，需要我們尋求一種解決的技術(shù)方法，增加水冷壁的抗磨損能力，以延長水冷壁的使用壽命。二、水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機(jī)理： 水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機(jī)理是很復(fù)雜的，簡言之，與下列因素有關(guān)：(1)爐膛火焰溫度；(2)燃煤的含硫量；(3)煙氣與灰分顆粒的沖蝕。鍋爐運(yùn)行過程中，爐溫可高達(dá)1000以上，由于燃燒煤中硫及其它

6、有害雜質(zhì)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(chǎn)生的SO2、SO3、H2S、HC1、堿金屬鹽及釩鹽類，是多種化學(xué)物在各種溫度下共同對(duì)管壁進(jìn)行的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)腐蝕過程。其中，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(chǎn)生的腐蝕，含硫物在金屬高溫下產(chǎn)生單原子硫，硫與管道中的鐵反應(yīng)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(jī)械性能，實(shí)際上導(dǎo)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。另外，高溫?zé)煔夤梢源笥?米/秒的速度沖擊管壁，煙氣的腐蝕和

7、灰分顆粒的沖刷在金屬表面交替進(jìn)行，造成管壁減薄。三、防止水冷壁高溫腐蝕和磨損的途徑：意外的爆管則會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，電廠為減少爆管，投入了大量人力、物力加強(qiáng)對(duì)水冷壁的監(jiān)測和更換，但是監(jiān)測未取得任何實(shí)質(zhì)性的效果，換管則將大大增加生產(chǎn)成本和維修費(fèi)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(chǎn)生原因，就可采用有效的方法來進(jìn)行防止，常用方法可以分為兩類，即非表面防護(hù)方法和表面防護(hù)方法。非表面防護(hù)方法有： 1、采用低氧燃燒技術(shù)； 2、 盡可能使各燃燒間的煤顆粒濃度均勻； 3、合理的配風(fēng)及強(qiáng)化爐內(nèi)的湍流混合； 4、控制適當(dāng)?shù)娜霠t煤顆粒度； 5、避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過熱； 6、在壁面附近

8、噴空氣保護(hù)膜； 7、加脫硫劑； 8、控制合理的爐膛出口煙溫； 9、對(duì)易產(chǎn)生高溫腐蝕的煤種采用抗腐蝕高溫合金； 10、采用煙氣再循環(huán)； 11、對(duì)受熱面的設(shè)計(jì)布置合理，以避開高煙溫區(qū)和高壁溫區(qū)出現(xiàn)； 12、對(duì)易腐蝕區(qū)加爐襯防護(hù)；各鍋爐生產(chǎn)廠家也根據(jù)鍋爐使用廠家反饋的水冷壁腐蝕和磨損意見采取了一定的防范設(shè)計(jì)：1、采用讓管設(shè)計(jì)，使水冷壁與衛(wèi)燃帶交接處易受磨損的150MM一段管子向外凹進(jìn)；2、水冷壁與衛(wèi)燃帶在一個(gè)平面上；3、衛(wèi)燃帶與水冷壁過渡平緩4、水冷壁與衛(wèi)燃帶交接處，衛(wèi)燃帶變?yōu)槠矫妫?、爐膛角部采取設(shè)計(jì)焊接抓釘搗打可塑料至爐頂；非表面防護(hù)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

9、做到防止其腐蝕。而且有些方法在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而不能有效地實(shí)施，甚至個(gè)別方法不但影響燃燒室吸熱能力，還會(huì)使腐蝕復(fù)雜化。故有必要尋求其它效果更好的表面防護(hù)方法。 對(duì)受腐蝕構(gòu)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(hù)方法，主要：(1)涂刷法：涂刷的涂層塑性、熱膨脹性等不能適應(yīng)鍋爐內(nèi)環(huán)境及脫硫裝置，使用中易產(chǎn)生脫層，難于實(shí)際應(yīng)用。(2)電鍍、熱滲鍍：鍍層的覆蓋性及結(jié)合度較好，但受工件尺寸限制，鍍件在現(xiàn)場拼焊中鍍層也會(huì)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，降低使用性能。無法對(duì)已有設(shè)施進(jìn)行再次防腐，且更換其他方式補(bǔ)救困難。 (3) 超音速電弧噴涂：適合現(xiàn)場操作，涂層材料選擇范圍寬，復(fù)合組合

10、方式多，能提供多種性能涂層，對(duì)已有設(shè)施的未防護(hù)部分進(jìn)行追加防護(hù)，已防護(hù)部分進(jìn)行再次防護(hù)。超音速電弧噴涂技術(shù)利用了流體力學(xué)中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時(shí)的粒子速度真正超過了音速。噴涂設(shè)備的突出特點(diǎn)是現(xiàn)場實(shí)用性強(qiáng)、噴涂性能好、涂層質(zhì)量好。由于超音速電弧噴涂技術(shù)的先進(jìn)性離子噴射速度快(比普通電弧噴涂快4倍)，超音速霧化減小了粒子的粒度，降低了涂層的粗糙度。改善了涂層的孔隙率、顆粒度、結(jié)合強(qiáng)度等性能，增加了涂層厚度調(diào)節(jié)范圍及可利用的涂層材料選擇范圍。循環(huán)流化床鍋爐金屬件磨損綜合防磨復(fù)合涂層在電廠應(yīng)用取得良好的效果。針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐金屬件磨損復(fù)合涂層主要基于如下幾個(gè)因素：1、超音速電弧噴涂復(fù)合涂層與基體

11、結(jié)合強(qiáng)度高（結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60Mpa）、熱膨脹系數(shù)基本一致；2、因循環(huán)流化床鍋爐存在一定的在腐蝕情況下的磨損，因此結(jié)合底層需有抗高溫硫腐蝕、磨損性能好的特點(diǎn)（涂層孔隙率低：涂層表面的孔隙率普遍低于1%，管壁上形成一層致密的耐高溫、防磨、耐磨蝕涂層：例如45CT材料（耐高溫氧化、硫腐蝕效果較好，耐磨性能一般）在高溫下能形成一層高致密的氧化膜涂層，涂層抗硫化物侵蝕的能力相當(dāng)于碳鋼的60倍，其熱膨脹系數(shù)與碳鋼接近，可防止涂層脫落。而且由于它的特殊組元在噴涂瞬間也可能發(fā)生放熱反應(yīng)，因此涂層與基體之間有自結(jié)合效果，提高了涂層的耐蝕性能）；3、工作層與結(jié)合底層結(jié)合強(qiáng)度高（結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60Mpa）；4、工作層

12、抗高溫低應(yīng)力顆粒磨損、沖蝕磨損性能好；5、工作層在磨損嚴(yán)重的部位可以噴涂較厚。超音速電弧噴涂循環(huán)流化床鍋爐金屬件的經(jīng)驗(yàn)是噴涂45CT高鉻鎳基合金絲材作為底層，一是保證涂層在磨損情況下與基體結(jié)合強(qiáng)度好、不脫落，降低因施工所用石英砂（不是棕剛玉砂）噴砂效果不好的影響；二是根據(jù)原始管壁磨損情況設(shè)計(jì)耐磨電弧噴涂涂層厚度， 45CT底層作為最后的防護(hù)涂層，可以有效控制在磨損過程中高溫硫的侵入，避免層下腐蝕、避免基本操作，保證涂層較高安全系數(shù)，為下次熱噴涂防護(hù)提供條件。其次，超音速電弧噴涂循環(huán)流化床鍋爐根據(jù)不同部位、不同磨損情況有的放矢地選擇工作層。應(yīng)用以45CT高鉻鎳基合金絲材作為保險(xiǎn)系數(shù)和安全系數(shù)高的

13、底層材料，根據(jù)鍋爐不同部位、不同濕度相應(yīng)電弧噴涂含陶瓷相電弧噴涂管狀絲材-B（是采用SPCC冷軋鋼帶，將陶瓷粉末TiB2-Al2O3加入管狀絲材，從而制備出-B電弧噴涂新型管狀絲材。TiB2-Al2O3復(fù)合陶瓷材料由于TiB2具有耐高溫、抗氧化、硬度高、耐磨性好，高導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異特性與Al2O3復(fù)合后，大大提高了Al2O3的耐磨性和耐高溫性能，改善了其脆性，提高了抗彎強(qiáng)度和耐熱沖擊性能。復(fù)合材料的性能十分優(yōu)異，應(yīng)用十分廣泛。把TiB2-Al2O3復(fù)合陶瓷材料裝入管內(nèi)進(jìn)行噴涂，從而得到含部分陶瓷相的涂層。）或-P作為耐磨工作層，這種復(fù)合涂層有效解決目前循環(huán)流化床鍋爐金屬件磨損問題。對(duì)于高溫低應(yīng)

14、力磨損的水冷壁通常選用的高硬度耐磨電弧噴涂管狀絲材-B，通過在電弧作用下涂層中生成F3B硬質(zhì)相起到抗顆粒磨損的作用。循環(huán)流化床鍋爐爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁過渡區(qū)域的管壁嚴(yán)重磨損的部位、爐膛四個(gè)角落區(qū)域的水冷壁嚴(yán)重磨損部位，通常用噴涂一定的厚度來延長使用周期（對(duì)于循環(huán)流化床金屬件嚴(yán)重磨損部位，熱噴涂防磨涂層只能用增加厚度延緩磨損時(shí)間來延長鍋爐運(yùn)行周期。除了熱噴涂進(jìn)行防磨保護(hù)外，還應(yīng)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)與改造、對(duì)鍋爐煤種、粒度、運(yùn)行參數(shù)等加以控制，從根本上解決鍋爐磨損問題）。超音速電弧噴涂使用的顆粒增強(qiáng)金屬基陶瓷涂層，既利用陶瓷耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)，又解決單一陶瓷涂層隔熱、結(jié)合強(qiáng)度低、成本高的

15、問題。綜合循環(huán)流化床鍋爐磨損的特點(diǎn)，采用45CT高鉻鎳基合金絲材作為打底層（工程上雖然復(fù)雜，但克服工程上石英砂或銅礦砂噴砂表面粗糙度和清潔度不如棕剛玉砂的不足，提高工程的保險(xiǎn)系數(shù)、安全系數(shù)），超音速電弧噴涂后涂層與基體金屬表面產(chǎn)生原子擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合，涂層又形成粗糙表面，便于與工作層連接，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度。45CT高鉻鎳基合金絲材噴涂打底層材料的膨脹系數(shù)與水冷壁管材料接近，使涂層在交變熱應(yīng)力作用下不會(huì)脫落，它具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、延展性好、抗沖蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并在不同部位相應(yīng)電弧噴涂管狀絲材-B或-P，應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐金屬件防磨，取得良好的效果。四、超音速電弧噴涂工藝流程如下：A

16、、噴涂前的準(zhǔn)備工作噴涂前對(duì)噴涂受熱面部位進(jìn)行檢查：1、利用壁厚測量儀對(duì)水冷壁管進(jìn)行壁厚測量，實(shí)測壁厚應(yīng)不低于鍋爐廠家的受壓元件強(qiáng)度計(jì)算書所規(guī)定的安全最小需要壁厚（或磨損度大于原壁厚的1/3）。低于安全最小需要壁厚，水冷壁壁厚測量減薄處若是點(diǎn)，則可進(jìn)行氬弧焊焊補(bǔ)處理，若是大面積水冷壁管磨損部位低于安全最小需要壁厚，則必須進(jìn)行換管處理。2、水冷壁管對(duì)接焊縫、水冷壁管磨損減薄焊補(bǔ)處及鰭片拼縫對(duì)焊處需焊接合格，并打磨齊平。B、噴涂工藝流程1、噴砂打磨：噴涂前的基體表面必須清潔、無油污、且須達(dá)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(yīng)達(dá)到 Rz

17、40-.80um。且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。選擇磨料時(shí)，根據(jù)基體金屬的種類和涂層的厚度而定，磨料必須有棱角，清潔、干燥、沒有油污，以對(duì)表面進(jìn)行仔細(xì)的清理及有效的表面毛化，達(dá)到提高噴涂結(jié)合強(qiáng)度的目的。2、防腐蝕噴涂：使用超音速電弧噴涂技術(shù)對(duì)水冷壁進(jìn)行噴涂，噴砂后的水冷壁管，應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，其間隔時(shí)間越短越好，在晴天或不潮濕的天氣，間隔時(shí)間不可超過12小時(shí)，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時(shí)間不超過 2 小時(shí)。噴涂必須在如下條件下實(shí)施：環(huán)境大氣高于5或基體金屬的溫度至少比大氣露點(diǎn)高 3 ，在雨天、潮濕或含霧的氣氛中，噴涂操作必須在室內(nèi)或工棚棚中進(jìn)行，或停止噴砂、噴涂作業(yè)，防止噴砂后

18、的水冷壁出現(xiàn)氧化銹跡。C、耐磨涂層的基本參數(shù)要求：粒子速度：420m/s；涂層硬度：HRG69；涂層結(jié)合強(qiáng)度：50MPa；涂層孔隙率：0.9%；基體溫度：100；涂層厚度：0.8mm，澆注料與水冷壁結(jié)合磨損嚴(yán)重處，噴涂層厚度應(yīng)達(dá)到1mm以上；涂層最大磨損率：0.20.3mm/8000h。D、噴涂技術(shù)要求：1、超音速電弧噴涂至少有噴砂表面處理、熱噴涂及涂層封閉三道工序。2、管排噴砂處理后，表面應(yīng)無灰塵、油污、氧化皮等雜物，基材表面露出金屬光澤。3、噴涂材質(zhì)主要成分包括：45CT高鉻鎳基合金絲材打底，硼化物金屬陶瓷防磨，鎳鉻合金封面等，施工過程采用多遍噴涂方式，避免管排高溫變形。4、噴涂結(jié)束后，及

19、時(shí)用耐高溫封孔劑對(duì)涂層表面進(jìn)行封閉處理，以避免腐蝕物質(zhì)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。5、涂層厚度大于0.8mm，澆注料與水冷壁結(jié)合處磨損嚴(yán)重處，噴涂層厚度應(yīng)達(dá)到1mm以上，且涂層表面厚度均勻，不得有起皮、鼓泡、顆粒粗大、裂紋、漏噴及其他影響涂層使用的缺陷。6、涂層邊界應(yīng)有過渡區(qū)域，過渡區(qū)采用圓滑過渡，以防止涂層邊界煙氣渦流沖刷。7、進(jìn)行耐磨噴涂的部位，均不得產(chǎn)生管排變形、內(nèi)部金相組織損傷等影響管材壽命的缺陷。8、噴涂材料的密度約為6000Kg/m3，噴涂每平方米約須用6Kg材料。五、質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：1、表面噴砂處理應(yīng)去除管壁表面油污、氧化皮等雜物，并露出金屬光澤。2、涂層外觀厚度均勻，涂層表面致密、均勻、顆粒細(xì)小，不得有起皮、鼓泡、顆粒粗大、裂紋、掉塊、漏噴等及其他影響涂層使用的缺陷。3、涂層邊界應(yīng)有過渡區(qū)域，過渡區(qū)必須圓滑過渡。4、涂層厚度檢測不僅采用代樣及現(xiàn)場隨機(jī)抽取實(shí)樣并用卡尺測量的檢驗(yàn)方式，同時(shí)按使用噴涂材料重量進(jìn)行面積校核。5、涂層結(jié)合強(qiáng)度可采用代樣及現(xiàn)場隨機(jī)抽取實(shí)樣檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)采用拉刀及銼刀在噴涂層上進(jìn)行“”型拉痕試驗(yàn)，觀察是否存在片屑狀剝落。六、超音速電弧噴涂部位的維護(hù)A、運(yùn)行方面對(duì)防磨噴涂部位的維護(hù)：1、鍋爐點(diǎn)火升溫啟動(dòng)過程中：一定要按鍋爐升溫升壓曲線進(jìn)行鍋爐升溫升壓，不要急于提高鍋爐熱負(fù)荷