電弧超音速噴涂是以電弧為熱源,，將金屬絲熔化并用氣流霧化,，使熔融顆粒高速噴射到工件表面形成涂層的一種工藝,，采用該工藝在鍋爐水冷壁噴涂涂層,，用于高溫防腐,，該涂層具有優(yōu)異的高溫耐蝕性能和良好的耐磨性能,。

關(guān)鍵詞：電弧超音速噴涂,；水冷壁,；高溫耐腐蝕性能,；耐磨性能

1,、引言

近年來(lái)，XX公司相繼有多臺(tái)鍋爐發(fā)生嚴(yán)重的水冷壁高溫腐蝕,，腐蝕最嚴(yán)重的鍋爐水冷壁最小壁厚僅1.3 mm,，腐蝕速度達(dá)2 mm/a。各鍋爐發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域基本相近,，即燃燒器出口射流下游區(qū)域,，高度在燃燒器中心線附近，且管子向火側(cè)的正面點(diǎn)腐蝕得最快,。水冷壁發(fā)生高溫腐蝕后,，壁厚減薄，強(qiáng)度降低,，容易造成爆管和泄漏,，危及鍋爐安全運(yùn)行。上述鍋爐都因高溫腐蝕使水冷壁管在較短時(shí)間內(nèi)減薄,，不得不在檢修時(shí)大面積換管,，不僅耗費(fèi)材料，而且檢修時(shí)間延長(zhǎng),，工作量增加,，經(jīng)濟(jì)損失巨大。水冷壁高溫腐蝕問(wèn)題己成為困擾XX公司鍋爐安全運(yùn)行的痼疾。

由于近年來(lái)煤炭資源日趨緊張,，煤炭的采購(gòu)日益困難,，所以XX公司燃用煤種比較復(fù)雜并且配煤比較困難，XX公司的鍋爐均依靠燃用劣質(zhì)貧煤維持正常生產(chǎn),，從而造成腐蝕區(qū)域存在強(qiáng)烈的還原性氣氛,，嚴(yán)重腐蝕區(qū)域煙氣含O2量幾乎為零，而CO含量則高達(dá)10％以上,，有的鍋爐局部區(qū)域CO甚至接近30％,。腐蝕發(fā)生區(qū)域及腐蝕管子形態(tài)的化學(xué)組成都是相似的。高溫腐蝕的位置都是在噴燃器區(qū)域的四面水冷壁上,。腐蝕的嚴(yán)重區(qū)域大都位于燃燒器出口射流的中下游,。腐蝕區(qū)域的水冷壁向火側(cè)一般呈黑褐色，外層松軟,，內(nèi)層堅(jiān)硬,，在剝落硬層后，垢狀物與水冷壁管結(jié)合面處呈孔雀藍(lán)光澤,。

2,、高溫腐蝕研究及措施

2.1?煤種問(wèn)題

煤種是造成高溫腐蝕的主要原因之一。對(duì)發(fā)生高溫腐蝕鍋爐所燃用煤質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明,，大部分鍋爐的燃煤含硫量均在1.2％以上,，有些甚至高達(dá)2%—3％。高含硫量使煤在燃燒中產(chǎn)生更多的腐蝕性物質(zhì),，加速了水冷壁的腐蝕,。

2.2?四角切圓燃燒方式造成爐內(nèi)燃燒風(fēng)粉分離

這是四角切圓燃燒鍋爐普遍存在的問(wèn)題,。一,、二次風(fēng)射流噴出燃燒器后由于受到上游鄰角氣流的擠壓作用及左右兩側(cè)不同補(bǔ)氣條件的影響,，使氣流向背火側(cè)水冷壁偏轉(zhuǎn),，此時(shí)剛性較弱的一次風(fēng)射流將比二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)更大的角度，從而使一,、二次風(fēng)分離,。一,、二次風(fēng)的剛性相差越大,，這種分離現(xiàn)象越明顯,。由于部分一次風(fēng)射流偏離了二次風(fēng)，煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒,，在射流下游水冷壁附近形成局部還原性氣氛,，這是引發(fā)高溫腐蝕的一個(gè)重要原因。

2.3?燃燒器的影響

XX公司鍋爐采用的是彎頭式水平濃淡燃燒器,，它的優(yōu)點(diǎn)是降低NOx排放、改善煤粉著火條件及提高煤粉燃燒穩(wěn)定性的燃燒器。但對(duì)于水平濃淡燃燒器,，濃股煤粉風(fēng)粉比例較低,，如果不能設(shè)法強(qiáng)化其后期混合，則有可能導(dǎo)致還原性氣氛加強(qiáng),，增加高溫腐蝕的可能,。為充分發(fā)揮濃淡燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，根本途徑是使煤粉在進(jìn)入燃燒器后,，設(shè)法在其著火區(qū)域使煤粉在一次風(fēng)中實(shí)現(xiàn)局部濃淡分離,，且隨著一次風(fēng)流動(dòng)的發(fā)展，借助于湍流擴(kuò)散作用,，濃縮煤粉與一次風(fēng)中的空氣自動(dòng)混合,，有利于著火及降低NOx排放量，而不會(huì)產(chǎn)生后期混合難的問(wèn)題,。這可能是正確利用濃淡燃燒技術(shù)的方向,。

2.4?運(yùn)行狀況的影響

燃燒對(duì)水冷壁高溫腐蝕的影響主要是燃燒工況不完善、燃燒切圓過(guò)大,、鍋爐配風(fēng)不佳等原因造成煤粉在水冷壁附近強(qiáng)烈燃燒或直接沖刷水冷壁,，水冷壁附近煙氣形成較重的還原性氣氛，腐蝕介質(zhì)大大增加,，導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生,。

針對(duì)XX公司的具體情況，在防治高溫腐蝕的問(wèn)題上我們做了大量的工作：①提高鍋爐的煙氣含氧量②降低煤粉細(xì)度③開(kāi)大中下二次風(fēng)量④加強(qiáng)燃料配煤工作,，降低燃煤含硫量,。由于種種原因上述措施對(duì)減輕水冷壁高溫腐蝕上效果不是很明顯。因此XX公司以#3鍋爐作為試驗(yàn)爐,，于XX年XX月對(duì)#3爐燃燒區(qū)域進(jìn)行了電弧超音速噴涂,。

3、電弧超音速噴涂技術(shù)

3.1噴涂范圍：

#3爐三次風(fēng)噴口至下二次風(fēng)噴口之間約3.8m高的水冷壁管及燃燒器周圍的水冷壁管約84㎡左右,。

3.2噴涂質(zhì)量及技術(shù)要求

對(duì)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(shù)。經(jīng)過(guò)一系列的準(zhǔn)備工作,，于XX年XX月利用#3 爐檢修期間,，我們對(duì)其水冷壁進(jìn)行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。 鋼鐵材料的表面防護(hù)涂層分兩大類,。一類是隔離涂層,，如電鍍鉻、油漆及有機(jī)涂料,；另一類是陽(yáng)極涂層,，如電鍍鋅,、熱浸或噴涂XXCT合金作為犧牲陽(yáng)板仍對(duì)該處表面鋼鐵具有防腐蝕保護(hù)作用，避免孔隙腐蝕,、保護(hù)層下腐蝕及由此引起涂層的脫落,，陽(yáng)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(yáng)極性外(即選擇陽(yáng)極電位低于鋼鐵的金屬成份),，還應(yīng)要求其熱膨脹系數(shù)接近鋼鐵材料,，具有良好的塑性，以避免脫層,，材料還應(yīng)具有一定的抗沖蝕能力,。對(duì)選擇的一種或幾種材料應(yīng)進(jìn)行噴涂試驗(yàn)、性能試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)等,。

該噴涂材料是自發(fā)放熱型材料XXCT,，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,。噴涂層材料的膨脹系數(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)且價(jià)格便宜等特點(diǎn),，涂層厚度 0.8—1.0mm。噴涂工藝如下：

A.噴砂打磨：

噴涂前的基體表面必須清潔,、無(wú)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 Rz40—80um。且干燥,、無(wú)灰塵,、無(wú)油污、無(wú)氧化皮,、無(wú)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,，磨料必須清潔,、有棱角,，才能保證涂層與基體結(jié)合良好。

B.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,，噴涂材料為專用 XXCT,，設(shè)計(jì)噴涂厚度 0.8—1.0mm,。噴涂表面達(dá)到均勻,、致密。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(guò)12小時(shí),，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下,，間隔時(shí)間不超過(guò) 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。

C.后處理：

對(duì)于防腐噴涂,，必須加封孔劑,，以避免腐蝕物質(zhì)通過(guò)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(jī)硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面,。

D.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：

噴涂完成后,，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，涂層表面致密,、均勻,、顆粒細(xì)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,。使用測(cè)厚儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，厚度達(dá)到要求,，可以保證工程質(zhì)量,。

4,、噴涂效果分析：

4.1噴涂前后鍋爐運(yùn)行分析:

#3爐噴涂前后爐膛溫度統(tǒng)計(jì)

注：以上參數(shù)因受負(fù)荷和對(duì)比時(shí)環(huán)境溫度的影響，數(shù)據(jù)僅供參考,。

綜上所述,，通過(guò)高溫噴涂減輕了水冷壁的腐蝕和磨損程度，保持了水冷壁的清潔度,，減輕了受熱面的結(jié)焦積灰及硫化物硫酸鹽的存在,，增大了水冷壁的傳熱效果，使?fàn)t內(nèi)水冷壁的吸熱量大大增加,，從而增加了飽和蒸汽的產(chǎn)量,，使得主汽溫度降低，減溫水使用量大大減少,；由于爐內(nèi)吸熱量的增加使得燃料的有效利用熱量增加,，增強(qiáng)了換熱效果使得煙氣溫度降低，因此爐膛溫度和排煙溫度才出現(xiàn)了下降,，提高了鍋爐的熱效率,。

4.2噴涂前后水冷壁壁厚對(duì)比

通過(guò)停爐后對(duì)水冷壁的測(cè)厚結(jié)果來(lái)看，得出如下結(jié)論：噴涂前水冷壁減薄速率明顯高于噴涂后水冷壁減薄速率,。

為了防止高溫腐蝕和磨損,，超音速電弧噴涂 XXCT 可以取得很好的效果。通過(guò)各種性能試驗(yàn)和實(shí)踐證明,，利用超音速電弧噴涂的 XXCT 涂層,，可以大大延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命，同時(shí)也可以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的水冷壁管進(jìn)行再防護(hù),，以進(jìn)一步延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命,。

五、結(jié)束語(yǔ)

水冷壁管的可靠性,，直接關(guān)系到電廠機(jī)組是否能安全有效運(yùn)行,，但鍋爐運(yùn)行中不可避免地對(duì)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。超音速電弧噴涂層做為一種相對(duì)成熟的防磨技術(shù),，能對(duì)水冷壁管表面實(shí)施有效保護(hù),，降低運(yùn)行成本，直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益都很高,，有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值和推廣價(jià)值,。我們認(rèn)為，通過(guò)試驗(yàn)已經(jīng)實(shí)踐證明,，熱噴涂技術(shù)能夠?yàn)槲覐S鍋爐的水冷壁保護(hù)提供一個(gè)較為可靠的解決辦法,。

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