锅炉水冷壁管防腐耐磨技术应用

邢春桦　岳胜利

[摘要]锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损是目前火力发电厂普遍存在的难题它形成机理复杂，解决难度大，针对乌海热电厂#1、#2炉火嘴区域采用表面防护式即超音速电弧喷涂方法解决水冷壁管高温腐蚀和磨损。

[关键词]锅炉水冷壁 高温腐蚀和磨损 超音速电弧喷涂

中图分类号：TB4文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510112－01

管壁减薄明显。经生产会研究决定用超音速电弧喷涂方法（45CT合金涂层）进行处理。

一、水冷壁管高温腐蚀和磨损形成原因

1．炉膛火焰温度高。锅炉运行过程中，炉温可高达2000℃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。

2．燃煤的含硫量高。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。

3．烟气与灰分颗粒的冲蚀。炉内空气动力场紊乱，高温烟气裹着大于8米/秒的速度飞灰颗粒冲击管壁，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，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，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管。

二、防范水冷壁高温腐蚀和磨损的措施

1．超音速电弧喷涂方法。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：＃1、2炉火嘴区域水冷壁表面覆盖耐腐蚀、耐磨的隔离层，是最直接有效的防腐、防磨措施，属于高温腐蚀的表面防护方法，采用热喷涂技术是比较理想的方法。

超音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的“拉瓦尔原理”，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：

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，我们进行了四管专用涂层材料比对及同类型电厂调研，决定选用45CT系列喷涂材料，最大限度地利用该技术的先进性，实现良好的表面涂层。

经过一系列的准备工作，于2006年7月、9月我厂#1、#2炉大修期间，我们对其水冷壁四角燃烧器周围进行了防腐耐磨超音速电弧喷涂。喷涂面积约80平方米，喷涂工艺介绍如下：

（1）喷砂打磨。喷涂前的基体表面必须清洁、无油污、且须达到清洁和毛化要求。喷砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金属外观和均匀粗化。喷砂后，基体表面粗糙度应达到Rz40～80um。且干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。选择磨料时，根据基体金属的种类和涂层的厚度而定，磨料必须清洁、有棱角，才能保证涂层与基体结合良好。我们选择棕刚玉和冷硬铸铁砂等符合有关规定的磨料进行打磨，磨料有棱角，清洁、干燥、没有油污、可溶性盐的游离物和长石，以对表面进行仔细的清理及有效的表面毛化，达到提高喷涂结合强度的目的。

（2）防腐蚀喷涂。使用超音速电弧喷涂技术对水冷壁进行喷涂，喷涂材料为专用45CT，设计喷涂厚度0.8～1.0mm。喷涂表面达到均匀、致密。喷砂后的水冷壁管，应尽快进行喷涂，其间隔时间越短越好，在晴天或不潮湿的天气，间隔时间不可超过12小时，在雨天、潮湿或含盐雾气氛下，间隔时间不超过2小时。喷涂必须在如下条件下实施：环境大气高于5℃或基体金属的温度至少比大气露点高３℃，在雨天、潮湿或含雾的气氛中，喷涂操作必须在室内或工棚棚中进行。

（3）后处理。对于防腐喷涂，必须加封孔剂，以避免腐蚀物质通过涂层的孔隙往里面渗入，直接腐蚀母材，或间接减少防腐涂层的有效厚度。封孔剂选择有机硅加铝粉，喷涂后采用喷涂方法覆盖在涂层上面。

（4）现场检测。喷涂完成后，应进行外观检查，涂层表面致密、均匀、颗粒细小，不允许有起皮、鼓泡、大溶滴、裂纹、掉块及其他影响涂层使用的缺陷。使用日本原装进口的磁性涂层测厚仪进行现场实测，厚度达到要求，可以保证工程质量。

2．运行调整。2006年7月、9月我厂#1、#2炉大修期间，由内蒙电科院为我厂＃1、2炉进行了空气动力场试验，切圆直径控制为736、391mm，避免了切圆太大或偏斜火焰贴壁燃烧或冲刷水冷壁，经内蒙电科院进行了燃烧调整：一次风与二次风合理配比，并在不同负荷下运用了周界风，提高一次风刚度避免均了炉内空气动力场紊乱，严格控制燃煤质量，尽量靠近设计煤种，控制燃煤含硫量在1.2％以下，保证制粉系统合理运行，控制煤粉细度在18-22％之内。

三、结论

我厂#1、#2炉超音速电弧喷涂45CT涂层水冷壁管，经过一年的周期运行外观检查，涂层完好，未见裂纹、起皮、脱落等任何宏观缺陷，也未因腐蚀原因造成爆管等。我们１#炉水冷壁在停炉时割管取样分析，该样自炉内现场实施喷涂后已连续运行6000余小时，根据有色金属研究总院出具的检测报告，“试样涂层完整，未发现有剥落现象，涂层约0.9mm。与基体结合良好，结合部位未发现明显缺陷”。水冷壁管的可靠性，直接关系到电厂机组是否能安全有效运行，但锅炉运行中对不可避免地对水冷壁管造成腐蚀、冲蚀（磨损），使其有效承载能力下降、安全性降低。超音速电弧喷涂涂层能对水冷壁管表面实施有效保护，使其外表面基本不受损伤，可大量节省材料更换费用及维修费，减少或避免非计划停炉，降低运行成本。

实践证明，利用超音速电弧喷涂的45CT涂层，可以大大延长水冷壁管的使用寿命，同时也可以对长时间运行后的水冷壁管进行再防护，以进一步延长水冷壁管的使用寿命。具有极大的开发利用价值。

参考文献：

[1]李诚铭，《新编喷涂新工艺新技术及喷涂设备应用实务全书》，中国知识出版社出版.

[2]易春龙，《金属电弧喷涂》，化学工业出版社.

[3]内蒙电科院燃烧调整试验报告.

作者简介：

邢春桦，女，毕业于内蒙古广播电视大学，所学专业电力系统工程及其自动化，现工作于内蒙古乌海热电厂锅炉检修。