火电厂锅炉水冷壁管防腐耐磨研究

闫发录 刘正文

一、引言

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。

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。

三、防止水冷壁高温腐蚀和磨损的途径

意外的爆管则会造成较大的经济损失,电厂为减少爆管,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。故有必要寻求其他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。

四、超音速电弧喷涂45CT合金的应用

对水冷壁的防高温腐蚀和磨损各种方法综合考虑,比较理想的方法是采用热喷涂技术。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45CT合金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分),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,我们开发的喷涂材料是自发放热型材料45CT,喷涂后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。

五、喷涂效果分析

1.与渗铝管防腐效果对比分析。为了防止高温硫腐蚀,火电厂在水冷壁中设置卫燃带,以前常采用渗铝管,实际上,用喷涂SCZ16管代替渗铝管可以取得相同的或更好的效果。

2.运行后的涂层检测。经过长期运行外观检查,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。

六、结束语

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,直接经济效益和间接经济效益都很高,有极大的开发利用价值。

另外,涂层的存在,要求对涂层的厚度和覆盖的完整性进行严格监控。而只要保证热喷涂层的完好,就在很大程度上保证了水冷壁管的完好性。在原有对水冷壁管进行监督检查的基础上,对涂层的检查增加了对水冷壁管的监督力度,提高了水冷壁管的安全性。我们认为已经时间证明热喷涂技术能够对锅炉的水冷壁的保护提供一个非常可靠的解决办法。

(编辑/丹桔)