130t/h锅炉超音速喷涂的可行性分析

2013-07-18孙煜

冶金动力 2013年9期

孙煜

（莱芜钢铁股份有限公司能源动力厂，山东莱芜， 271126）

1 实施背景

莱钢能源动力厂银前锅炉车间现有两座JG-130/3.82-Q 型燃高炉煤气锅炉，水冷壁腐蚀一直是困扰安全运行的重大问题，锅炉水冷壁减薄造成的突发性爆管事故对生产的危害十分严重。以前我们曾采用浇注料制作卫燃带，氧、乙炔喷焊，电弧喷涂等措施对水冷壁进行防护，但效果都不理想。

2009 年4 月18 日，1#锅炉因水冷壁管减薄爆管，造成紧急停炉一次，给能源动力厂的安全经济生产带来了极大危害。仅停炉后的重新点火，直接费用高达5 万余元，加上检修费用及减少的冷风供应量，一次事故造成损失超过20 万元；银前两台锅炉在近几年的运行中，水冷壁爆管事故每年都有发生。因此，在纯燃煤气锅炉水冷壁防腐蚀方面，寻求一种先进工艺，已成为当务之急。

2 原因分析及实施方案

水冷壁腐蚀主要来自两个方面，管内水或蒸汽在紊流或湍流状态下因高速流体、温度、化学环境的相互影响促进了碳钢和低合金钢表面氧化保护层的溶解，导致腐蚀破坏；管外高温烟气的辐射和对流作用使管壁升温，飞灰颗粒冲刷管壁，烟气中的腐蚀性气体与沉积在管壁上的盐类等物质一起腐蚀管壁。由于高炉煤气着火后期靠近水冷壁的区域,氧量供应不足,容易产生还原性气氛,并在水冷壁区域形成一定浓度的SO3、H2S 腐蚀性气体。同时,随着负荷高低的变化(如:在低负荷运行时炉内氧量相对较高,在高负荷运行时炉内氧量相对较偏低),配风方式的不同等,在氧化和还原性气氛交替存在时,硫化铁型(FeS2) 反应也会交替发生,形成分层腐蚀。

电弧超音速喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔融颗粒高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺，基本原理如图1 所示。

图1 电弧喷涂示意图

喷涂时，两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均匀、连续地分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正、负极，并保证两根丝材端部接触前的绝缘性。当两金属丝端部由于送进而互相接触时，在端部短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气把熔融金属雾化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。

电弧喷涂层的形成过程非常复杂，涉及到空气动力学、多相流流体力学、冶金热力学、传热学等诸多领域，因此也受到很多参数的影响，如电弧温度、气流速度、气流压力、喷涂电压、电流等。一般电弧喷涂层的形成可以分为熔滴形成、熔滴雾化和扁平颗粒堆积。电弧超音速喷涂是在电弧喷涂的基础上，加入了拉发尔喷嘴，并完善了控制系统和电源特性的一种喷涂方法。气流速度达600 m/s，喷涂中颗粒飞行速度大于420 m/s。高速飞行的涂层粒子撞击金属表面，形成机械嵌合，速度越高，涂层越致密，嵌合力就越大，结合强度越高。目前，电弧超音速喷涂金属材料，结合强度最高达60 MPa，并且可加入一些特殊材料，如陶瓷、吸热材料等。

喷涂材料的选择：煤气锅炉以高温氧化和硫腐蚀为主，按不同材料防护效果，从低到高依次为：铝丝——铁铬铝丝——镍铬类丝；复合工艺以弥散包覆方式进行，避免了不均匀现象；合金相熔点低，提高了喷涂效率；热胀系数与炉管接近（8.5×10-6/K），使用中不会因高温影响而脱落。我们选择镍铬类丝，主要性能为：涂层厚度可达2 mm ；结合强度不小于52 MPa；孔隙率不大于3% ；可耐1256 ℃高温；硬度HRC67～69，硬质相HRC78；耐腐蚀性能不大于0.45 mg/g，是碳化铬的1.5 倍。