锅炉受热面磨损的主要因素及防护技术措施

曹锦秀,王广东（济南裕兴化工有限公司,济南 250119）

锅炉受热面磨损的主要因素及防护技术措施

曹锦秀,王广东
（济南裕兴化工有限公司,济南 250119）

循环流化床锅炉各个受热面部位的磨损因为成因的多样性和控制的复杂性，始终成为困扰企业的一个生产难题，由于磨损而产生的水冷壁管爆管更是严重地影响了企业的安全经济运行。根据我公司实际运行中反映出的情况，我们对锅炉受热面磨损的相关部位、影响因素及防护技术做以下介绍。

锅炉受热面磨损;主要因素;防护措施

某公司为满足企业生产及生活用汽，安装了3台中温中压循环流化床锅炉，其技术参数为：额定蒸发量：75t/h；额定蒸汽压力：3.82MPa；过热蒸汽温度：450℃；给水温度：105℃；锅炉设计热效率：≧88.5。锅炉采用单锅筒，自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周由膜式水冷壁组成。自下而上，依次为一次风室、密相区、稀相区，尾部烟道自上而下依次为高温过热器、低温过热器及省煤器、空气预热器。尾部竖井采用支撑结构，两竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部联接回送装置及灰冷却器。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬，前部竖井用敷管炉墙，外置金属护板，尾部竖井用轻型炉墙，由八根钢柱承受锅炉全部重量。

1 炉膛受热面易磨损主部要位

（1）卫燃带区域；（2）炉膛四角；（3）烟道口两侧水冷壁；（4）水冷壁连接处焊缝；（5）温度探测孔四周；（6）屏过翼形水冷壁；（7）热电偶及风压测量处。

2 影响锅炉受热面磨损的主要因素

流化床锅炉受热面的磨损破坏机理比较复杂，是物理作用与化学作用交替进行的复杂过程。

化学作用是指化学腐蚀，由于炉气中含有硫气，含硫气体在高温环境里对受热面形成高温硫化腐蚀。

物理作用实质是一种气固冲蚀磨损，冲蚀的介质是以气体相和固体相所组成的混合型介质，在这里，气固冲蚀磨损也就是炉气混流体以一定的速度和不同的角度对锅炉本体受热表面进行的冲刷所造成的磨损。冲蚀磨损的磨损速度由多种因素所决定。

2.1 磨粒的影响

炉气混流体中所含的硬质颗粒杂物即为冲蚀磨损的磨粒，高硬度，高浓度的磨粒会加大磨损量，尖角形的磨粒比圆球形的磨粒在同等条件下产生更大的冲蚀磨损，另外磨粒的尺寸大小也是影响磨损速度的关键因素，当磨粒尺寸很小时，对冲蚀影响不大，随着磨粒尺寸增大，受热表面的冲蚀磨损也增加，因此，控制燃料的质量也可减缓磨损量。

2.2 速度的影响

炉气混流体的速度决定着磨粒的速度磨粒的冲击速度对冲蚀磨损有很大影响，这是因为冲蚀磨损与磨粒的动能有直接关系，一般认为，磨损损耗量随着磨粒速度的提高而加大。

2.3 冲蚀角度的影响

冲蚀角是指磨粒与受热表面的倾角，实践证明，在锅炉受热表面的冲蚀磨损上，随着冲蚀角的增加磨损量也相应增大，当冲蚀角为90度时，磨损量最大。

3 锅炉防护技术措施

目前应用于锅炉受热面防磨的办法有涂刷耐磨材料，抹浇注料和焊装防磨片以及热喷涂等。市场上的耐磨涂料仅适用轻微磨损的煤粉炉，起到一定的耐高温防磨作用，并不具有耐磨性能，不能满足循环流化床的抗磨性能要求，在一些固状物料向下回流的磨损部位，有采取加焊防磨片破坏向下回流物料以达到防磨目的，但在防磨片与水冷壁交界处物料流动方向的改变会产生新的磨损点，效果并不理想。众所周知，浇注料与炉管的热膨胀多数差异太大，过薄的浇注料会因热膨胀而脱落，过厚则严重的影响了导热。从热效率上考虑，大面积的浇注料防防磨是不经济的。

相对于上述防磨方法而言，热喷技术具有材料品种繁多选择面广，涂层性能可调整，喷涂工作不受几何形状所限制，涂层厚度可调，不影响导热等优点。适宜于循环流化床锅炉受热面大面积的防磨施工。我公司技术工程师进行研讨与分析各种喷涂工艺及其他防护工艺的特点性能，综合总结历年来对类似磨损腐蚀状况的处理经验，拟定了以超音速电弧喷涂结合亚音速火焰喷涂工艺对易磨损部位进行喷涂防护。

3.1 喷涂技术介绍

超音速电弧喷涂：超音速电弧喷涂设备是由电源箱，喷涂主机，双轮送丝机，推拉式超音速喷枪及系统压缩空气净化设备等辅件所组成，该喷涂技术是以燃烧于丝端的电弧将均匀送给的合金丝材溶化，经拉瓦尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为细微均匀的液粒。喷向工件形成涂层。涂层与基材以机械或区微的冶金形式结合，其结合强度可达60Mpa.与普通的喷涂方法相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度（400m/s）和更高的结合强度。也具有较低的涂层孔隙率 ，致密性好且喷涂粒子到达工件表面时温度≤100℃等优点。可获行高质量的涂层，喷涂效率高，适合于大面积施工。

亚音速火焰喷涂：亚音速火焰喷涂是以氧乙炔作燃烧焰，以压缩空气作送粉，加速，并冷却气的一种轻便型喷涂设备，由于具有特殊的气体加速结构，可将粒子飞行速度提高至300m/s左右，而且，由于有独特的环型气幕保护与冷却，粒子至工件温度低于200℃，不会引起热变形。（普通火焰喷涂40m/s左右），所喷制的涂层质量较普通火焰喷涂要高得很多。又因为采用的喷涂材料是粉状材料，材料的种多且易于配制，方便喷制适合于各种工况要术的涂层，另一个显著优点就是小巧灵活，可在空间狭窄的复杂环境作业。另外，超音速火焰喷涂可喷制较厚的涂层，涂层达到3mm仍不开裂。缺点是喷涂效率太低，喷涂本过高。只适宜于小面积的对涂层有特殊要求的部位喷涂。

3.2 确定喷涂技术

根据上述防磨技术性能特点，确定用超音速电弧对各种磨损区域进行整体喷涂，在局部严重磨损部位再以亚音速火焰喷涂增厚，以复合涂层的结构，达到加强喷涂的目的。因此可将局部严重部位涂层提高至1.2mm。超音速电弧喷涂优点是：雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。

超音速电弧喷涂采用拉伐尔喷嘴，加强了气流对粒子的加速效果，从而提高了粒子速度。粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用就强，粒子变形就充分。有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子速度越高，越有利于获得高质量的涂层。

先后对锅炉四管、外置式换热器、炉膛埋管受热面、冷渣器中的热交换器、水（汽）冷式旋风分离器膜式壁、炉膛水冷壁卫燃带及其炉顶出口四周易磨损部位进行了喷涂，都取得了显著效果。