产品信息-行业应用-热喷涂技术

对某电厂锅炉爆管后送检炉管的分析测试

图 1 是某电厂 220t/h 煤粉炉运行 2 年后，水冷壁向火侧爆管形貌和管壁减薄情况。爆管时，高温高压的水汽喷出，机组不能继续运行。导致爆管的原因是向火侧管壁中部减薄至 1 ～ 2mm 时 ( 炉管原壁厚为 5mm , 外径 Φ 60mm ) ，由于管内压强大大超过减薄水冷壁管的强度，致使炉管瞬间爆裂并引起裂纹扩展，管爆后管内局部压力由于迅速下降，裂纹止裂。

图 1 水冷壁向火侧爆管形貌及其横截面尺寸变化

图 2 为炉管表面结焦的形貌及显微分析图片。能谱 ( EDS) 成分分析表明管壁结焦主要由 SiO 2 、 Al 2 O 3 及少量 Fe 、 Ca 氧化物及碱金属盐组成的主要成分。发现 S 成分的含量很少。

图 2 　炉管表面的结焦

图 3 为从图 1 所示的爆管水冷壁上取样做的扫描电镜照片。 20g 钢炉管表面是在高温冲蚀和腐蚀后形成的形貌，炉管表面有被冲蚀＋腐蚀后形成的小坑，表面分布有一些细小的龟裂纹。 EDS 分析结果表明，炉管表面主要由 Fe 及其氧化物组成（部分为铁锈），还有少量的其它组元，但 S 含量极少，说明附在炉管上的硫的腐蚀产物 ( 如 FeS 等 ) 很少。因试样为爆管处的炉管，几乎没有发现结焦，更没有观察到腐蚀产物。这可能是在生成腐蚀产物的同时，由于伴随着较强的飞灰冲蚀，使腐蚀产物不能附着在炉管表面，这也表明炉管的减薄不以腐蚀为主，而可能是冲蚀磨损为主并伴有部分腐蚀或高温氧化所致。

图 3 　爆管处水冷壁显微形貌

电弧喷涂粉芯丝材在燃煤电站锅炉受热面的实际应用

电站锅炉管道是在苛刻的高温冲蚀－腐蚀环境下工作的，要求其涂层体系具有优良的抗冲蚀磨损能力和耐腐蚀、抗氧化性能，以及涂层能够对炉管提供较长期的保护，且相对于更换新管子具有明显的经济效益。因此，选择涂层材料和应用工艺成为用热喷涂技术解决锅炉管道防磨防蚀的基本问题。

国内外用于保护锅炉管道的热喷涂技术主要有以下四种：等离子喷涂、 HVOF 、电弧喷涂及火焰喷涂。最早采用的火焰喷涂技术，由于其效率低、孔隙率高、涂层与基材的结合强度较低等缺点，在锅炉管道喷涂中没有得到实际应用。高速火焰喷涂与等离子喷涂获得涂层的结合强度高、孔隙率低，在国外已得到实际应用，我国也有用等离子喷陶瓷粉末进行炉管防护的报道。但这两种喷涂方法设备较昂贵，灵活性差，应用受到一定的限制。电弧喷涂技术的优点表现在涂层性能良好、喷涂效率高、低成本和适宜现场原位大面积施工等。在实际喷涂时，由于环境相对恶劣，电弧喷涂在较宽的喷涂条件范围内，也能获得可靠的涂层质量。因此，电弧喷涂技术在锅炉防护涂层的制备上已经得到广泛的应用，具有其它喷涂方法难以替代的优点。

图 4 为某电厂 1999 年在煤粉炉水冷壁管上采用电弧喷涂 MC 系铁基粉芯丝材，于 2003 年开炉检修时涂层冲蚀磨损后的形貌。原喷涂层厚 0.6 ～ 0 .8mm ，检修时炉管表面仅残留部分约 0.1mm 厚的涂层，没有涂层保护的炉管表面已减薄约 1mm 。可见喷涂层对炉管起到了较好的保护。

图 4 水冷壁向火侧喷涂层冲蚀磨损后的形貌

我公司研制的几种电弧喷涂粉芯丝材，在某些燃煤电站锅炉“四管”上得到应用，如：

北京市金甲喷涂技术公司自 1999 年 9 月使用含稀土元素的 FeNiBCrSi 系粉芯丝材和 MC 系铁基粉芯丝材，在山东、山西、河北等 40 多家电厂，从 35t/h 至 465t/h 的锅炉水冷壁、过热器、省煤器管壁进行电弧喷涂防护，喷涂面积达 2000 多 m 2 。喷涂层结合强度高，局部喷涂厚度约 1 ～ 2mm ，不用打底，无剥落及裂纹出现，涂层耐磨性能较好。

2003 年 4 月宁夏青铜峡市特鑫焊接热喷涂有限公司，采用含稀土元素的 FeNiBCrSi 系粉芯丝材和 MC 系铁基粉芯丝材进行电弧喷涂，对石嘴山市众达利电力公司＃ 5 炉的省煤器及后竖井部分水冷壁进行防护处理，喷涂面积 40 m 2 ，不用打底丝涂层厚度可达 0.5 ～ 0 .6mm ，实际运行三个月后对涂层进行检查，涂层具有很强的结合力和优异的抗磨防腐能力。后对＃ 3 锅炉进行了 50 m 2 的抗磨防腐处理，至今效果很好。并已在内蒙及周边地区多家火电厂挂片实验。

2003 年 12 月北京瑞安达喷涂技术开发中心，采用 MC 系铁基粉芯丝材为河南登峰电厂的磨煤机送粉管道弯头和下料斗部位进行电弧喷涂，喷涂面积 260 多 m 2 ，用料 1.5 吨。

此外，山东鲁腾科技有限公司、河南省东方防腐有限公司等多家企业采用研制的粉芯丝材对多家电厂锅炉“四管”、风机叶片等进行电弧喷涂防护，锅炉运行情况良好。

作为镍基热喷涂粉芯丝材，其耐高温氧化、热腐蚀及耐磨性较好， 2004 年初，西安恒源电力设备有限公司采用 Ni/Cr 3 C 2 粉芯丝材对某锅炉厂的过热器管及省煤器管进行了电弧喷涂防护。铁道部科学研究院金化所、湖南长岭炼化公司采用研制的 Ni 基粉芯丝材对处于腐蚀、磨损环境的轴类、罐体进行了防护，取得了良好的效果。

燃煤电站锅炉“四管 ” 采用涂层防护措施的建议

从表面涂层防护的角度来看，可采用电弧喷涂制备耐磨抗蚀涂层用于锅炉管道的防护。要求涂层具有较好的耐磨性能、耐蚀性、抗高温氧化性、抗热震性以及与炉管有较高的结合强度。如锅炉为煤粉炉，因其冲蚀磨损不是非常严重，可考虑有一定耐磨性而具有较好抗蚀性及抗高温氧化性能的涂层，一般要求涂层中的铬元素的含量在 20 ～ 50% 左右，可使用电弧喷涂铁基高铬型并含有一些能提高涂层性能的其它金属或陶瓷粉的材料，该涂层应具有较高的 Cr 含量，涂层中散布着硬质点并与塑性良好的基体配合，较高的结合强度，具有较好的耐高温冲蚀磨损性能及耐蚀性能。如锅炉为循环流化床锅炉，因其以冲蚀磨损为主，要求保护涂层具有较高的耐磨性能，一般需要涂层中含有大量的耐磨硬质相，以抵抗飞灰的强烈冲蚀。目前国内能解决循环流化床锅炉防护问题的材料不多，特别是解决循环流化床炉管高温部位的冲蚀问题较难，既有高温下抗强烈的冲蚀，又要抗氧化。电弧喷涂时建议采用含有陶瓷硬质相的镍基粉芯材料，但成本较高。