| 【摘要】 循环流化床锅炉受热面热腐蚀磨损中最突出的问题是锅炉水冷壁管磨损。现在主要讲解一下水冷壁管道的热腐蚀磨损情况及其危害，主要讲述锅炉腐蚀防磨中在实际应用中最为突出的超音速电弧热喷涂技术，在电站循环流化床锅炉管道防热腐蚀磨损上的应用效果及其特点。
CFB循环流化床锅炉具有对燃料适应性特别好、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大和灰渣可综合利用等优点，近20年来在我国得到了突飞猛进的发展。目前，我国在役的10t/t以上蒸发量的循环流化锅炉近300台，35t/h以上的有2000余台，220～480t/h的近260台；蒸发量为1025t/h的大型循环流化锅炉已投运20台，在建的也超过30台。此外，我国600MW超临界CFB锅炉研制项目进展顺利，我国循环流化床锅炉的总台数，总蒸发量为世界第一。
随着循 环流化床锅炉的迅猛发展，积累了丰富的设计、制造、安装、调试和运行维护经验，但也暴露了一些问题。CFB锅炉机组运行过程中，由于金属材料磨损和耐火耐磨材料脱落等原因造成机组停机占停机次数的40%，最主要问题为：锅炉受热面的高温腐蚀磨损、爆管、耐火防磨内衬磨损、开裂、脱落；风帽漏渣和磨损；燃烧熄火、结渣和爆炸等。这些问题的存在影响CFB锅炉的连续、安全、经济运行，还带来了维修工作量大、运行费用高等问题。 CFB锅炉的燃烧方式决定了其水冷壁受热面的磨损比煤粉炉严重，具体磨损程度与炉型 、燃烧煤种、燃烧调整等因素有关。人们试图采取合理方式对磨损进行有效控制，以提高CFB锅炉运行的安全稳定性和经济性。近年来，热喷涂技术在我国发展迅速，防热腐蚀和 防磨喷涂在各个行业应用非常广泛，电站锅炉受热面四管防磨也得到了关注。采用在炉膛内直接对水冷壁管进行热喷涂的防磨维护工艺，施工灵活，省时方便，耗费小，给发电企业带来了极大的便利。 1电站锅炉水冷壁管道腐蚀机理分析
CFB锅炉炉膛水冷壁等受热面部位，失效的主要原因是受到高速高浓度含床料、燃料气流的强烈冲刷磨损，局部区域存在严重的涡流效应和切割效应，其次还伴有烟气的高温腐蚀。
管壁的磨损是与气流中固体物料浓度、烟气速度、颗粒的特性硬度和流道几何形状等密切相关。据有关研究资料表明，磨损与烟气流速的3.6次方成正比，与含尘浓度成正比，而在CFB锅炉中，固体物料的浓度很大，通常可达煤粉炉的几十倍到上百倍，并且，颗粒硬且棱角尖锐，因而在高速烟气的带动下，对水冷壁等受热面部位的冲刷磨损极为严重；涡流效应是在炉膛四角和密相区出口2米内、炉膛出口两侧等水冷壁管因受一次流态风和二次干扰风复合作用所致，导致对管壁的局部磨损尤为明显；切割效应体现在密相区上方水冷壁处，当焦渣等固体颗粒以较高速度下降到该平台时，产生反弹，其中往水冷壁侧反弹部分对水冷壁管产生切割效应而导致严重磨损。烟道出口水冷壁部位则受到了烟气拐向时，由于固体颗粒的惯性作用而引起强烈的冲刷、磨损。
其次还易受到高温氧化和硫酸盐及硫、硫化物的热腐蚀。水冷壁管具备了高温氧化和高温腐蚀条件，其烟气温度高，且是富氧燃烧，实践证明，在300℃以上，管外表温度每升高50℃腐蚀速度增加1倍。锅炉在运行过程中受热面管表面首先发生高温氧化，表面生成Fe2O3，其次燃料灰中的Na2O和K2O与烟所中的SO3化合生成硫酸盐，其捕捉飞灰形成结渣和流渣，此时烟气中SO3和M2SO4同管壁上的Fe2O3反应生成复合硫酸盐MFe(SO4)2或 M3Fe(SO4)3，此复合硫酸盐受高温又分解为疏松状氧化铁和硫酸盐沉积层，易被飞灰气流冲蚀带走，氧化腐蚀继续向管壁纵深进行；另外燃料中硫份，经燃烧生成S和H2S也对管壁会产生强烈的腐蚀，与Fe反应生成FeS。
通过以上分析可以确定，CFB锅炉水冷壁的腐蚀情况比较复杂，主要是氧化和硫酸盐热腐蚀，还有硫化物和硫化氢引起的腐蚀。此外，燃烧形成的飞灰在气流的作用下高速冲刷炉管表面造成的冲蚀磨损。
2.1国内外对CFB锅炉管道热喷涂防护情况
对于锅炉管道的防护，国外一般采用氧乙炔粉末喷涂、线材火焰喷涂，电弧喷涂和等离子工艺。前2 种施工因火焰温度低，材料熔化不充分，且喷涂粒子速度低，颗粒撞击速度低，使涂层表面形成较多的氧化物，孔隙率较高，结合强度降低。后2种喷涂工艺都能形成结合强度高、孔隙率低和极少氧化物涂层，因而应用较为广泛。
美国最近推出以Ni-Cr合金为基础，加入Cr2C3金属陶瓷的复合材料，用超音速火焰喷涂工艺，专用于锅炉高温冲蚀严重的部位。日本、英国采用了等离子喷涂技术，火焰喷涂铁基铬铝和镍铬合金。瑞士和瑞典也采用了电弧和火焰喷涂。美国Metalspray公司最近还用电弧喷涂Fe19Cr15W7Ti6Ni合金来防止锅炉燃烧室管壁的冲蚀。
我国电力行业的一些单位采用电弧喷涂镍铬合金及镍铬铝合金在电站锅炉管壁防磨抗腐蚀的应用进行了研究均取得了明显的经济效益和社会效益。
2.2电弧喷涂技术及其特点
电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔融粒子高速喷涂到工件表面形成涂层的一种工艺。
电弧喷涂技术的主要特点如下：
⑴可以在不提高工件温度、不使用贵重底层材料的情况下获得高的涂层结合强度，结合强度可达20MPa，电弧喷涂层的结合强度是火焰喷涂层的2.5倍。
⑵电弧喷涂的高效率表现在单位时间内喷涂金属的质量大。电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流，比火焰喷涂提高2～6倍。
⑶电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其它喷涂方法，而能源费用降低50%以上，除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/10。 ⑷电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高。
由于电弧喷涂具有上述特点，使它在近20年间获得迅速发展，在国际上已逐步部分取代火焰喷涂和等离子喷涂。
高速射流电弧喷涂系利用新型的喷管设计和改进喷涂枪，采用高压空气流或燃料燃烧产生的高速射流作雾化气流，可加速熔滴的脱离，使粒子加速度显著增加，并提高电弧的稳定性。
采用高速射流电弧喷涂技术，可以得到更优异的喷涂质量，使喷涂层使用寿命会明显高于普通电弧喷涂层，零件的使用寿命得到更有效地延长，从而可进一步降低维修保养费用。
2.3高速电弧喷涂技术在CFB锅炉水冷壁管腐蚀防护中的应用。
我厂使用2台YG-240/9.8-M8型循环流化床锅炉，针对上述受热面部位热腐蚀磨损失效机理及大多数CFB锅炉实际使用和腐蚀磨损情况，我们采用超音速电弧喷涂，并选用耐冲击磨损和抗高温氧化性俱佳的CNB-955高温复喷打底丝作为打底层+CNB-TB作为工作层+高温耐磨防腐蚀专用封孔剂进行封孔，在涂层边缘设置过渡区域，过渡区域宽度为100～150mm，平滑过渡。由此制得的复合涂层能满足涂层边缘带结合强度要求。
CFB 锅炉管防磨喷涂运行若干时间后，有的涂层已被磨掉，但有的部位还有残留涂层。为了保护锅炉安全运行，需要再次进行喷涂施工，但喷砂时难以全部清除残留涂层和喷出理想的毛面，如果直接喷涂耐磨工作层，则非常容易脱落，因此需要一种能够在残留层上继续喷涂打底用的材料。CNB-955高温复喷打底丝能很好地解决在残留层上继续喷的问题。CNB-955打底喷涂丝在飞行粒子到达基体时会释放热能，产生微冶金结合，能大幅度提高与基体的结合强度。同时该材料制出的过渡层与锅炉管材的热膨胀系数相近，在高温运行中不会出现脱落现象。CNB-955高温复喷打底丝的主要成分为铝包镍（Ni95Al5），并有少量稀土元素，与碳钢结合强度可达65MPa以上。 CNB-TB锅炉专用电弧喷涂丝主要化学成分为：氧化物和硼化物金属复合陶瓷、Ni、Cr、Mo、稀土等，具有很好的高温硬度和耐磨性，特别适用于高温磨蚀磨损严重的部位使用，如煤粉炉、CFB锅炉高温段等冲蚀磨损和撞击磨损严重的部位大面积制作防磨涂层。
高温封孔剂是在金属防护热喷涂结束后，经检验工作面喷涂质量合格后再刷涂的。
金属热喷涂层一般都会有毛细孔，如果毛细孔没有封闭，烟气的腐蚀性成分就会渗入而破坏基体，甚至会沿涂层与基体交界处渗透，以致使涂层剥落。该材料主要成分为无机非金属陶瓷和三元胶粘剂组成，因而有渗透力强、耐高温、结合强度高等特点。
涂层主要技术指标：
硬度HRC：≥65；孔 隙 率：≤0.5%；使用温度：≤1200℃；导热系数：60W/M*K
喷涂粒子速度：≥380m/s；结合强度：≥60Mpa；喷涂温度：≤120℃；
抗高温氧化性 1.63×10-4 mg/(mm2.h) (800℃、100h)；基体温度：≤80℃
热膨胀系数：12×10-6 ℃-1（0～700℃）表面粗糙度Rz≤50μm；
粉未颗粒度：10-55μm；涂层的氧化层：＜2%；
涂层总厚度：0.6～0.8mm 使用寿命：≥18个月
抗冲蚀性：1.09×10‾4cm3/h (900～400℃、1000g200目Al2O3、600s)
耐介质性: 优（分别在HCl、H2SO4、NaOH、机油、水中浸泡30天与不锈钢进行对比）。
高温耐磨防腐专用封孔层技术指标：
工作温度1000℃以上；
耐磨性：≤8mg/1000r；
结合强度：≥6MPa；
厚度：0.1～0.2mm
3结论
我厂采用高速电弧喷涂技术对2台YG-240/9.8-M8型 循环流化床锅炉炉膛内做热喷涂的工艺方法，可以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，缩短检修时间，减少或避免非计划停炉，有着明显的经济和社会效益。该技术工艺既可用于新建电厂锅炉的预防性维护，也可用于在役锅炉检修现场的维护。 高速电弧喷涂技术是锅炉管道热腐蚀磨损防护中一项优质、高效、低成本的表面技术，符合我国国情，并在发电、机械、冶金军事装备等领域有重要价值，具有广阔的应用前景和极大的潜在市场。 |
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