CN110484856B - 锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法 - Google Patents

锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法，在锅炉膜式壁在高频重熔过程中，随着管排相对高频加热线圈的向前移动，采用氮气将管排管内和管排背面与氧气隔离，从而抑制氧化皮产生。本发明通过向管排管内和背面持续小流量吹氮气，在重熔高温下不会在管排管内和背面产生氧化皮，不仅消除了氧化皮脱落对爆管产生的潜在风险，而且提高了管排基体材料的疲劳寿命。

Description

锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法
背景方法
随着国家发展新能源战略的加快实施，国内垃圾焚烧发电产业近年发展迅速。目前制约垃圾焚烧发电的方法发展的瓶颈问题就是锅炉膜式水冷壁由于高温腐蚀严重，爆管现象频发。近年来国际癌症研究中心已将二噁英列为人类一级致癌物，为防止垃圾焚烧过程低温下二噁英二次污染的产生，新设计的生物质锅炉国家标准现在已把锅炉管排耐温要求提高到700℃，且使用寿命达到6年以上。目前虽然有些直接使用TP347不锈钢，TP347不锈钢不仅成本居高不下，耐温仍低于750℃。从理论上说，如果使用高档不锈钢加厚管材，基本可以满足此要求，美国等少数发达国家正是这么做的，但价格昂贵不符合我国国情，仅少数重要的热力锅炉可以做到；如使用普通不锈钢如316L、310S等管材，在高温下的使用寿命比锅炉管专用钢如20G等稍长但很有限。
国内目前普遍通过在合金钢锅炉管受热面也称膜式壁表面，膜式壁就是由若干根水冷管通过鳍片焊接而成一排管道(见图1和图2)即管排。堆焊不锈钢或高温合金如625合金来提高其耐腐蚀性，延长管排的使用寿命。但是，普通不锈钢的耐温低于500℃，625合金的最大问题是温度到达550℃将出现敏化现象，即只要超过此温度，该材料的耐腐蚀性能快速下降，一旦使用温度超过700℃其实际服役寿命只有设计寿命的50％，一般不超过三年。
为此，江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂自熔合金+高频感应重熔的复合方法在管排表面制备涂层，具备孔隙率低、结合强度好的优点，该涂层能耐750℃高温，且防腐性能优于传统堆焊不锈钢和625合金，具有良好的市场发展前景。
但，高频感应重熔方法存在一个令人困扰的问题，就是由于高频感应线圈围绕管排呈封闭环形结构(见图1)，其加热温度为1000℃以上，当受热面涂层被加热的同时，没有涂层的管排背面和管内也同样被加热，结果使管内和管排背面的表面高温氧化产生了大量氧化皮。
氧化皮主要是由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成，其中FeO处于最内层且致密性差，会破坏氧化皮的稳定性。由于氧化皮各层氧化物与管子基体金属热膨胀系数的差异，锅炉服役过程中管排内高压水蒸气产生的热应力会导致氧化皮逐渐开裂和剥落。对膜式壁背面来说，氧化皮脱落后管径减薄会影响到管排的服役寿命，对管内来说影响更为严重，造成的危害如下：
(1)在锅炉启停过程中，由于管内高压蒸汽的冲击氧化皮易被水蒸气推送到弯管处，导致该处蒸汽流通面积减小，极易产生局部过热、变形甚至爆管；
(2)剥落的氧化皮碎屑甚至会被蒸汽带入汽轮机，损伤喷嘴、叶栅等汽轮机通流部分；
(3)剥落的氧化皮碎屑还可能会造成蒸汽阀门卡涩，影响阀门的正常关闭。
上述问题都会给垃圾发电机组的安全、经济运行造成极大隐患。
发明内容
鉴于上述问题，我们提出了一种锅炉膜式水冷壁涂层高频重熔过程中气体保护抑制管排氧化方法。该方法在锅炉膜式壁在高频重熔过程中，随着管排相对高频加热线圈的向前移动，采用氮气保护的方法抑制氧化皮产生，有效消除了高频感应重熔带来的困扰，达到了提高管排的服役寿命的目的。
锅炉膜式水冷壁涂层高频重熔过程中气体保护抑制管排氧化方法，其方法方案如下：
一种锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法，其核心方法在于，在锅炉膜式壁在高频重熔过程中，随着管排相对高频加热线圈的向前移动，采用氮气将管排管内和管排背面与氧气隔离，从而抑制氧化皮产生。
其中，管排管内抑制氧化皮的方法为：
步骤1，利用封板将管排的管口封堵，所述封板上设有内螺纹孔；
步骤2，将带外螺纹的陶瓷喷嘴拧入封板的内螺纹孔，所述外螺纹与内螺纹孔相匹配；
步骤3，将1号高压氮气瓶胶管出口端与陶瓷喷嘴相联，向管内持续地喷入氮气；
步骤4，无氧环境下高频重熔。
效果较好的，所述封板是用高温合金加工的圆板，圆板直径与管外径相同，且所述内螺纹孔的直径10-15mm。
效果较好的，管排的每个管口都用高温无机胶将圆板粘接在管口端面。
效果较好的，陶瓷喷嘴内有约1-2mm直径小孔。
其中，管排背面抑制氧化皮的方法为：
步骤11，将并排的相互绝缘的几根铜管做成高频感应线圈，所述高频感应线圈围绕管排形成封闭结构；
步骤12，在与管排背面相对的高频感应线圈入口处接出一根通氮铜管，所述通氮铜管上设有若干小孔；
步骤13，将2号氮气瓶与所述通氮铜管相接，重熔时开启氮气瓶开关，高压氮气从小孔喷出，喷到管排背面高温区表面以驱除空气，从而防止管排背面被高温氧化。
效果较好的，所述铜管内通水冷却。
效果较好的，所述通氮铜管与水平面呈45度的方向，每间隔约10-20mm钻数个直径为1-2mm的小孔。
有益效果：
(1)有效的抑制氧化皮产生：向管排管内和背面持续小流量吹氮气，在重熔高温下不会在管排管内和背面产生氧化皮，不仅消除了氧化皮脱落对爆管产生的潜在风险，而且提高了管排基体材料的疲劳寿命。
(2)成本低：工业氮气市场价约35元/瓶，因为流量小耗费少，每片9m长的管排重熔1.5小时耗费不超过3瓶仅需约100元，但收效显著，该方法物美价廉。
(3)在靠近高频感应铜管线圈约10-20mm的位置，铜管上的冷却孔向管排背面吹氮气，利用氮气高压从外面往重熔区里吹，能保证氮气大部分进到重熔高温区。
附图说明
图1高频重熔管排示意图；
图2膜式壁局部管排横截面示意图；
图3管排背面靠近高频感应铜管线圈入口处设置的铜管小孔喷氮气示意图；
具体实施方式
根据管内和背面两个区域抑制氧化皮产生的方法有所不同，如图3所示，具体做法如下：
(1)管内氧化皮的抑制：
重熔前的准备工作，封堵管口：针对管排中的每根管，用高温合金加工的圆板，圆板中心有一直径10-15mm内螺纹孔，该圆板直径与管外径相同。将该端管排的每个管口都用高温无机胶将圆板粘接在管口端面。
其次无氧重熔：将内有约1-2mm直径小孔的陶瓷喷嘴带外螺纹的前端拧入封板中心螺纹孔，再将高压氮气瓶胶管出口端与陶瓷喷嘴相联。重熔开始前2分钟，提前开启氮气瓶开关，陶瓷喷嘴向管内持续地喷氮气。重熔开始当管排在传送链的牵引下开始相对高频感应线圈向前移动，也就是高频感应线圈从一端开始加热受热面涂层时，高压氮气把管内的空气向外排出，由此保证了管内的无氧环境，从而抑制了氧化皮的生成。
(2)管排背面氧化皮的抑制：高频感应线圈结构主要是将并排的相互绝缘的几根铜管做成围绕管排形成封闭结构，铜管内一般通水冷却。在与管排背面相对高频感应线圈入口处从氮气瓶接出一根铜管，该铜管与水平面呈45度的方向，间隔约10-20mm钻数个直径为1-2mm的小孔。重熔时开启氮气瓶开关高压氮气从小孔喷出，喷到管排背面高温区表面以驱除空气，从而防止管排背面被高温氧化。铜管上孔的密度由重熔速度、氮气压力及成本综合而定。
(3)管排移动到头停止，也即管排受热面涂层全都经过重熔，关闭两个氮气瓶，通过火焰加热取下管排一端圆板。更换另一片管排重复上述过程。

Claims (1)

1.锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化方法，其特征在于，在锅炉膜式壁在高频重熔过程中，随着管排相对高频加热线圈的向前移动，采用氮气将管排管内和管排背面与氧气隔离，从而抑制氧化皮产生；其中，
管排管内抑制氧化皮的方法为：
步骤1，利用封板将管排的管口封堵，所述封板上设有内螺纹孔；所述封板是用高温合金加工的圆板，圆板直径与管外径相同，且所述内螺纹孔的直径10-15mm；管排的每个管口都用高温无机胶将圆板粘接在管口端面；
步骤2，将带外螺纹的陶瓷喷嘴拧入封板的内螺纹孔，所述外螺纹与内螺纹孔相匹配；陶瓷喷嘴内有1-2mm直径小孔；
步骤3，将1号高压氮气瓶胶管出口端与陶瓷喷嘴相联，向管内持续地喷入氮气；
步骤4，无氧环境下高频重熔；
管排背面抑制氧化皮的方法为：
步骤11，将并排的相互绝缘的几根铜管做成高频感应线圈，所述高频感应线圈围绕管排形成封闭结构；
步骤12，在与管排背面相对的高频感应线圈入口处接出一根通氮铜管，所述通氮铜管上设有若干小孔；所述铜管内通水冷却；
步骤13，将2号氮气瓶与所述通氮铜管相接，重熔时开启氮气瓶开关，高压氮气从小孔喷出，喷到管排背面高温区表面以驱除空气，从而防止管排背面被高温氧化；所述通氮铜管与水平面呈45度的方向，每间隔10-20mm钻数个直径为1-2mm的小孔。
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