CN116273782A - 一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，属于燃煤锅炉保护技术领域，解决了锅炉水冷壁管容易在腐蚀、结焦、磨损等情况下快速损坏的问题，本发明包括：根据工艺需要将涂层设置为单层、双层、三层中的一种；表面预处理：用石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金属光泽；再用石英砂进行表面粗糙化处理；表面喷砂：采用石英砂或铜矿渣砂料对表面进行喷砂；喷涂：喷涂高温纳米陶瓷涂层，在基材表面用压缩空气常温喷涂复合纳米陶瓷涂料，经干燥固化、随炉升温；喷砂与喷涂两道工序交替进行，重复喷涂3‑5遍后达到所要求的厚度即喷涂完毕。本发明用于各种锅炉的膜式水冷壁的保护层制造，便于维护、防护效果好。

Description

一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺
技术领域
本发明属于燃煤锅炉保护技术领域，一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺。
背景技术
对于燃煤电站锅炉的高温腐蚀问题，长期以来，国内外进行了大量的试验研究工作，并普遍认为，高温腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为。硫主要是以硫酸盐为主要成分的熔盐腐蚀和H2S及硫氧化物造成的气态腐蚀，氯主要是以HCL造成的气态腐蚀。在煤粉锅炉中，高温腐蚀主要有三种：硫酸盐型、氯化物型和硫化物型。硫酸盐型主要发生在高温受热面上，如锅炉的过热器和再热器上；氯化物主要发生在小型锅炉的过热器上和大型锅炉燃烧器区域的水冷壁上；硫化物型腐蚀大多发生在炉膛水冷壁上。
锅炉水冷壁管的腐蚀，容易发生突发性爆管事故，必须要立刻停炉抢修，防止事态进一步恶化，影响了电厂的正常工作进度，降低发电产或者供热值，增加电厂的额外检修费用和员工的劳动强度，给电厂带来经济损失。锅炉水冷壁管发生腐蚀，使管壁变薄，这将给锅炉运行造成严重的安全隐患，威胁着工作人员的人身安全和电厂工作的正常进行，增加了电厂日常检修和维护的工作量。除此以外，锅炉水冷壁管还会发生结焦、磨损等问题。
发明内容
本发明的目的在于：
为解决现有技术中锅炉水冷壁管容易在腐蚀、结焦、磨损等情况下快速损坏的问题，提供一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺。
本发明采用的技术方案如下：
一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，包括如下步骤：
A、根据工艺需要将涂层设置为单层、双层、三层中的一种，双层设置为底层和表层，三层设置为底层、中层和表层，所述底层为功能识别层，中层和表层均为功能涂层；
B、表面预处理：用石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金属光泽；再用石英砂进行表面粗糙化处理，使其表面粗糙度达到Rz＞50μm要求；
C、表面喷砂：采用石英砂或铜矿渣砂料对表面进行喷砂；
D、喷涂：喷涂高温纳米陶瓷涂层，在基材表面用压缩空气常温喷涂复合纳米陶瓷涂料，经干燥固化和随炉升温过程中烧结后，在基材表面形成一层陶瓷涂层薄膜；
E、喷砂与喷涂两道工序交替进行，喷涂行走路线为从上至下，行程0.8m-1.2m，再从下至上，重复进行，每次行走自左向右错动一道轨迹，当自左至右移至0.8m-1.2m时，再将喷枪移至初次喷涂部位，重复喷涂第二遍，重复喷涂3-5遍后达到所要求的厚度即喷涂完毕。
进一步地，所述步骤D喷涂的工艺参数如下：砂料粒度：14-16目；含湿量：<1％；风压>6kg/cm2；喷砂喷距：125-150mm；喷砂角度：45-90℃；喷涂移运速度：10-15cm/秒；喷涂角度：45-90℃；喷涂距离：120±25风压：>4kg/cm2；喷涂时采用分片多遍喷涂的方法；采用喷射式喷涂纳米陶瓷涂料，使用前充分搅拌，涂刷均匀，避免漏喷。
进一步地，所述步骤B的工艺包括：
喷砂前检查现场炉管温度及空气相对湿度，管屏温度高于露点3℃以上且空气相对湿度低于85％时方可进行喷砂操作；
喷砂前检查压缩空气压力，确认压力在>5kg/cm2以上，压缩空气无水无油；
喷砂时枪头与工作部位保持30～90°夹角，距离在100～200mm之间；
喷砂过程中保持喷砂枪在不断移动，避免喷砂枪对准某点持续喷射；
喷砂处理过程中发现管屏缺陷立即停工；
喷砂后基体表面干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹，管屏显示均匀的灰白色，预处理后基体具有粗糙度；处理后的清洁度达到Sa3.0级；
喷砂过程中边喷砂边测厚，避免喷砂工艺伤害到管壁；
砂粒清洁而干燥，砂粒中不含油、长石、杂物、尖锐的棱角；
砂粒度为0.5～1mm(20～40目)；
喷涂用砂一次性使用。
进一步地，所述步骤D的工艺包括：
喷枪平稳匀速移动，保证均匀一致的涂层厚度；
控制喷涂时喷枪喷射的方向与工件表面垂直；
控制喷枪与工件表面的距离在120±25cm之间；
喷涂时对喷涂区域采取迂回搭接的方式，每一道间有重叠区域，防止漏喷；
喷砂后6小时内进行喷涂作业；
喷涂过程中避免大颗粒飘灰，规划作业面一次性完工；
喷涂涂料时涂层平整光滑，不出现流挂、粉化、空鼓、脱落、漏涂、裂纹缺陷；
涂层厚度均匀，涂层表面平整、光洁、致密、均匀，无起皮、开裂、麻面、脱落缺陷，边缘与母材光滑过渡，无台阶，基材无变形。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明采用纳米陶瓷涂料，结合创新工艺，在常温下可快速固化，高温下形成坚硬的陶瓷体，其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有极强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属表面进行喷涂，在高温下逐渐陶瓷化，可使整个涂层更致密，阻止介质中的有害成份腐蚀管壁。
2、本发明的制造工艺具有：
安全性：
抗沾污结渣(受热均匀、防爆管、防垮焦灭火)；耐磨(有效缓解吹灰磨损和飞灰磨损等炉膛内磨损)；抗热交变能力强；防腐(防焦硫酸盐、还原性气氛、Na离子等碱性金属腐蚀)。
经济性：
节能：高温下稳定的高发射率，提高产能；减少或避免吹灰器的使用，既节能又避免管壁受损；减少或避免除焦剂的使用；减少减温水的使用；减少或避免炉爆清渣，安全又经济；延长基材使用寿命：涂层使用一定周期后，无需喷砂，用高压水将受热面浮灰冲洗干净后，可直接喷涂(露出基材的表面除外)；减少NOX(热力氮)的产生，降低脱硝成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，包括如下步骤：
A、根据工艺需要将涂层设置为单层、双层、三层中的一种，双层设置为底层和表层，三层设置为底层、中层和表层，所述底层为功能识别层，中层和表层均为功能涂层；
涂层选择设置具体可如下：
单层设置优选绿色(可选灰黑)，主要为功能涂层，保护受热面一定周期内不腐蚀、不结焦、不磨损。
双层设置，优选组合(白底+绿面)、(绿底+灰(黑)面)，底层同样为功能涂层，同时具有识别功能，当停炉检修时用高压水将受热面冲洗干净后，如发现表层(绿或者灰黑)，说明此处保护层完好，如发现底层(白或者绿)，无需二次喷砂，清除表面积灰，进行喷涂表层即可，只要表层或者底层存在可以减少金属监督，减少检修周期和检修成本。
三层设置，优选组合(绿底+中白+灰黑面)、(白底+中绿+灰黑面)，底层主要为功能识别层，中层和表层均为功能涂层，在检修过程中，用高压水将受热面冲洗干净后，如发现表层，说明此处保护层完好。如发现中层，将露出中层的部分补喷绿色表层，下次检修时关注此处。如果发现底层，将露出的部分补喷中层及表层，下次检修时需重点关注此处。黑色表层锅炉日常检修时，有涂层的受热面可无需金属探伤，无需喷砂，降低检修维护成本，缩短检修维护时间，并实现锅炉受热面基材真正的全生命周期保护。
B、表面预处理：用石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金属光泽；再用石英砂进行表面粗糙化处理，使其表面粗糙度达到Rz＞50μm要求；
优选地，选用16～20号优质石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金属光泽，使表面清洁度达到GB8923－2011《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的Sa2.5等级要求。
用14～16号砂进行表面粗糙化处理,以增大表面积，提高结合强度，使其表面粗糙度应达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》规定的Rz＞50μm要求。
涂层外观：
涂层表面必须是均匀的，不允许有起皮、鼓包、颗粒粗大、裂纹、掉块、漏喷及其它影响涂层使用的缺陷。
涂层厚度：
涂层厚度仪检测涂层厚度0.15-0.2mm。
C、表面喷砂：采用石英砂或铜矿渣砂料对表面进行喷砂；
喷砂粗化具体工艺为：空压机就位，接通电源，检查运转情况。压缩空气应干燥洁净，不含油污及水分，简易检查方法为：将白布置于空气流中1分钟，观其表面有无水珠及油污黑斑。空气过滤器填料定期更换，缓冲罐内积液定期排除将风管与喷砂轮连接、扎牢，不准漏气，留有余量喷砂物料单处堆放，严防雨淋受潮。用前须测定粒级分布、粘土及细粉含量，含湿量等。
依据炉体型式确定喷砂顺序，管道设施及矩形烟道从一端开始，烟囱形设备由下至上，方形炉体由一面炉墙开始，从下至上逐步施工
喷砂前调好风压及砂流量，喷枪左右或上下平移，不准摆动，逐片逐层喷砂，喷砂作业完成后，从上至下逐层吹扫地板及炉壁表面浮尘及砂料，清理干净后转入喷涂。
喷砂设备系统为气动型控制系统，由RCM控制器(喷嘴处)、RIV进气阀、ROV排气阀、OF过滤器、控制气管和接头等组成，并配有贮沙罐等。在非工作状态时，RCM控制器手柄被弹簧顶起，RIV进气阀旋塞打开。工作时，压下RCM手柄，控制气流经另一根控制气管到达RIV进气阀和ROV排报导阀顶部，使进气阀打开，排气阀关闭，磨料桶内压力升高，喷砂作业开始。
喷砂对基体表面的作用包括：
①净化表面：去除被喷表面的各种污杂物，特别是油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等，表面显示均匀的金属光泽，以利于熔融粉末与基体表面的粘合吸附。
②粗化表面：热喷涂涂层与基体的结合以机械结合为主，要求基体前处理不仅要除油除锈，还要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。
粗化处理的目的包括增大喷涂层与基体的接触面积，提高结合面的粘合吸附力、增加涂层材料与基体表面的填塞嵌合，锚合咬合作用，以加强涂层与基体的附着力。
③活化表面：
喷砂使被喷涂表面形成活化能力：如晶格缺陷、塑性变形，产生一定的应力状态，以利于增加喷涂粒子与基体表面吸附力，提高喷涂颗粒与基体的冶金结合能力。
活化效果分析如下：
a、喷砂使工件表面在经过砂粒的反复打击后形成一定的残余应力，尽管该应力数值极小，但对于松驰工件在喷涂过程中涂层热应力，对提高涂层的结合强度有利，同时也可以提高工件的抗疲劳强度。
b、喷砂可除去工件表面上的有机污杂物和氧化层，并能增大金属表面晶粒的塑性变形和造成晶格缺陷，使基体表面处于容易发生化学反应的状态，有助于喷涂颗粒与基体表面间的物理化学结合进行。
故工件喷涂前进行喷砂处理是必要的，且喷砂后的工件应尽快进行喷涂，时间越短表面活化效果越好，涂层质量越高。
D、喷涂：喷涂高温纳米陶瓷涂层，在基材表面用压缩空气常温喷涂复合纳米陶瓷涂料，经干燥固化和随炉升温过程中烧结后，在基材表面形成一层陶瓷涂层薄膜；
E、喷砂与喷涂两道工序交替进行，喷涂行走路线为从上至下，行程0.8m-1.2m，再从下至上，重复进行，每次行走自左向右错动一道轨迹，当自左至右移至0.8m-1.2m时，再将喷枪移至初次喷涂部位，重复喷涂第二遍，重复喷涂3-5遍后达到所要求的厚度即喷涂完毕。
通常喷砂达3m2-4m2后，再进行喷涂，以使二者之间的停留时间不能过长。(夏天多湿天气不能停留2小时，其它天气可适当加长至12小时)。
高温纳米陶瓷涂层材料中含有稀土成份，稀土氧化物在高温状态下的光、电、核、磁特性都非常稳定，基材表面形成保护膜不与燃煤中的Na、K、Ca、S、CL、CO等腐蚀成份和还原性气体发生化学反应，使得涂层具有耐高温腐蚀的性能。
高温纳米陶瓷涂层材料中含有稀土成份，稀土氧化物在高温状态下的光、电、核、磁特性均非常稳定，基材表面形成保护膜，不与燃煤中的Na、K、Ca、S、CL、CO等腐蚀成份和还原性气体发生化学反应，无高温腐蚀，高温状态下的“升华灰”在涂层表面无法通过腐蚀形成“熔融的抓灰层”，不能生成焦根，使得涂层具有抗粘污结渣的性能。
高温纳米陶瓷涂层纳米粒子结构具有较强的材料强度和韧性，涂层自身具有抗流速磨损的特点。
应用高温纳米陶瓷涂层后，会进一步降低受热面的流速磨损：①涂层提升了受热面换热效率，进而优化运行中的煤粉燃烧状态，降低燃料耗量，降低烟气流速，且降低飞灰含碳量(焦炭粒较硬)；②涂层具有抗粘污结渣的特性，避免受热面因结焦使烟气流偏向一侧(减轻烟气偏流磨损)。
应用涂层后可降低近壁区域烟气温度，炉膛火焰中心维持在合理位置，恢复锅炉热平衡，锅炉燃烧状况进一步稳定，可缩小热力型NOx产生区域，减少NOx生成量，降低脱硝成本，减轻氨逃逸及空预器堵塞。
进一步地，所述步骤D喷涂的工艺参数如下：砂料粒度：14-16目；含湿量：<1％；风压>6kg/cm2；喷砂喷距：125-150mm；喷砂角度：45-90℃；喷涂移运速度：10-15cm/秒；喷涂角度：45-90℃；喷涂距离：120±25风压：>4kg/cm2；喷涂时采用分片多遍喷涂的方法；采用喷射式喷涂纳米陶瓷涂料，使用前充分搅拌，涂刷均匀，避免漏喷。
进一步地，所述步骤B的工艺包括：
喷砂前检查现场炉管温度及空气相对湿度，管屏温度高于露点3℃以上且空气相对湿度低于85％时方可进行喷砂操作；
喷砂前检查压缩空气压力，确认压力在>5kg/cm2以上，压缩空气无水无油；
喷砂时枪头与工作部位保持30～90°夹角，距离在100～200mm之间；
喷砂过程中保持喷砂枪在不断移动，避免喷砂枪对准某点持续喷射；
喷砂处理过程中发现管屏缺陷立即停工；
喷砂后基体表面干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹，管屏显示均匀的灰白色，预处理后基体具有粗糙度；处理后的清洁度达到Sa3.0级；
喷砂过程中边喷砂边测厚，避免喷砂工艺伤害到管壁；
砂粒清洁而干燥，砂粒中不含油、长石、杂物、尖锐的棱角；
砂粒度为0.5～1mm(20～40目)；
喷涂用砂一次性使用。
进一步地，所述步骤D的工艺包括：
喷枪平稳匀速移动，保证均匀一致的涂层厚度；
控制喷涂时喷枪喷射的方向与工件表面垂直；
控制喷枪与工件表面的距离在120±25cm之间；
喷涂时对喷涂区域采取迂回搭接的方式，每一道间有重叠区域，防止漏喷；
喷砂后6小时内进行喷涂作业；
喷涂过程中避免大颗粒飘灰，规划作业面一次性完工；
喷涂涂料时涂层平整光滑，不出现流挂、粉化、空鼓、脱落、漏涂、裂纹缺陷；
涂层厚度均匀，涂层表面平整、光洁、致密、均匀，无起皮、开裂、麻面、脱落缺陷，边缘与母材光滑过渡，无台阶，基材无变形。
本发明的工艺具有以下特点：
高发射率：高温纳米陶瓷涂层用于耐火材料和金属表面，会在一个广阔频带宽度中产生一个统一基本稳定的高发射率(0.85-0.95)。发射率随着温度增加，高发射率保持相对稳定区间。
纳米微粒子技术：改变了陶瓷涂层与基材的结合机理及表面力学特性，使得涂层与基材以络合物的方式渗透结合；纳米级粒子惰性性质形成隔膜，阻隔分原子反应通道，具备高效防腐蚀性能；该表钢管或耐火材料粗糙表面，发挥微粒子致密精细特点，具有优秀抗沾污结渣；复合纳米陶瓷类高硬度材质决定其优秀磨损等综合特性。
稀土复合发射剂技术：提高了涂层的高发射率特性，在宽波段内具有稳定、可调的高发射率，且不随时间和温度衰减(节能性)。
粘结剂系统技术：多种无机粘结剂优化组合，适用于不同基材、高强度渗透性结合。
本发明工艺的应用范围包括但不限于：
1)辐射炉管受热面(锅炉水冷壁、过热器、再热器等)。
2)电厂吹灰器、引风机、燃烧器、卫燃带等。
3)各类工业窑炉、加热炉、反应炉的受热面和耐火材料向火侧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据工艺需要将涂层设置为单层、双层、三层中的一种，双层设置为底层和表层，三层设置为底层、中层和表层，所述底层为功能识别层，中层和表层均为功能涂层；
B、表面预处理：用石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金属光泽；再用石英砂进行表面粗糙化处理，使其表面粗糙度达到Rz＞50μm要求；
C、表面喷砂：采用石英砂或铜矿渣砂料对表面进行喷砂；
D、喷涂：喷涂高温纳米陶瓷涂层，在基材表面用压缩空气常温喷涂复合纳米陶瓷涂料，经干燥固化和随炉升温过程中烧结后，在基材表面形成一层陶瓷涂层薄膜；
E、喷砂与喷涂两道工序交替进行，喷涂行走路线为从上至下，行程0.8m-1.2m，再从下至上，重复进行，每次行走自左向右错动一道轨迹，当自左至右移至0.8m-1.2m时，再将喷枪移至初次喷涂部位，重复喷涂第二遍，重复喷涂3-5遍后达到所要求的厚度即喷涂完毕。
2.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，其特征在于，所述步骤D喷涂的工艺参数如下：砂料粒度：14-16目；含湿量：<1％；风压>6kg/cm2；喷砂喷距：125-150mm；喷砂角度：45-90℃；喷涂移运速度：10-15cm/秒；喷涂角度：45-90℃；喷涂距离：120±25风压：>4kg/cm2；喷涂时采用分片多遍喷涂的方法；采用喷射式喷涂纳米陶瓷涂料，使用前充分搅拌，涂刷均匀，避免漏喷。
3.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，其特征在于，所述步骤B的工艺包括：
喷砂前检查现场炉管温度及空气相对湿度，管屏温度高于露点3℃以上且空气相对湿度低于85％时方可进行喷砂操作；
喷砂前检查压缩空气压力，确认压力在>5kg/cm2以上，压缩空气无水无油；
喷砂时枪头与工作部位保持30～90°夹角，距离在100～200mm之间；
喷砂过程中保持喷砂枪在不断移动，避免喷砂枪对准某点持续喷射；
喷砂处理过程中发现管屏缺陷立即停工；
喷砂后基体表面干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹，管屏显示均匀的灰白色，预处理后基体具有粗糙度；处理后的清洁度达到Sa3.0级；
喷砂过程中边喷砂边测厚，避免喷砂工艺伤害到管壁；
砂粒清洁而干燥，砂粒中不含油、长石、杂物、尖锐的棱角；
砂粒度为0.5～1mm(20～40目)；
喷涂用砂一次性使用。
4.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺，其特征在于，所述步骤D的工艺包括：
喷枪平稳匀速移动，保证均匀一致的涂层厚度；
控制喷涂时喷枪喷射的方向与工件表面垂直；
控制喷枪与工件表面的距离在120±25cm之间；
喷涂时对喷涂区域采取迂回搭接的方式，每一道间有重叠区域，防止漏喷；
喷砂后6小时内进行喷涂作业；
喷涂过程中避免大颗粒飘灰，规划作业面一次性完工；
喷涂涂料时涂层平整光滑，不出现流挂、粉化、空鼓、脱落、漏涂、裂纹缺陷；
涂层厚度均匀，涂层表面平整、光洁、致密、均匀，无起皮、开裂、麻面、脱落缺陷，边缘与母材光滑过渡，无台阶，基材无变形。
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