CN1369330A - 高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明所述的高压中和喷涂流化床锅炉三管防磨新工艺属于对锅炉内省煤器、过热器、水冷管的磨损修复所采用的低温喷涂合金新技术。采用快速除锈、高速冲刷、高压低温工艺手段喷涂耐磨合金的方法。从而使被喷涂的三管具有管壁光滑、平整耐高温、耐磨损、不氧化、抗磨蚀、抗热震性好等特点。可广泛的适用于热电、发电的循环流化床锅炉的三管防磨修复工艺。

Description

高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺

本发明所述的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺属于对锅炉内省煤器、过热器、水冷壁管的磨损修复所采用的低温合金喷涂新技术。

目前循环流化床锅炉是本世纪八十年代研制开发一种新型节能燃煤炉。是当今发电、热电在国内、外应用较广泛的炉型。它的独特燃烧技术和其他种炉型相比，有许多超群的优点：燃料煤适应性广，效率高，负荷调节面宽，环保效果好等优点。但是，它有不寻常的缺点：锅炉管壁磨损严重，特别是炉内三管(水冷壁管、省煤器、过热器)的磨损更为严重。对此，已引起国际上和国内有关专家学者们极大关注，花了很大的力气，采用了多方面试验手段，企图减轻它的磨损，延长检修时间，但效果均不理想；如烟台热电厂报告，运转1000小时，水冷壁管原厚6mm，就磨损2mm，速度之快是惊人的。永成发电厂报告，锅炉运行5000小时，水冷壁磨穿泄漏，停产大修。辽河油田电厂省煤器，因磨损爆管每年要大修三、四次，可见，因为锅炉管磨损而停产大修，不仅影响了联合企业生产，而且给企业带来很大的经济损失，每停产一次检修，直接和间接损失高达几十万元之多。对于循环流化床锅炉严重磨损的缺点早已引起国内、外专家的重视，做了不少努力和探讨。根据信息所知，美国大部分电厂采用电弧喷涂，利用复合材料防磨；德国西门子公司采用挂砖方法，芬兰奥斯龙公司利用一般火焰热喷涂防磨，后来，又受到俄罗斯重视并被引用。在我国目前现状又是怎样呢？有的采用加厚耐火浇注料防磨，也有的用安装合金防护罩、陶瓷瓦、导流板的办法；也有的焊接铁合金防磨，有少量用电弧喷涂等，可以说采用的方法不少，但却不能即从根本上解决防磨问题；又不能使管路传热效率提高，针对这一情况研制一种新型的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺以克服现存的问题是十分必要的。

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于研制一种低温喷涂合金的新技术以解决锅炉内省煤器、过热器、水冷管壁磨损的问题。本发明采用的中和喷涂耐磨合金工艺与管壁紧密结合中间没有间隙和隔热层。由于喷涂材料为合金粉末。因此其传导率为其他材料的十至几十倍。本发明具有喷涂管壁光滑，平整耐高温，耐磨损、不氧化、抗腐蚀、抗震性好等特点。

本发明所述的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺，其锅炉三管为省煤器、过热器、水冷壁管，三管的防磨步骤如下：(1)首先采用快速除锈和高速冲刷方法先将管壁上的氧化黑膜和疲劳层除掉约0.1～0.15mm左右，显露出金属基本光泽和新鲜面。(2)第二步采用电火花机高速电弧方法把具有奥氏体不锈钢镍合金喷涂在管壁上与母材紧密形成冶金结合。出现凸凹不平的粗糙合金层，厚度约0.8～1mm，其目的是为了让母材表面在高温下不发生氧化，不再被腐蚀。(3)第三步也是最重要防磨层，采用高压低温工艺手段，把自溶性镍铬合金在1050℃～1100℃，用高速喷涂在管壁上，与基体结合强度20～25Mpa，与第二步奥氏体镍合金再紧密微冶金结合，形成高温耐磨层，约2～2.5mm，达到耐热蚀，耐磨损目的。(4)第四步用导热防蚀膏在镍铬合金表层上再涂刷上薄薄的一层防高温化学腐蚀约1～2mm，这种复合金属陶瓷材料，即能导热快，又能防高温粒子冲刷，具有综合防磨的特点。所喷涂的防磨合金元素成份包括：Ni，Cr，Nb，B，Si，Re，Mo，Wc，Al₂O₃，Cu等。其喷涂层技术参数如下：(1)喷涂层的厚度不一，根据现场锅炉管壁磨损情况而定，一般喷涂1.5～2mm左右，磨损严重之处喷涂3mm；(2)表面硬度HRc：45～50，比锅炉20#钢管高4倍，在炉温1000℃～1200℃不发生热腐蚀氧化；(3)喷涂合金表面温度：145℃～275℃；(4)喷涂合金熔化温度：1050℃～1100℃，弧温2500℃～3200℃。防磨合金元素分为三种组分：

(1)镍铬铝合金组分，其含量重量百分比如下：

        铬        18～25％

        铝        10～20％

        Ni        余量

(2)镍基合金组分，其含量重量百分比如下：

        铁        11～14％

        铬        11～14％

        硼        1～2.8％

        硅        1.5～2.5％

        碳        ＜1.0

        镍        余量

(3)镍基炭化钨合金组分，其含量重量百分比如下：

        铁        15～18％       硅      3～4％

        铬        14～18％       碳      ＜1.0

        硼        3～4.5％       炭化钨  45～55％

        镍        余量

本发明所述高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺具有如下特点：

1、中和喷涂耐磨合金工艺直接与管壁紧密结合，中间没有间隙，没有隔热层，合金传导率与20#锅炉钢管相一致，所以从防磨效果和节能、增加热传导率来看，应当是首选防磨工艺。

2、中和喷涂耐磨合金，不仅能承受高温下氧化耐化学腐蚀，而且耐磨性好，合金表面硬度比炉内硬度物料煤矸石要高几十倍，尽管硬物料高速流化冲刷管壁，但无损于防磨。

3、中和喷涂在管壁上的合金涂层、光滑、白亮、不挂灰、管壁之间的硬离子流速走向不受阻，不发生涡流磨损。

4、中和喷涂工艺，因为低温喷涂，三管母材不发生的相变，管中合碳量没有析出，其原来硬度、耐磨性不发生变化。现场用激光测量仪测量，喷涂管壁上的温度在145℃-最高275℃而且时间暂断，这样温度对钢材不发生变化。第一次喷涂完后，经过若干年还可再喷涂第二次防磨。

5、中和喷涂工艺采用高压快速手段使合金涂层与母材紧密牢固结合，耐冲击，耐激冷激热，在炉内运行中可承受1000℃-1400℃高温下涂层不发生变化。

6、中和喷涂工艺节省时间，检修速度快，一台75T/h锅炉仅用4-6天就可完工投产。

综上所述可知：中和喷涂耐磨合金工艺是当今循环流化床锅炉三管和其他部位防磨的综合性高新技术，与其他的方法相比，可以说，是一种新的突破，给热电、发电带来很高的经济效益和社会效益，极大地延长了检修期限，节省了劳动力和能源。

本发明的具体实施例：分析三管磨损的机理其原因如下：

1、炉粉灰物理运动学造成磨损：

   CFB锅炉燃烧是悬浮式进行的，用低温流化循环燃烧，靠多次大循环

   和炉内成千上万次的小循环燃烧做功的。当一次风进入燃烧室，流速

   在35mm/s以上高速运动冲刷，物料和煤粉从1-13mm大小不等的

   颗粒在炉内以高速上下、左右、前后不断地从不同角度和方向发生碰

   撞、凿削、剪切运动，特别是对水冷壁管，首当其中地直接受到硬物料粒子和带有锋利、菱角粒子沿管壁向下无数次反复地降落，冲击和磨损水冷壁管的表面，这就是水冷壁管磨损泄漏的主要原因之一。由经验和理论计算所知，管壁磨损量大小与粒子的浓度、炉内正压、粒子直径、运动速度三次方成正比，与原煤的可磨性系数成反比。其中，也有的因为安装、焊接各种防磨护瓦不当，排列不整，产生了涡流磨损，比一般磨损要严重几十倍，也是很值得重视的。锦西热电厂就是其中一列。可见，运动的速度是产生磨损的关键所在。

2、化学腐蚀、高温氧化磨损：

(A)煤粉和添加物料在燃烧过程中发生化学分解，形成氧化硫(SO₂)

  和碳酸钙(CaCo₃)，生成硫化盐(CaCo₄)，而在劣质煤的成份

  中又放出氟和氯为代表的卤元素，氟化物和氯化物。这些酸类化

  学物质对金属是特别有害的。对管壁不断地化学腐蚀，在金属表

  面形成松软腐蚀物，并逐渐加深，之后被硬物料颗粒高速冲刷磨

  剥，从管壁上逐渐剥落，反复的腐蚀，剥落使管壁变薄而发生爆

  管泄漏。

(B)锅炉在高温燃烧过程中，管壁金属表面很快形成了一层黑色氧

  化膜，这种氧化物硬而脆，在硬质物料不断地流化循环冲刷，管

  壁上的黑氧化膜不断地剥落，当剥落后，管壁表面上又形成新的

  一层氧化膜，就这样周而复始地氧化不断地剥落，日久，管壁变

  薄，最后导致爆管泄漏。

(C)燃料媒质的优劣调配不当对磨损也起很大作用：

在燃烧过程中，投入优质燃煤和劣质低碳煤配比不当，计算有误，

过量地加入低碳煤矸石，虽然一部分成了灰粉，但是大部分灰粒

   是硬粒子，它的菱角多边而锋利的，在炉内高速冲刷、凿剥、磨

   损管壁，也是非常重要的磨损的原因之一。

(D)锅炉操作技术上的失误导致磨损：

   锅炉在燃烧中由于技术人员计算失误，一次送风量过大，超出炉

   内的负荷，软硬物料在炉内沸腾起来，横冲直撞，提高了运动的

   速度，猛烈地凿剥水冷壁管和其他管壁，所以送风量过大，粒子

   运动加速，也是造成磨损的重要原因之一。根据以上的磨损原理，本发明所采用的防磨工艺具体实施步骤为：第一步：准备喷涂所用的低温合金100公斤即自溶性粉末状镍基炭化钨合金其组分中的重量百分比含量分别为：16公斤铁、15公斤铬、4公斤硼、3公斤硅、0.8公斤碳、50公斤炭化钨和11.2公斤镍。第二步：通过除锈和冲刷的方法将锅炉中三管管壁上的氧化黑膜和疲劳层去掉1mm左右，使其显现金属光泽。第三步：利用电火花高速电弧的方法把具有奥氏体不锈钢镍合金喷涂在管壁上与母材紧密冶金结合，出现约1mm左右的粗糙合金层。第四步：采用高压低温手段把自溶性镍基炭化硅在1000℃左右用38m/s高速喷涂在锅炉中三管的外管壁上，使其与基体结合强度达到20～25Mpa，形成2mm左右的高温耐磨层。第五步：用导热防蚀膏在喷涂的镍基炭化钨合金上涂刷1.5mm左右的薄层，即完成了整个工艺过程。

Claims (4)

1、一种高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺；其特征在于锅炉三管(省煤器、过热器、水冷壁管)的防磨步骤如下：

(1)首先采用快速除锈和高速冲刷方法先将管壁上的氧化黑膜和疲劳层除

   掉约0.1～0.15mm左右，显露出金属基本光泽和新鲜面。

(2)第二步采用电火花机高速电弧方法把具有奥氏体不锈钢镍合金喷涂在

   管壁上与母材紧密形成冶金结合。出现凸凹不平的粗糙合金层，厚度约

   0.8～1mm，其目的是为了让母材表面在高温下不发生氧化，不再被

   腐蚀。

(3)第三步也是最重要防磨层，采用高压低温工艺手段，把自溶性镍铬合

   金在1050℃～1100℃，用高速喷涂在管壁上，与基体结合强度

   20～25Mpa，与第二步奥氏体镍合金再紧密微冶金结合，形成高温

   耐磨层，约2～2.5mm，达到耐热蚀，耐磨损目的。

(4)第四步用导热防蚀膏在镍铬合金表层上再涂刷上薄薄的一层防高温化

   学腐蚀约1～2mm，这种复合金属陶瓷材料，即能导热快，又能防高温

   粒子冲刷，具有综合防磨的特点。

2、根据权利要求1所述的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺；其特征在于所喷涂的防磨合金元素成份包括：Ni，Cr，Nb，B，Si，Re，Mo，Wc，Al₂O₃，Cu等。

3、根据权利要求1所述的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺；其特征在于喷涂层技术参数如下：

(1)喷涂层的厚度不一，根据现场锅炉管壁磨损情况而定，一般喷涂1.5～2mm左右，磨损严重之处喷涂3mm；(2)表面硬度HRc：45～50，比锅炉20#高4倍，在炉温1000℃～1200℃不发生热腐蚀氧化；(3)喷涂合金表面温度：145℃～275℃；(4)喷涂合金熔化温度：1050℃～1100℃，弧温2500℃～3200℃。

4、根据权利要求1或2所述的高压中和喷涂循环流化床锅炉三管防磨新工艺；其特征在于防磨合金元素分为三种组分：

(1)镍铬铝合金组分，其含量重量百分比如下：

      铬      18～25％

      铝      10～20％

      Ni      余量

(2)镍基合金组分，其含量重量百分比如下：

      铁      11～14％

      铬      11～14％

      硼      1～2.8％

      硅      1.5～2.5％

      碳      ＜1.0

      镍      余量

(3)镍基炭化钨合金组分，其含量重量百分比如下：

      铁      15～18％       硅     3～4％

      铬      14～18％       碳     ＜1.0

      硼      3～4.5％       炭化钨 45～55％

      镍      余量